基于单载波频域均衡技术的无人机上行通信链路设计实现

摘要

随着无人机技术的不断发展，无人机在军用和民用领域得到越来越多的应用。无人机的通信链路系统无疑是无人机上最为重要的部分，是无人机正常工作的保障。复杂的无线信道会产生多径干扰和衰落极大的降低了无人机通信的可靠性。为保证无人机准确高效的通信，必须采用有效的抗多径技术。目前主流的对抗多径效应的技术为正交频分复用（OFDM）技术和单载波频域均衡（SC-FDE）技术。由于单载波频域均衡系统不存在OFDM系统高峰均比和对频偏敏感度高的缺点，所以本文针对SC-FDE技术设计并实现了一条无人机上行通信链路。 本文介绍了无人机发展历程，无人机通信的信道特征，SC-FDE技术的特点以及SC-FDE涉及的关键技术。在充分理解SC-FDE通信系统原理的基础上，本文做了如下工作： 1、使用Matlab仿真设计了一套基于SC-FDE技术的无人机上行通信链路实现方案。对SC-FDE系统中关键算法进行仿真、比较、优化，选出最优算法。设计仿真内容主要包括信道编解码、数据调制解调、系统帧结构设计、成型滤波、定时同步和载波同步算法、信道估计与均衡算法等。 2、使用FPGA芯片完成了SC-FDE通信系统的硬件实现。采用Verilog硬件语言设计完成了这条基于SC-FDE技术的通信链路。设计内容主要包括SC-FDE系统基带部分发送端和接收端信号处理模块的实现以及中频部分上变频、数模转换和模数转换下变频等模块的功能实现。 3、搭建了SC-FDE通信系统硬件平台验证了系统的可行性。硬件平台包括完成基带模块信号处理的两块K7-FPGA开发板，完成中频发射端上变频、数模转换和中频接收端模数转换的AD9957数模转换芯片和LTC2185模数转换芯片。利用搭建好的硬件平台测试了本次设计的SC-FDE无人机上行通信链路的正确性和通信性能。 通过测试中频模块的收发功能以及FPGA实现时系统在白噪声信道和多径信道下不同信噪比的误码率大小，并将其与Matlab仿真中的结果进行比较，证明该SC-FDE通信链路可以正常通信，并且该通信链路具有一定抵抗信道噪声和多径干扰的影响。因此本设计具有一定的现实意义。

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