飞行器间无线通信波形关键技术研究与验证

发布时间：2017-07-08 04:10

  本文关键词：飞行器间无线通信波形关键技术研究与验证

  更多相关文章： 数据链 物理层 时间同步 单载波频域均衡 数字中频

【摘要】：空中的多个飞行器节点可以构成网络进行通信,多个子节点可以将位置和传感器等数据实时汇集到主节点做总体的分析处理,主节点向子节点发送控制信号。本文设计了一种通信链路应用于空中飞行器间的无线通信,并完成了物理层波形传输的实现和验证。文中首先研究了扩频通信、数字中频、时频同步、信道估计与均衡等关键性技术,然后分析了项目提出的需求,参考现有的军用通信链路和通信技术标准,提出物理层波形传输的设计方案。本文的内容分为以下三个方面:第一,设计物理层技术方案并做性能仿真。本文设计的物理层链路采用CRC、卷积交织技术进行基带信道编码和16倍直接扩频,调制方式为QPSK,通信速率137kbps。数字中频部分将带宽5MHz的基带信号采样率增加到64倍,然后调制到频率70MHz的中频载波上。时间同步采用训练序列直接相关法,达到1/4码片精度。信道估计均衡采用单载波频域均衡技术,使链路可以抵抗1kHz频偏。仿真结果表明,物理层链路可以在b0E N为6dB时,达到610-级别的通信误码率。第二,实现物理层链路,并进行功能仿真,验证波形。链路的每个模块在FPGA芯片中实现后,都使用仿真工具测试验证信号波形。实现时间同步模块时,采用多路多相的匹配滤波结构,节省了硬件资源。数字中频模块分三级实现速率的上采和下采,使滤波器阶数不致太高。第三,在实物设备搭建的硬件平台上测试通信功能和误码率性能。先在上电状态下验证各个模块的信号输出和功能。最后测试整个链路的波形传输误码率,结果与定点仿真相差约2dB。论文根据需求设计的物理层链路的技术方案达到了目标,同时通过实际测试,验证了数字中频、时间同步和单载波频域均衡等关键技术,为相似通信链路的开发提供了工程参考。
【关键词】：数据链 物理层 时间同步 单载波频域均衡 数字中频
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243.1;TN92
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 研究背景与意义15-17
• 1.2 论文结构与内容安排17-19
• 第二章 无线通信波形关键技术发展现状19-28
• 2.1 扩展频谱技术19-21
• 2.1.1 扩频的原理19-20
• 2.1.2 扩频码和码同步20-21
• 2.2 数字中频技术21-25
• 2.2.1 基带和带通采样定理21-22
• 2.2.2 抽取和内插22
• 2.2.3 多相滤波方式实现内插和抽取22-25
• 2.2.4 多相方式生成载波25
• 2.3 单载波频域均衡技术25-27
• 2.4 小结27-28
• 第三章 物理层传输的需求与分析28-33
• 3.1 应用场景28
• 3.2 物理层链路功能需求和性能需求28-30
• 3.3 物理层链路预算分析30-32
• 3.4 小结32-33
• 第四章 物理层链路设计33-52
• 4.1 物理层帧结构设计33-34
• 4.2 基带处理34-36
• 4.2.1 CRC编码34
• 4.2.2 卷积编码34-35
• 4.2.3 行列交织35
• 4.2.4 QPSK星座映射35
• 4.2.5 直接序列扩频35-36
• 4.3 数字中频设计36-41
• 4.3.2 成形滤波器37-38
• 4.3.3 第二级滤波器38-39
• 4.3.4 第三级滤波器39-40
• 4.3.5 正交调制与解调40-41
• 4.4 时间同步41-44
• 4.4.1 时间粗同步41-43
• 4.4.2 时间精同步43-44
• 4.5 频偏估计44-46
• 4.6 信道估计与补偿46-49
• 4.6.1 信道估计序列46-47
• 4.6.2 信道估计和补偿47-48
• 4.6.3 仿真和分析48-49
• 4.7 整体链路性能仿真49-51
• 4.7.1 全链路浮点仿真49-50
• 4.7.2 定点仿真50-51
• 4.8 小结51-52
• 第五章 链路关键技术的FPGA实现52-69
• 5.1 FPGA开发环境介绍52
• 5.2 FPGA实现总体结构52-53
• 5.3 发送部分的物理层实现53-61
• 5.3.2 信道编码54-57
• 5.3.3 组帧57-59
• 5.3.4 数字上变频59-61
• 5.4 接收部分的物理层实现61-68
• 5.4.2 时间同步62-63
• 5.4.3 信道估计与补偿63-66
• 5.4.4 解扩频和星座解映射66-67
• 5.4.5 信道译码67-68
• 5.5 资源消耗分析68
• 5.6 小结68-69
• 第六章 波形测试与分析69-75
• 6.1 硬件平台简介69-70
• 6.2 功能测试与分析70-72
• 6.2.1 逻辑与时序测试分析70-71
• 6.2.2 FPGA上电测试验证波形71-72
• 6.2.3 调试中解决的问题72
• 6.3 链路误码性能测试72-74
• 6.4 小结74-75
• 第七章 结束语75-77
• 7.1 本文工作总结75
• 7.2 下一步工作方向75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-80
• 个人简历80-81
• 攻读硕士学位期间的研究成果81-82

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