低仰角地空通信中混合空時編碼概述

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1、低仰角地空通信中混合空時編碼概述第1章緒論1.1研究背景和意義在信息化戰(zhàn)爭日益激烈的今天，保證地空通信中數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸有著很重要的意義。為了增加通信距離并且減慢信號衰落的速率，通常在地面站構建方向角比較小的定向天線，這樣就不可避免的存在障礙物的反射和散射現(xiàn)象，使得通信鏈路多徑效應的時延擴展較大，再加上飛機飛行很快，相對于地面接收端的速度較大，使得多普勒效應也比較嚴重。所以，如何克服多徑衰落對傳輸性能的影響，改善地空通信質量就顯得極為重要。地空通信的核心思想是利用相關的通信技術來實現(xiàn)飛機與地面站之間的信息互通。在獲取飛機動

2、態(tài)信息和海航監(jiān)控等活動中，地空通信都得到了廣泛應用；在軍事上，未來的戰(zhàn)爭是信息化的戰(zhàn)爭，只有更加及時地傳送、接收和處理各種情報信息，才能獲取戰(zhàn)斗的主動權。所以，更大容量、更高速率和強抗干擾是地空通信現(xiàn)階段的發(fā)展方向。MIMO是4G通信的重要組成部分，它可以在不損失頻帶和發(fā)射功率的前提下，提高數(shù)據(jù)傳輸速率并改善誤碼率⑴，所以在地空通信中也具有很好的應用前景[2]。利用MIMO技術可以提高信道的容量，這借助的是MIMO信道提供的復用增益；同時也可以降低誤碼率，這借助的是MIMO信道提供的分集增益?？諘r編碼，顧名思義是通過空間上和

3、時間上的編碼，相應的達到了空間分集和時間分集，減小了信道誤碼率，它是MIMO技術的一個研究重點。另一方面，可以把信道在每對發(fā)射天線和接收天線之間的衰落看作是獨立的，這樣就提供了多個并行的子信道，不同的信息流在這些子信道上傳輸?shù)臅r候，數(shù)據(jù)傳輸速率會得到提升，也就是增加了空間復用。但是在利用單一的正交分組編碼提高分集增益的同時，會導致?lián)p失一部分的數(shù)據(jù)傳輸速率；而若是單一的分層空時編碼技術，在為使復用增益達到最大化的同時，會損失一部分分集增益，使得低信噪比時的誤碼率性能很差。于是Mao等人提出了一種STBC與VBLAST混合的編碼

4、方式[3]，并驗證出混合編碼系統(tǒng)可以實現(xiàn)分集增益與復用增益的折中，從而獲得更好的性能。..1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀相對于地面無線通信來說，地空通信的犮展是相對滯后的。在第一次世界大戰(zhàn)期間，第一代地空通信系統(tǒng)才開始出現(xiàn)，20世紀40年代，出現(xiàn)了比較系統(tǒng)和標準的甚高頻（VHF，VeryHighFrequency)頻段地空通信，此時的通信是以各個子系統(tǒng)點對點的通信方式為特點的；而第二代地空通信是聯(lián)合式結構，由系統(tǒng)總線實現(xiàn)了統(tǒng)一調度，這種方式出現(xiàn)在20世紀70年代；第三代地空通信向綜合式結構發(fā)展，各個模塊的結構和功能獨立；在此基礎上，近

5、幾年發(fā)展到了第四代地空通信系統(tǒng)，出現(xiàn)了綜合化的傳感器，更加合理地設計了系統(tǒng)模式和接口。我國的民航領域離不開地空數(shù)據(jù)鏈，需要飛機傳輸給航空公司的飛行信息，以及需要地面?zhèn)鬏斀o飛機的一些服務，都可以通過地空數(shù)據(jù)鏈將其以數(shù)據(jù)的形式進行傳送。地空數(shù)據(jù)鏈路在軍事上也得到了廣泛應用，它需要實現(xiàn)戰(zhàn)場情報的實時監(jiān)控和控制，是一種具有強抗丁擾能力的雙向數(shù)據(jù)鏈?，F(xiàn)階段，國外通過拓展新的頻率資源、增大地空數(shù)據(jù)鏈的帶寬和容量、提高抗干擾能力和數(shù)據(jù)分發(fā)能力，從而向著戰(zhàn)略網(wǎng)的互通方向發(fā)展，融入到全球信息格局中。我國的地空數(shù)據(jù)鏈發(fā)展相對處于起步階段，大多是

6、點對點的窄帶通信，可以借鑒國外的先進經(jīng)驗，從而制定出適合我國地空數(shù)據(jù)鏈的相關模型、標準和協(xié)議。.第2章MIMO中的空時編碼技術2.1MIMO技術概述根據(jù)接收端和發(fā)送端天線個數(shù)的不同，不同于傳統(tǒng)的單收單發(fā)系統(tǒng)(SISO,Single-InputMultiple-Output),多收多發(fā)系統(tǒng)還包括單收多發(fā)系統(tǒng)(SIMO,Single-InputMultiple-Output)和多收單發(fā)系統(tǒng)（MISO，Multiple-InputSingle-Output),它們是MIMO的特例。MIMO技術將空間傳輸中的多徑衰落變成一種優(yōu)點加以

7、利用。當發(fā)送數(shù)據(jù)被障礙物反射的時候可以產(chǎn)生不止一份的數(shù)據(jù)信號，即多個空間流。這時如果使用傳統(tǒng)的SISO技術，只能由單根天線發(fā)送和接收，這樣一次就只能傳輸單獨一個空間數(shù)據(jù)流，而MIMO技術益，提高編碼增益。空時編碼的研究重點是同時充分獲取分集與復用增益。研究分為三個方向：（1)Bell實驗室提出著名的V-BLAST系統(tǒng)，并實驗證明了MIMO系統(tǒng)的卓越性能，為后來種種改進型研究奠定基礎；（2)Alamouti提出兩天線正交空時碼后Tarokh等人將其推廣到多天線，其編譯碼簡單，且能獲得分集增益，得到廣泛應用；（3)除了上述空時塊

8、碼的研究以外，另一個重要的研究分支是空時格碼（STTC,SpaceTimeTrellisCode)[31]。其原理是將信道編碼和多天線技術相結合，在收發(fā)天線數(shù)沒有很大的情況下就可以得到比較高的編碼增益。按照作用的不同，可以將空時碼分為兩大類：（1)提高分集增益，如空時分組碼（STBC)以及