[发明专利]用于航空通信的自适应多输入多输出方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及航空通信技术领域，特别涉及一种用于航空通信的自适应多输入多输出(MIMO)方法及系统。

背景技术

随着民航事业不断发展，民航飞机数量与流量不断增加，地空数据通信流量也与日俱增。这些数据包括空管数据(ATC)、民航管理与运行数据(AOC)、机载移动通信数据(APC)等。传统空地航空通信采用单发单收(SISO)通信系统，其容量已逐渐达到饱和，为解决地空数据通信流量不断增长而导致的地空数据通信系统容量瓶颈，使得地空数据通信系统具有更高的通信速度与通信稳定性和可靠性，MIMO通信系统成为宽带传输的发展方向之一。

根据MIMO技术的原理可知在多径丰富的情况下，系统可以得到更好的分集效果。然而航空信道属于莱斯(RICE)信道，存在较强的直射路径(LOS)，信道具有很强的相关性，在这种情况要想得到分集增益非常困难。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。为此，本发明需要提供一种用于航空通信的自适应多输入多输出方法及系统，该多输入多输出方法及系统具有可以根据飞机的位置实时地提供最大的系统容量的优点。

根据本发明的一方面，提供了一种多输入多输出方法包括以下步骤：S1，建立三维多输入多输出信道模型；S2，计算最优信道容量；S3，获取飞机距离地面天线阵列的距离和方向角；S4，根据所述最优信道容量以及所述距离和方向角使用自适应最小均方误差内插算法计算得到机身上虚拟的接收天线阵列中相邻天线之间的距离d_r；以及S5，根据所述最优信道容量以及所述距离和方向角使用自适应延时算法计算得到机身上虚拟的发射天线阵列中相邻天线之间的距离d_t。

根据本发明实施例的多输入多输出方法，可以解决地空数据通信流量不断增长而导致的地空数据通信系统的容量瓶颈问题，满足航空公司运行控制与机务维修多种需求，使得地空数据通信系统具有更高的系统容量与通信稳定性和可靠性，得到最大的分集增益并且可以根据飞机的位置实时地提供最大的系统容量。

根据本发明的另外一方面，提供了一种用于航空通信的多输入多输出系统，包括：模型建立装置，所述模型建立装置用于建立三维多输入多输出信道模型；计算装置，所述计算装置用于计算最优信道容量；获取装置，所述获取装置用于获取飞机距离地面天线阵列的距离和方向角；接收计算装置，所述接收计算装置用于根据所述最优信道容量以及所述距离和方向角使用自适应最小均方误差内插算法计算得到机身上虚拟的接收天线阵列中相邻天线之间的距离d_r；以及发送计算装置，所述发送计算装置用于根据所述最优信道容量以及所述距离和方向角使用自适应延时算法计算得到机身上虚拟的发射天线阵列中相邻天线之间的距离d_t。

根据本发明实施例的多输入多输出系统，可以解决地空数据通信流量不断增长而导致的地空数据通信系统的容量瓶颈问题，满足航空公司运行控制与机务维修多种需求，使得地空数据通信系统具有更高的系统容量与通信稳定性和可靠性，得到最大的分集增益并且可以根据飞机的位置实时地提供最大的系统容量，为未来空中航行系统提供通信系统容量的保障。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的用于航空通信的自适应多输入多输出方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的三维多输入多输出信道模型的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的自适应最小均方误差内插算法的原理图；

图4是根据本发明一个实施例的自适应延时算法的原理图；

图5是根据自适应延时算法得到的虚拟天线阵列的示意图；

图6是示出根据本发明一个实施例的用于航空通信的多输入多输出系统的结构框图；

图7是在2×2不同莱斯因子下的信道容量的仿真图；

图8是仿真场景的示意图；

图9是示出飞机沿第一轨迹飞行时系统容量的仿真图；

图10是示出飞机沿第二轨迹飞行时系统容量的仿真图；以及

图11是根据本发明实施例的方法得到的系统容量与根据传统方法得到的系统容量的仿真比较图。

具体实施方式