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为满足未来航空地空通信系统持续膨胀的航空旅客通信需求,开展新一代民航地空宽带数据链路的相关研究势在必行。基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)技术的航空LTE(Long Term Evolution)地空宽带系统由于具有更优的频谱利用率、对抗多径能力以及支持高速终端接入等特性,受到越来越多的关注。由于信道估计是实现相干解调的必要条件,研究航空LTE系统的信道估计技术显得至关重要,尤其针对目前可用频谱资源越来越少,航空信道大多普勒频移,大时延扩展的严峻现状,迫切需要提出一种频谱利用率高且能有效对抗恶劣航空信道环境的信道估计算法。因此,本文利用航空信道的稀疏特性,研究压缩感知理论在航空LTE系统信道估计中的应用,并综合考虑地空通信信道的传输特性,分析并解决因受大多普勒频移和大时延扩展的影响子载波正交性遭到破坏信号无法正常传输,信道稀疏性减弱的问题,构造出一种适用于航空LTE系统的框架代替传统稀疏信道估计的正交基作为测量矩阵,提高了系统信道估计性能及频谱资源利用率,为民航地空宽带系统的发展提供物理层传输技术的支撑和基础。本文主要研究内容如下:(1)提出压缩感知理论应用于航空稀疏信道估计的算法,并在传统稀疏信道估计采用部分随机傅立叶变换矩阵作为测量矩阵的基础上进行改进,引入框架概念,将信道的频偏因素放入框架以在接收端对信道进行补偿;并结合框架的冗余性,通过增加采样点数,增强信道的稀疏表示,构造出一种适合于航空LTE系统信道估计的框架作为测量矩阵,以克服传统正交基在大多普勒频移,大时延扩展环境下的缺陷,为航空LTE地空宽带系统的发展提供物理层传输技术基础。(2)通过Matlab仿真软件搭建航空LTE地空宽带系统前向链路物理层链路级仿真验证平台,对比分析传统信道估计LS(Least Square,最小二乘法),LMMSE(Linear Minimum Mean-Squared Error,最小线性均方误差),传统稀疏信道估计OMP(Orthogonal Matching Pursuit,正交匹配追踪)和本文提出的改进算法的误码率(BER,Bit Error Rate),均方误差(MSE,Mean Square Error),信道重构性能,接收信号恢复情况及运算复杂度等;探究导频数量,导频插入方式,信道的多普勒频移及最大时延扩展对信道估计BER,MSE的影响。仿真表明:本文提出的改进算法的BER,MSE性能均优于传统信道估计算法,性能提升5dB以上,且频谱利用率大大提高;随机导频的插入性能优于梳状导频;导频数量在稀疏度4-8倍时已达到较好的估计性能,在稀疏度的8倍以上时BER,MSE性能趋于平缓;改进算法的估计性能随信道多普勒频移的增大而降低;随着最大时延扩展的增大,改进算法的信道估计性能降低。相关算法及结论可为航空LTE地空宽带系统信道估计及信道均衡提供参考,为航空LTE地空宽带系统的实际部署提供保障。