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随着全球民用航空运输业的不断发展,民用航空通信在生活中占据着越来越重要的地位。现有的民用航空通信系统大多采用卫星通信,但是卫星通信存在高往返延迟、造价昂贵、带宽窄、频率不可复用、通信容量有限、相关技术被国外公司垄断等局限性。本文将研究基于长期演进(Long Term Evolution,LTE)的空地(Air To Ground,ATG)通信系统,并将无线通信系统中典型的六种调度算法和三种用于下行信道的波束成形技术引入空地通信系统中,研究表明比例公平求和调度算法应用于空地通信系统中能实现较好的系统整体性能和飞机间分配资源公平。波束成形技术能够使得本文研究的ATG通信系统性能增加。本文第一章简要介绍了空地通信系统的研究背景和现有航空通信技术,重点阐述了研究基于LTE的ATG通信系统的必要性。本文第二章首先对LTE技术中的帧结构和资源块进行了详细说明,并通过比较时分双工(Time Division Duplexing,TDD)和频分双工(Frequency Division Duplexing,FDD)的优缺点,确定在本文研究中使用TDD帧结构。接着建模了ATG通信系统的模型。针对ATG通信系统进行了以下的改进:应用航空通信的路径损耗、建模飞机分布以及帧结构修改。最后为了实现基于LTE的ATG通信系统仿真,详细介绍了维也纳大学开发的基于LTE的系统级仿真平台。本文第三章首先对六种典型的资源调度算法进行了理论分析,分别是:轮询调度、最大吞吐量调度、资源公平调度、最优信道质量指示(Channel Quality Indicator,CQI)调度、最大最小调度和比例公平求和调度。然后,基于本文研究的ATG通信系统,对这六种调度算法进行了仿真分析。仿真结果表明:比例公平求和调度算法在系统整体性能和飞机间分配资源的公平性之间取得了最好的折中,因此推荐在基于LTE的ATG通信系统中采用比例公平求和调度算法。仿真结果还显示:当飞机处于小区边缘时,路径损耗会比较大、干扰会比较大,系统的吞吐量会较低。本文第四章则是在第三章的基础上应用波束成形技术增加系统的吞吐量。首先对三种用于下行链路资源分配的波束成形进行理论分析。分别是最大比传输(Maximum Ratio Transmission,MRT)波束成形,迫零波束成形(Zero-Forcing Beam-forming,ZFBF)和SLNR-MAX波束成形。接下来,在建模好的ATG通信系统中采用波束成形技术进行系统性能仿真。仿真比较了采用SLNR-MAX波束成形技术与未采用波束成形技术。仿真结果表明:对于本文研究的ATG通信系统,采用波束成形技术比未采用波束成形技术吞吐量提升一倍。最后,对不同波束成形技术进行了仿真分析。仿真结果表明:在本文研究的基于LTE的ATG通信系统中,不同波束成形技术下系统的吞吐量相差不大。