适用于无人机宽带无线通信系统的关键技术研究

论文摘要

在军事领域中,无人侦察机对于获取地形信息,敌军武器部署起着至关重要的作用。本课题要研究的便是一个宽带无线传输系统,可以将无人机拍摄的高清图像信息实时地传回地面指挥中心。这个机载通信系统具有一些特点:高速移动,高带宽以及设备体积小、功耗低。首先笔者根据本项目应用的实际环境建立了系统模型,给出具体指标,并根据这些指标测算了通信能量链路和关键的信道参数,最后指出了实现此系统的几个关键性难题:固定多径时延扩展下覆盖的符号个数多,要求的均衡器级数高;能够对抗高速移动带来的多普勒频移;信号的峰均比低。为了解决这些通信技术上的难题,笔者比较了现今几个典型通信系统:单载波系统,OFDM系统和CDMA系统,结合具体的指标和信道参数分析了它们应用于本项目的可行性,结果发现它们各自都存在着难以解决的问题:单载波系统无法实现几千阶数的均衡器;OFDM系统的峰均比太高,且对多普勒频移敏感;CDMA系统的单用户频谱利用率太低,无法满足数据率要求。于是笔者提出了MC-DTTB方案,即将输入的数据分成若干个子序列,然后对每个子序列使用DTTB系统在不同信道上进行传输,在接收端使用合适的同步机制将这些子序列重新恢复成原始数据。并在MC-DTTB的典型系统中,选用了MC-ADTB-T,同时结合信道参数加以验证。然后,笔者给出了MC-ADTB-T系统的详细实现过程,其中最重要的就是本系统采用的子序列分合同步机制。最后,介绍了演示系统的具体测试过程,证明了MC-DTTB的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语表
• 1 绪论
• 1.1 机载无线视频通信的技术需求
• 1.2 机载无线视频通信的背景分析
• 1.2.1 机载通信
• 1.2.2 无线宽带通信
• 1.3 本课题研究意义和方向
• 1.4 本文所做的主要工作和创新
• 1.5 本文的篇章结构
• 2 无人机宽带无线通信技术基础
• 2.1 引言
• 2.2 国外机载宽带视频数据链现状
• 2.2.1 CDL数据链
• 2.2.2 TCDL数据链
• 2.2.3 微型/小型无人机用数据链
• 2.2.4 宽带数据链现状分析
• 2.3 ADTB-T系统介绍
• 2.3.1 ADTB-T系统框架
• 2.3.2 ADTB-T系统工作模式
• 2.3.3 ADTB-T系统数据结构
• 2.4 OFDM系统介绍
• 2.4.1 OFDM的技术背景
• 2.4.2 OFDM正交性
• 2.4.3 OFDM调制/解调
• 2.5 CDMA系统介绍
• 2.6 本章小结
• 3 无人机宽带无线通信关键技术分析
• 3.1 引言
• 3.2 系统链路测算
• 3.3 信道关键参数测算
• 3.3.1 载波频偏和频偏加速度
• 3.3.2 时间选择性快衰落
• 3.3.3 频率选择性衰落
• 3.3.4 多普勒频移和频移变化率
• 3.4 实现难点分析
• 3.5 本章小结
• 4 无人机宽带无线通信实现方案设计
• 4.1 引言
• 4.2 技术方案
• 4.2.1 单载波方案
• 4.2.2 OFDM方案
• 4.2.3 CDMA方案
• 4.2.4 MC-DTTB方案
• 4.2.5 技术方案比较
• 4.3 细化方案
• 4.3.1 MC-ATSC系统
• 4.3.2 MC-DVB-T系统
• 4.3.3 MC-ADTB-T系统
• 4.4 方案选择
• 4.5 本章小结
• 5 MC-ADTB-T系统设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 机载发射端
• 5.2.1 发送端系统框图
• 5.2.2 数字基带电路原理和实现
• 5.2.3 中频调制电路设计
• 5.2.4 分路模块关键设计
• 5.2.4.1 并行数据同步机制
• 5.2.4.2 数据分发机制
• 5.2.4.3 速率适配机制
• 5.2.4.4 可选功能扩展
• 5.2.5 模块仿真
• 5.2.5.1 时钟分频模块
• 5.2.5.2 分路适配模块
• 5.3 地面接收端
• 5.3.1 接收端系统框图
• 5.3.2 解调板原理与实现
• 5.3.3 控制与复接板原理实现
• 5.3.4 监控子系统方案及实现
• 5.3.5 复接模块关键设计
• 5.3.5.1 复接模块框图
• 5.3.5.2 同步启动使能信号
• 5.3.5.3 环路失锁检测
• 5.3.5.4 包头同步检测
• 5.3.6 模块仿真
• 5.3.6.1 去空包模块
• 5.3.6.2 复接模块
• 5.3.6.3 数据格式恢复模块
• 5.4 本章小结
• 6 MC-ADTB-T系统测试
• 6.1 引言
• 6.2 演示系统介绍
• 6.3 室内测试
• 6.4 外场测试
• 6.5 本章小结
• 7 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文