【《多载波通信的抗多普勒技术的发展现状文献综述》2600字】

多载波通信的抗多普勒技术的发展现状文献综述大量的实验数据表明，多载波通信系统在高速场景下存在的主要问题有:高穿透损耗：即为了保证高速运动的移动体的安全性，通常会使用金属作为外部的密闭蒙皮，但金属会屏蔽电磁信号，因此不利于无线通信，快速切换：即基站在一定区域内为移动体提供服务，超出此区域边界时由下一个基站提供服务，此被称为小区切换，移动体速度越快，代表着一定时间内进行小区切换的次数越多，那么就代表着小区切换的速度必须要快，否则，基站提供有效服务的时间就会变得很少。相对上面两个不利因素，多普勒效应才是高速场景下最不利的因素，由多普勒原理可知，相对位移的变化会导致接收信号的频率产生一定量的频率偏移，使解调变得困难。此外，多普勒效应还会导致信道在时域上有一个极快的变化，此被称为时间选择性快衰落，这也会使解调变得困难[7]。大量研究表明，每1%的频率偏移就会使信噪比下降约30dB，即有用信号的功率与噪声的功率的比值下降了1000倍，为了保证在高速移动条件下仍然可以保持较高的数据传输率，必须克服多普勒效应。现有的几种常用的抗多普勒效应方法可以按照下图分类：图1-1抗多普勒技术分类1多普勒规划此方法应用于信号发射端，是一系列抗多普勒技术中最简单的，通过在发射端进行信号配置和硬件设置，可以直接抑制多普勒效应。原理如下所述：根据多普勒频移的计算公式:f可以得知多普勒频移fd与运动速度v，载波频率fc以及运动方向和入射信号的夹角α有关，从载波频率fc的角度入手，我们可以将控制信息与数据信息分开传输，对信息传输速率要求较低的控制信息，我们可以选用低阶调制方式，而用户所需数据信息则采用相对而言较为高阶的调制方式，对航空通信系统来说，由于航空器的运行轨迹趋于固定，因此可以从夹角α的角度来寻求解决对策，研究人员发现，通过使塔台与航迹大致重合，可以有效的缩小夹角α由信道的相干时间的定义，我们可以得知，若信道的相干时间大于符号周期，那么一个符号的各个部分受信道衰落的影响是一致的，此称为慢衰落，相反，称之为快衰落，因此我们可以在发射端合理的调整符号周期，去使其小于信道的相干时间，产生利于解调的信道慢衰落，以此来减弱多普勒效应，在OFDM系统中，可以使循环前缀变长，从而避免子载波间干扰的产生，但在现实中，系统规划和参数配置受到多方面约束，应用十分有限[7][8]。2多普勒估计/补偿此法应用于接收端，是所有抗多普勒技术中应用最为广泛的。该法的示意图如下所示。假设在信号经由信道到达接收端的过程中，产生了多普勒频移Δf，接收端通过估计模块获得Δf'，然后再补偿给接收信号。最后得到频率为f−Δf+Δf'的矫正频率[7][8]。图1-2补偿校正示意图下面介绍三种简单的多普勒估计/补偿法。（1）盲频移估计盲频移估计不需要多余的辅助信息，只通过传输信号自身的特性来完成[7]。此类方法的频谱利用率很高，但算法复杂度也很高，性能比较差，大量研究表明，当载波频率偏移易于补偿时，信号幅度的变化是非常小的，这意味着信号所历经的信道是慢衰落信道[7]，这并不适用于航空信道。（2）基于冗余信息的信道估计此方法下最经典的便是基于导频数据的信道估计算法，此法通过估计导频数据处的信道响应，再结合插值算法得出全部数据处的信道响应[7]。在OFDM系统中该法的基本过程为：按照一定规则在发射端插入收发两端均已知的导频，在接收端利用已知导频获得导频位置处的信道估计值，再利用插值法，时频变换补零法获得所有位置的信道估计值[7][8][9][10]。基于导频的信道估计法中，导频位置处的信道估计和数据点处的插值是至关重要的。本文将介绍两种估计法和三种插值法。另一种较为常用的方法是基于循环前缀的时频同步算法，也就是经典的ML算法，该法高斯白噪声信道下估计精度较高。（3）基于先验信息的频移估计此处的先验信息与上面的冗余信息不同，尽管冗余信息也是先验信息的一种。常用的先验信息有导航定位系统获得实时位置信息，速度传感器获得的速度参数信息等信息，利用移动体位置信息，速度信息以及已知的基站位置信息可以直接计算多普勒频移[7]。实际生活中，例如在典型城市市区和机场场面通信中，源于直射径的信号可以忽略不计，绝大部分都是散射，衍射，折射所得的多径信号。此时多普勒效应不再表现为多普勒频移，而是多普勒频谱扩展。干扰不再服从高斯分布，而是转为瑞丽分布或莱斯分布，精确的进行频移估计变得非常困难。针对上述情况，国内外学者提出了两种最大多普勒频移估计方法去处理多径下的多普勒频移，即为基于接收信号包络协方差和基于电平通过率的最大多普勒频移估计算法[7][10]。这两种方法原理相对而言比较复杂，不再进行介绍。3多普勒分集多普勒分集是一种专门应对多普勒扩展的方法，其将多普勒扩展视为一种分集方式，将频率偏移看作一种分集资源加以利用，去增强有效信号的能量，从而改善系统性能[7]。应用此技术时，需提前知晓完整的信道信息，但在移动体高速移动时，系统很难去实时跟踪获得信道信息。此外多普勒分集方式在多普勒扩展较大时才有比较好的效果，但航空信道为单径模型或两径模型，扩展角度仅3.5度左右，因此多普勒分集并不适用于航空通信系统的抗多普勒频移[7]。参考文献陆晓刚.民用航空空地通信应用和发展[J].中国新通信,2016,18(05):22-23.耿琦.民航地空通信技术的发展[J].中国新技术新产品,2015(19):17-18.孙毅驰.浅析中国民用航空通信、导航系统发展现状[J].中国新通信,2020,22(13):19-20.罗明刚.移动通信发展对航空通信的启示[J].通信电源技术,2020,37(06):163-165.韩秀丽.民用航空通信技术现状与发展措施[J].信息通信,2017(10):259-260.康婕.民用航空通信技术应用分析[J].信息技术与信息化,2014(05):98-99.范平志,周维曦.高移动无线通信抗多普勒效应技术研究进展[J].西南交通大学学报,2016,51(03):405-417.李世聪.高速场景下多普勒频移和网络时延估计的仿真研究[D].北京交通大学,2018.周鹏.适用于航空信道的OFDM收发关键技术实现研究[D].电子科技大学,2015.张翔.高移动环境下TD-LTE系统多普勒频移估计研究[D].西南交通大学,2014.郑海良.OFDM通信系统设计与仿真[D].西北工业大学,2003.谭黎明.航空信道下的OFDM信号检测技术研究[D].电子科技大学,2014.甘华强.多载波通信信号生成与检测关键技术研究[D].电子科技大学,2016.樊昌信,曹丽娜.通信原理（第七版）[M].北京.国防工业出版社.2012：49-55，242-249，366-3693GPP.ETSITS136101V16.8.0[Z].2021杨国胜.航空信道建模与仿真[D].电子科技大学,2014.杨永飞.飞机ATC信道模拟与地面测试环境仿真[D].中国民航大学,2019.江小雅.航空场景下OFDM系统频偏和信道估计研究[D].西安电子科技大学,2014.曾召华.LTE基础原理与关键技术