论文部分内容阅读
低空空域是国家有限的、不可拓展的重要战略资源,是通用航空活动的主要区域。伴随着我国低空改革的深入,为了适应未来低空通用航空市场的快速增长,需要通过构建新的通信网络架构实现高效、安全的航空电信网,以适应低空航空通信数据流和空中交通管理信息迅猛增长的要求,以及通用航空未来发展对低空宽带数据传输、飞机安全保障与智能航空系统等方面的要求。虽然传统航空电信网由OSI体制向IPS体制发展是必然趋势,但是目前在实际应用中,IPS体制在解决基于IP的宽带空地通信方面仍存在较多的问题,要解决这些问题并完成向IPS体制的过渡仍然需要一定的时间。而以TD-LTE技术为基础的宽带数据链可以支持更为丰富的空地通信服务,为构建低空空域内IP航空电信网提供了一种可供选择的替代方案,能够解决低空空域的安全监控、管制运行和飞行服务等问题。本论文以演进中的IP航空电信网为研究对象,分析了基于TD-LTE技术体制构建低空空域内IP航空电信网的可行性,着重研究了在构建IP航空电信网层次化体系结构时所面临的若干关键问题,重点阐述了以TD-LTE技术为基础的IP航空电信网体系结构、IP航空电信网低空环境适应性优化技术、IP航空电信网低空覆盖组网优化技术等具体研究内容。本论文取得如下成果:1)根据低空航空通信需求,提出了一种基于TD-LTE移动通信网络的IP航空电信网层次化体系结构。该体系结构考虑了 TD-LTE移动通信网络体系与传统航空电信网体系的差异,设计了一种层次化的体系构建方式,提出通过边界网关隔离TD-LTE回传网与空管服务网络的方法,并且给出了基于TD-LTE的IP航空电信网的总体架构与网元实体设计方案,解决了机载TD-LTE终端接入AN地面通信网络时所面临的IP化承载、服务融合、安全接入等问题。2)提出了一种基站侧频偏估计与补偿的低空适应性优化解决方案,以解决低空高速飞行器产生的多普勒频移对地空通信的影响。针对低空飞行器高速移动过程中所产生的多普勒频移问题,结合单导频频偏估计精度范围广和双导频频偏估计精度高的优点,提出了一种单双导频联合估计的方法;并基于对时域和频域补偿方案的研究,提出了一种改进的频域频偏补偿方案。大量的仿真分析表明,所提出的基站侧频偏估计与补偿方案能够有效解决大频偏导致的切换、容量、覆盖等问题,而且实现复杂度低。3)提出了一种针对空地通信网络的低空覆盖组网优化规划方法,以保证低空飞行器移动过程中的空地持续通信。针对低空环境下的信道传播衰落特点,建立了不同场景下的低空信道衰落模型。其后针对地空站与地面站同频组网存在的局限,提出低空覆盖异频组网方案,并进行了地空站覆盖分析,给出了异频组网的频率选择建议和覆盖建议。随后在异频组网规划前提下进行了覆盖强度和信噪比的仿真分析,分析结果表明了采用异频组网时,地面设备覆盖能力和组网规划的可行性和合理性。