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《北京邮电大学》 2011年
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军用认知无线通信系统中的关键技术研究

李绍胜  
【摘要】:自1999年Mitola博士首次提出认知无线电的具体概念以来,国内外相关领域的科研机构广泛开展了认知无线电的研究工作,并在认知无线电理论、架构、硬件设施、软件实现以及协议机制等方面取得了众多成果,然而将认知无线电的研究成果工程化应用也面临诸多的技术挑战。 本文在介绍认知无线电背景基础上引入了军用认知无线电的概念,军用认知无线电是一种能够感知战场的复杂电磁环境,通过对战场环境的评估、理解和学习,实时调整通信设备的内部配置,以适应外部战场环境变化的无线电技术。军用认知无线电主要用来解决恶劣的战场电磁环境下的通信问题,保障通信的可靠性,提高战场频谱管理效率,增强通信系统抗干扰能力。目前,军方关于认知无线电技术的研究以美国国防部高等研究计划署(Defense Advance Research Products Agency, DARPA)启动的下一代通信计划(XG)为典型标志。该计划以认知无线电技术为核心,着眼于开发认知无线电的实际标准和动态频谱管理标准,采用认知无线电技术来实现最大限度的时域、频域和空域等信息的利用,为其军事行动提供强有力的支持。 数据链作为链接数字化战场上的指挥中心、作战部队和武器平台之间的一种信息处理、交换和分发的综合信息处理系统,在世界各国的国防通信现代化建设中得到广泛重视,我国在该领域的建设起步较晚,Link16战术数据链系统地研究工作对我国的战术数据链发展和武器装备的信息化建设可起到积极的借鉴作用。 本文在对数据链的技术特点进行研究的基础上,论证了以数据链为基础建立军用认知无线通信系统的可行性。结合军用认知无线电的体系特征,研究了复杂电磁环境下的干扰频谱感知技术和频谱重构重构技术。将认知无线电中的模型在军事通信系统中的应用具体化。本文的主要工作及创新成果如下: (1)频谱感知是认知无线通信系统实现的基础,复杂电磁环境下的频谱感知对军用认知无线通信系统尤为重要。本文分析了跳频通信环境下的频谱特征并确定了最佳感知时机,在此基础上提出了基于时频双域加窗技术的干扰识别算法,通过对时域(即采样时间)和频域(即感知频点)同时进行加窗限制,有效地分离了干扰信号,克服了自身网络对频谱感知的影响。本文将能量检测法加以改进,并将其应用于具有认知能力的跳频通信系统中,提出了适用于军用认知无线电系统的门限能量检测法,根据环境的变换实时的调整判决门限,以使能量检测法的性能达到最佳。本文这两种算法能识别多种干扰模型的复杂电磁环境下的频谱感知方法,从而为保障军用认知系统的可用频谱资源提供依据。 (2)链路节点的可靠性和网络的可靠性是数据链通信的重点研究问题。本文分析了节点连通性的计算方法和基于节点连通性的网络可靠性算法,提出了以节点误码率为基础,通过责任权重加权确定网络可靠度的评估算法。结合数据链系统的特点,本文提出了一种具有自适应波形及频谱重构的实现方法,设计了支持上述功能的通信协议,保证在快速感知频谱干扰的基础上通过频谱重构提升系统抗恶意干扰能力。 (3)在军事通信领域,分布式仿真已经成为计算机仿真领域的发展方向。本文结合数据链网络的具体特点,通过对数据链中的节点干扰误码率、节点连通性以及时隙分配等进行模型分析,针对工程应用中对实时仿真的具体要求,提出并实现了一种软硬件相结合的大容量数据链实时仿真系统方案,并在给定消息产生模型下,对仿真系统在消息传输的实时性能进行了分析,设计了实时仿真系统的硬件平台,并对仿真系统的主要技术指标进行了测试。 (4)论文工作中在对认知无线电理论和应用模型进行研究的基础上,设计了具有频谱感知功能的认知无线电通信终端硬件平台,解决了频谱感知、频谱重构、高速跳频以及网络同步等关键技术问题,并将研究成果加以验证。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN925

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