题目：民用航空认知宽带空地通信技术研究

随着航空运输业的持续快速发展，未来空中交通管理以及航空旅客个人移动通信、娱乐服务对下一代航空空地数据链系统的传输带宽提出了更高的要求，可达Gbps的数量级。然而，当前主要使用的航空空地甚高频VDL Mode 2数据链的传输带宽仅为31.5Kbps，甚至在研的新一代L频段数字航空通信系统（L-DACS1）的传输带宽也只有1.373Mbps，远远不能适应未来航空空地通信的性能需求，航空空地通信的宽带化发展刻不容缓。 航空通信业务多样、传输量大且动态变化的特点导致航空频谱资源紧张、可用频谱离散，这使得设计实现宽带、实时稳定、高性能的航空空地数据链系统面临诸多技术上的挑战。认知无线电（Cognitive Radio）技术和多输入输出天线（MIMO）技术可以充分利用频谱资源，提高通信系统容量，综合利用认知无线电和MIMO技术是实现宽带化航空空地通信的一种可能途径，但也存在一些亟待解决的技术难题。 本论文围绕航空空地宽带通信问题，基于认知无线电和MIMO技术，重点开展了航空空地MIMO系统的同步序列设计与优化、航空认知MIMO空地信道资源预测和感知、民用航空认知宽带空地通信MIMO传输方案的优化设计等方面的研究。论文的主要工作与创新之处如下： 1. 针对航空空地MIMO通信系统中地理上大跨度分散布置的多天线单元同步误差造成的天线间干扰问题，从序列设计角度提出了航空MIMO空地信道下的多天线同步算法，通过消除天线间干扰，提高了同步性能。为保证不同天线传输的同步序列之间的正交性，提出了一种基于Hardmard矩阵扩展的时间同步序列设计方法，并给出了对应的时间同步算法。考虑N-Shift零相关序列的性质，提出基于N-Shift零相关的航空空地MIMO导频序列设计方法，使得导频序列在零相关区间具有良好的互相关性和自相关性，兼容L频段宽带数据链系统导频图案，设计了一种先入先出（FIFO）的导频移位匹配滤波器，解决了不同天线之间的导频干扰问题。设想未来航空空地MIMO规模演进到大规模MIMO场景，提出基于CCK码字扩展的序列设计方法，在同样的序列长度情况下，可以产生大批量具有零相关区或低相关区的序列，缓解了大规模MIMO系统设计中遇到的同步序列数量不够的问题，相应的同步性能得到提高。 2. 针对航空认知宽带空地通信系统中对信道资源认知结果不准确造成的信道资源干扰冲突问题，提出了一种基于排队论的航空认知空地MIMO信道资源预测方法及一种间接频谱感知方法，可精确预测航空认知空地MIMO可用信道资源。为准确描述航空认知通信的信道资源调度规律，根据航空通信业务流量模型，提出了信道资源调度模型和航空认知空地MIMO信道传播模型相结合的建模方法，建立了一种基于排队论的航空认知空地MIMO信道资源预测模型，该模型可精确地预测出航空认知空地MIMO信道资源占用情况。为进一步精确的实时感知可用信道资源，提出了一种相邻小区的间接频谱感知方法，该方法结合航空认知通信中各节点的位置信息对信道占用情况进行准确估计，能准确检测出隐藏终端，保证了航空频谱主从用户安全、充分地利用频谱资源空穴。 3. 提出了一种基于认知的航空开环MIMO传输方案，对该传输方案建模并优化，使得航空认知宽带空地通信系统的传输容量达到最大且信道资源消耗最小。围绕航空通信需求以及航电系统规范标准，借鉴VHF模式2和LDACS1系统设计的思想，研究了基于综合化软件无线电的航空认知宽带通信系统体系框架，提出了一种基于认知的航空开环MIMO传输优化方案，根据航空MIMO天线相关性，给予最优的信道分配和编码方案，仿真验证了该方法可以有效提升系统容量。