地空通信是指地面基站與空中飛行器之間相互信息傳輸?shù)倪^程。近年來,隨著航空事業(yè)迅速發(fā)展,航空需求漸趨旺盛,空中交通管制日漸復(fù)雜。無人機(jī)發(fā)展迅速,不僅用于軍事領(lǐng)域中,在學(xué)術(shù)和民用方面的應(yīng)用也迅速發(fā)展。飛行器與地面基站的通信,無人機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn),與無線傳感器之間的通信應(yīng)用均具有相當(dāng)大的研究意義,這意味著地空通信越來越成為研究焦點(diǎn)。本文通過采用OFDM調(diào)制方式,進(jìn)行地空通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證系統(tǒng)方案正確性,同時(shí)完成硬件基帶實(shí)現(xiàn)。具體工作如下:1、從時(shí)域、頻域角度分別對(duì)地空通信衰落特性進(jìn)行研究,得出地空信道為兩徑萊斯,有300Hz左右多普勒擴(kuò)展的時(shí)間選擇性衰落信道結(jié)論。采用統(tǒng)計(jì)性建模方法對(duì)衰落信道進(jìn)行建模,通過實(shí)驗(yàn)仿真分析驗(yàn)證了模型有效性,直觀的演示了地空信道的衰落特性帶來的影響,為后續(xù)系統(tǒng)實(shí)踐研究提供應(yīng)用場景。2、通過對(duì)時(shí)間同步、頻率同步等關(guān)鍵技術(shù)的詳細(xì)研究,找出適合工程實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)方案,來解決系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制方式時(shí)現(xiàn)存的幾大關(guān)鍵問題。具體如下:首先是時(shí)間同步,解決方案中分兩步進(jìn)行:a、幀同步負(fù)責(zé)識(shí)別信號(hào)幀的到來時(shí)間,經(jīng)過漏捕和錯(cuò)捕概率等分析,得出多段梳狀捕獲方法為最優(yōu)方案;b、定時(shí)同步負(fù)責(zé)判斷FFT的起始位置,經(jīng)過定時(shí)偏移量及復(fù)雜度等方面對(duì)比后,本系統(tǒng)采用利用本地序列計(jì)算互相關(guān)的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。然后是頻率同步,地空通信系統(tǒng)由于自身特征需要估計(jì)和補(bǔ)償出較大的頻率偏移,解決方案為進(jìn)行粗和精兩次頻偏估計(jì),使補(bǔ)償后剩余頻偏較小,可以通過均衡來消除。最后研究了一些其他的關(guān)鍵技術(shù),包括PAPR抑制,軟解調(diào),信道估計(jì)與均衡等。3、實(shí)現(xiàn)了面向地空通信關(guān)鍵技術(shù)的硬件基帶系統(tǒng)研發(fā)�；趘ivado設(shè)計(jì)環(huán)境和FPGA平臺(tái),完成了基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)和初步驗(yàn)證。本文重點(diǎn)突出幾個(gè)關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)包括端口定義,主要流程和關(guān)鍵狀態(tài)機(jī)等,并通過仿真波形驗(yàn)證了方案的可行性。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.53;V351.36
【部分圖文】：

從圖中可以驗(yàn)證，多普勒效應(yīng)帶來的是時(shí)變特性，且多普勒頻移越大，時(shí)間選擇性衰落越嚴(yán)重。圖2.11 信道沖激響應(yīng)曲線圖 2.11 為使用 Matlab 自帶的信道發(fā)生器 comm.RicianChannel 隨機(jī)產(chǎn)生的信道沖激響應(yīng)曲線，該信道發(fā)生器利用的建立衰落模型的方法即為上文提到的濾波器法，并且在符合信道參數(shù)基本條件下，不同的仿真時(shí)間產(chǎn)生的信道增益不同。圖中設(shè)定的參

(a) 全部帶寬內(nèi)的頻響曲線(b) 一定頻率范圍內(nèi)的頻響曲線圖2.12 頻率響應(yīng)曲線圖 2.12 (a)為對(duì)應(yīng)的頻率響應(yīng)曲線，由于多徑效應(yīng)帶來了頻率選擇性衰落，并且通過實(shí)驗(yàn)可知，次徑與主徑相差越大，頻率響應(yīng)起伏越大。圖 2.12 (b)為一定頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線，兩圖對(duì)比可知，在全部帶寬下頻率選擇性衰落較嚴(yán)重，但在一定頻率范圍內(nèi)為平坦衰落，因此考慮本文系統(tǒng)調(diào)制方式選用 OFDM。

IFFT_1papr_input_QI2+ Q2Q>dividerYROM_IROM_QaddressFFT削波置零IFFT_2papr_output_Ipapr_output_Q圖4.3 PAPR模塊流程時(shí)域限幅之后，頻譜擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，將帶外的信號(hào)直接削波置零此完成了 PAPR 抑制的操作。最后將信號(hào)再進(jìn)行 IFFT，轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)，進(jìn)行。PAPR 模塊的仿真圖如圖 4.4 所示，可以看出信號(hào)經(jīng)過 PAPR 抑制處理后峰值。
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