基于離散頻譜的L波段數(shù)字航空通信系統(tǒng)資源分配研究.pdf

1、航空L波段現(xiàn)已部署航空測距系統(tǒng)（Distance Measuring Equipment, DME）、二次雷達(dá)系統(tǒng)、通用訪問收發(fā)機(jī)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等多種航電系統(tǒng)，未來將部署的L波段數(shù)字航空通信系統(tǒng)(L-DACS1， L-band Digital Aeronautical System1）只能使用剩余離散頻譜空隙。航空通信中飛機(jī)間相對位置變化較快，相鄰飛機(jī)的頻繁變化將導(dǎo)致飛機(jī)的頻譜環(huán)境動(dòng)態(tài)變化；每個(gè)飛機(jī)DME系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

2、隨機(jī)頻譜占用也會(huì)引起頻譜環(huán)境變化。上述兩種情況使得L波段的頻譜環(huán)境存在動(dòng)態(tài)變化特性，剩余空閑頻譜資源并不固定，因此該場景下的動(dòng)態(tài)離散頻譜分配是其面臨的重要問題之一。論文結(jié)合工信部民用飛機(jī)預(yù)研專項(xiàng)“民航客機(jī)移動(dòng)通信宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中繼通信鏈路技術(shù)”、國家自然科學(xué)基金課題“跨洋民用航空寬帶移動(dòng)通信組網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)研究”和中國航空研究院“綠色航空技術(shù)中歐交流合作平臺(tái)技術(shù)研究GRAIN2 KGT4--航空通信、導(dǎo)航、監(jiān)視與空中交通管理”，針對L波段動(dòng)態(tài)

3、頻譜變化場景下頻譜空洞可用帶寬時(shí)變性導(dǎo)致的頻譜沖突問題，研究基于頻譜空洞統(tǒng)計(jì)特性的L-DACS1系統(tǒng)資源分配算法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜資源的高效分配；針對L波段動(dòng)態(tài)頻譜變化場景下，采用基于子載波組資源分配方式時(shí)，子載波組可用資源時(shí)變性導(dǎo)致的無法持續(xù)保證速率需求問題，研究基于子載波組機(jī)會(huì)容量的L-DACS1系統(tǒng)資源分配算法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜變化下的長時(shí)穩(wěn)定傳輸。由于L-DACS1系統(tǒng)將承載空中交通管理（Air Traffic Management,

4、ATM）、航空運(yùn)行控制（Aeronautical Operational Control, AOC）和航空旅客通信（Aeronautical Passenger Communications, APC）等多種混合航空通信業(yè)務(wù)，上述所提分配算法應(yīng)用于該系統(tǒng)還需考慮混合多業(yè)務(wù)差異化的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service, QoS）需求。因此，論文還針對所提分配算法在L-DACS1系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出L-DACS1系統(tǒng)混合多業(yè)務(wù)資源分

5、配與調(diào)度模型和基于指數(shù)比例公平(Exponential/Proportional Fair, EXP/PF）的L-DACS1系統(tǒng)混合多業(yè)務(wù)隊(duì)列調(diào)度算法為L-DACS1系統(tǒng)混合多業(yè)務(wù)的資源分配與調(diào)度提供了可參考方法。主要工作和成果如下：
　?、籴槍?L波段動(dòng)態(tài)頻譜變化場景下頻譜空洞可用帶寬時(shí)變性導(dǎo)致的頻譜沖突問題，分析了頻譜空洞頻域特性，基于次序統(tǒng)計(jì)量提出了頻譜空洞可用帶寬概率密度函數(shù)通用表示形式，并在資源分配中引入隨機(jī)變量，建立了

6、基于頻譜空洞統(tǒng)計(jì)特性的L-DACS1系統(tǒng)離散頻譜分配模型。針對隨機(jī)變量引入模型求解復(fù)雜度大的問題，給出了該模型機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的化簡方法。仿真結(jié)果表明，所提算法在頻譜空洞變化頻繁場景下能有效減少頻譜變化產(chǎn)生的沖突，具有較高吞吐量。
　　②針對L波段動(dòng)態(tài)頻譜變化場景下，采用基于子載波組資源分配方式時(shí)，子載波組可用資源時(shí)變性導(dǎo)致的無法持續(xù)保證速率需求問題，分析了子載波組的機(jī)會(huì)可用容量，將子載波組的時(shí)變可用頻譜資源描述成以子載波組中可用子載

7、波數(shù)為狀態(tài)的連續(xù)時(shí)間半馬爾可夫模型，提出了子載波組機(jī)會(huì)容量的通用表示形式，并基于該模型以最大化系統(tǒng)機(jī)會(huì)容量為準(zhǔn)則提出了基于子載波組機(jī)會(huì)容量的L-DACS1系統(tǒng)資源分配算法。仿真結(jié)果表明，所提算法在頻譜環(huán)境變化場景下能有效利用頻譜資源，保證飛機(jī)的速率需求并獲得較高的接入數(shù)。
　?、坩槍λ岱峙渌惴☉?yīng)用于 L-DACS1系統(tǒng)中需考慮的混合多業(yè)務(wù)差異化的QoS需求問題，分析了業(yè)務(wù)特性，提出了L-DACS1系統(tǒng)混合多業(yè)務(wù)資源分配與調(diào)度模型