無(wú)人機(jī)系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)鏈中Turbo-OFDM技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中扮演著越來(lái)越重要的角色，與有人駕駛飛機(jī)相比，無(wú)人機(jī)可以做大過(guò)載機(jī)動(dòng)，不受限制的改變飛行姿態(tài)，具有較好的隱身性，深入敵后危險(xiǎn)地帶不用擔(dān)心人員傷亡問(wèn)題。與偵察衛(wèi)星相比，無(wú)人機(jī)飛行高度低，活動(dòng)范圍可控，部署方便，造價(jià)低廉。無(wú)人機(jī)具有其它平臺(tái)無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，目前各國(guó)都在積極研制部署新型無(wú)人機(jī)。 隨著無(wú)人機(jī)活動(dòng)半徑的擴(kuò)大，無(wú)人機(jī)通信的需求已經(jīng)超出視距范圍，對(duì)于數(shù)據(jù)

2、通信中的有效性和可靠性提出了新的要求，促使研究更新更好的通信技術(shù)。信道編碼與調(diào)制解調(diào)是通信技術(shù)中的重要問(wèn)題。 本論文結(jié)合國(guó)防973基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(51308)，針對(duì)UAV通信的特點(diǎn)和需要，深入研究了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)鏈中Turbo-OFDM技術(shù)，論文主要研究成果包括： 1．基于Rayleigh衰落信道的數(shù)學(xué)參考模型，對(duì)視距分量、傳播增益、波達(dá)方向角以及初始相位進(jìn)行合理的假設(shè)并隨機(jī)化，提出了Ricean衰落信道的仿真模型，并

3、研究其統(tǒng)計(jì)特性，結(jié)果表明該模型具有良好的廣義靜態(tài)特性和漸近于理論結(jié)果的統(tǒng)計(jì)特性；將一路衰落信道仿真模型進(jìn)行推廣，得到多路不相關(guān)衰落信道仿真模型，該模型產(chǎn)生的每一路衰落信號(hào)具有良好的統(tǒng)計(jì)特性，任意兩路衰落過(guò)程統(tǒng)計(jì)不相關(guān)；基于對(duì)相互獨(dú)立的多路信道進(jìn)行線性變換，提出一種高效的多路交叉相關(guān)Ricean衰落信道仿真算法，該算法將線性變換矩陣(著色矩陣)的求解歸結(jié)為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，用一個(gè)半正定矩陣近似相關(guān)系數(shù)矩陣，放寬了相關(guān)系數(shù)矩陣為正定或半正定的限

4、制，仿真結(jié)果很好的匹配理論值和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)； 2．研究了Ricean衰落信道下Turbo碼譯碼性能，在信道估計(jì)誤差已知的情況下，提出一種新的譯碼算法，推導(dǎo)出信道置信因子L<,c>新的表達(dá)形式。與傳統(tǒng)不考慮信道估計(jì)誤差的近似度量相比，采用新的譯碼度量，可以獲得0.1～0.6dB編碼增益。信道估計(jì)誤差和Ricean衰落因子是影響 Tubo碼譯碼性能的主要因素：在大衰落因子和小信道估計(jì)誤差的情況下，能夠得到近AGWN信道下的譯碼性能；

5、并將Ricean信道下的結(jié)論推廣到衰落信道下； 3．研究了衰落信道下Turbo編碼OFDM系統(tǒng)特性，推導(dǎo)出一種OFDM系統(tǒng)中Turbo碼譯碼算法，并從推導(dǎo)結(jié)果中確定平均信噪比和信噪比彌散度是影響系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要參數(shù)。采用該算法，可以提高整個(gè)系統(tǒng)性能，與IEEE 802.11a定義的系統(tǒng)相比，在誤比特率為10<'-3>和信噪比彌散度為0.2時(shí)，信噪比改善2.9dB；而與文獻(xiàn)[64]得到的結(jié)論相比，可以獲得0.9dB的信噪比增益；

6、平均信噪比越大，且信噪比彌散度越小，系統(tǒng)性能較好，誤比特率較低。 4．基于本文推導(dǎo)的OFDM系統(tǒng)中的Turbo碼譯碼算法，提出3種自適應(yīng)Turbo-OFDM系統(tǒng)方案：(1)基于信道辨識(shí)的自適應(yīng)Turbo-OFDM系統(tǒng)方案．根據(jù)當(dāng)前信道狀態(tài)信息，對(duì)信道進(jìn)行辨識(shí)，白適應(yīng)選擇最佳迭代次數(shù)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼；(2)基于差分對(duì)數(shù)交叉熵的自適應(yīng)Turbo-OFDM系統(tǒng)方案，根據(jù)選代譯碼輸出信息，計(jì)算對(duì)應(yīng)的差分對(duì)數(shù)交叉熵，估計(jì)當(dāng)前的信噪比

7、，并利用相鄰兩次差分對(duì)數(shù)交叉熵的差值，決定迭代譯碼是否終止，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)譯碼過(guò)程；(3)基于雙CRC級(jí)聯(lián)迭代譯碼及早結(jié)束的自適應(yīng)Turbo-ODM系統(tǒng)方案。該方案針對(duì)CRC-4、CRC-8迭代譯碼及早結(jié)束準(zhǔn)則具有較大漏檢率的缺陷，提出了基于雙CRC級(jí)聯(lián)迭代譯碼結(jié)束準(zhǔn)則，在編碼前，將兩個(gè)CRC-4校驗(yàn)比特內(nèi)嵌到信息比特中；譯碼時(shí)，對(duì)迭代譯碼產(chǎn)生的輸出信息進(jìn)行硬判決，計(jì)算2個(gè)CRC校驗(yàn)和，決定是否對(duì)解調(diào)序列繼續(xù)進(jìn)行迭代譯碼。這3種自適應(yīng)系統(tǒng)可

8、以兼顧譯碼性能和譯碼速度，得到較低的平均誤碼率和較高的平均譯碼速度；比較了3種自適應(yīng)系統(tǒng)的性能及其優(yōu)缺點(diǎn)； 5．充分考慮小波變換后的圖象碼流、Turbo碼以及UAV通信信道的特性，提出了基于小波變換的Turbo-OFDM圖象傳輸系統(tǒng)，對(duì)圖象碼流中重要性不同的信息比特，采用不同等差錯(cuò)保護(hù)編碼和動(dòng)態(tài)子信道分配技術(shù)。這種聯(lián)合信源信道編碼方案能夠有效的保護(hù)圖象碼流的重要信息，提高了圖象碼流傳輸過(guò)程中的抗誤碼性能，改善了靜態(tài)圖象在噪聲信道

9、中傳輸?shù)男Ч?6．參照IEEE802.11a協(xié)議，研究了Turbo-OFDM系統(tǒng)的傳輸速率、通信距離以及工作頻段等傳輸性能，在有效通信距離為100 km時(shí)，可以提供54Mbps的傳輸速率；從OFDM和Turbo碼兩方面簡(jiǎn)單的分析了系統(tǒng)良好的抗干擾性能； 理論推導(dǎo)與計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，Turbo-OFDM系統(tǒng)在低信噪比條件下具有優(yōu)越的性能，可以有效的抵抗傳輸信道以及人為產(chǎn)生的干擾，頻譜利用率高，是實(shí)現(xiàn)UAV高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>