地空通信系统关键技术的研究与实现

发布时间：2020-10-24 11:13

　　 地空通信是指地面基站与空中飞行器之间相互信息传输的过程。近年来,随着航空事业迅速发展,航空需求渐趋旺盛,空中交通管制日渐复杂。无人机发展迅速,不仅用于军事领域中,在学术和民用方面的应用也迅速发展。飞行器与地面基站的通信,无人机与物联网节点,与无线传感器之间的通信应用均具有相当大的研究意义,这意味着地空通信越来越成为研究焦点。本文通过采用OFDM调制方式,进行地空通信系统方案设计,实验仿真验证系统方案正确性,同时完成硬件基带实现。具体工作如下:1、从时域、频域角度分别对地空通信衰落特性进行研究,得出地空信道为两径莱斯,有300Hz左右多普勒扩展的时间选择性衰落信道结论。采用统计性建模方法对衰落信道进行建模,通过实验仿真分析验证了模型有效性,直观的演示了地空信道的衰落特性带来的影响,为后续系统实践研究提供应用场景。2、通过对时间同步、频率同步等关键技术的详细研究,找出适合工程实现的最优方案,来解决系统采用OFDM调制方式时现存的几大关键问题。具体如下:首先是时间同步,解决方案中分两步进行:a、帧同步负责识别信号帧的到来时间,经过漏捕和错捕概率等分析,得出多段梳状捕获方法为最优方案;b、定时同步负责判断FFT的起始位置,经过定时偏移量及复杂度等方面对比后,本系统采用利用本地序列计算互相关的方法进行实现。然后是频率同步,地空通信系统由于自身特征需要估计和补偿出较大的频率偏移,解决方案为进行粗和精两次频偏估计,使补偿后剩余频偏较小,可以通过均衡来消除。最后研究了一些其他的关键技术,包括PAPR抑制,软解调,信道估计与均衡等。3、实现了面向地空通信关键技术的硬件基带系统研发。基于vivado设计环境和FPGA平台,完成了基带系统设计、开发和初步验证。本文重点突出几个关键模块的实现细节包括端口定义,主要流程和关键状态机等,并通过仿真波形验证了方案的可行性。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.53;V351.36
【部分图文】：

从图中可以验证，多普勒效应带来的是时变特性，且多普勒频移越大，时间选择性衰落越严重。图2.11 信道冲激响应曲线图 2.11 为使用 Matlab 自带的信道发生器 comm.RicianChannel 随机产生的信道冲激响应曲线，该信道发生器利用的建立衰落模型的方法即为上文提到的滤波器法，并且在符合信道参数基本条件下，不同的仿真时间产生的信道增益不同。图中设定的参

(a) 全部带宽内的频响曲线(b) 一定频率范围内的频响曲线图2.12 频率响应曲线图 2.12 (a)为对应的频率响应曲线，由于多径效应带来了频率选择性衰落，并且通过实验可知，次径与主径相差越大，频率响应起伏越大。图 2.12 (b)为一定频率范围内的频率响应曲线，两图对比可知，在全部带宽下频率选择性衰落较严重，但在一定频率范围内为平坦衰落，因此考虑本文系统调制方式选用 OFDM。

IFFT_1papr_input_QI2+ Q2Q>dividerYROM_IROM_QaddressFFT削波置零IFFT_2papr_output_Ipapr_output_Q图4.3 PAPR模块流程时域限幅之后，频谱扩展，对信号进行傅里叶变换，将带外的信号直接削波置零此完成了 PAPR 抑制的操作。最后将信号再进行 IFFT，转换为时域信号，进行。PAPR 模块的仿真图如图 4.4 所示，可以看出信号经过 PAPR 抑制处理后峰值。
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本文编号：2854388