单载波扩频自适应空海通信关键技术研究与验证.pdf

摘要

现代战争逐渐演变成体系对抗，“空海一体战”作为其中一项联合作战目标，

逐渐成为我国国防科技研究中的重点，空海无线通信数据链则是实现作战目标的

关键技术之一。在空海联合作战环境下，空中战机及海上舰艇均处于高速运动状态，

且海上气候多变、空气密度不均，数据传输面临着远距离、高动态、大频偏和时变

衰落信道等一系列问题。论文针对空海无线信道中的数据传输问题展开研究，提出

单载波扩频自适应空海无线通信波形设计和验证方案。论文主要贡献如下：

第一，分析空海无线通信研究现状，完成空海无线通信传输体制和关键技术选

型。首先总结空海无线通信波形研究现状，结合空海无线通信的应用背景，确定基

于单载波扩频体制的波形设计准则。针对空海时变信道环境，提出导频和数据叠加

传输的信道估计方法，在时间资源上逐符号进行信道估计，实时追踪信道变化，提

升均衡精度。针对收发高速运动带来的大频偏问题，设计了一种联合单音信号和

Gold重复序列的同步序列，可纠最大频偏达42KHz。根据传输信道质量，结合自

适应编码调制技术设计4种传输模式，实现了2.65Mbps、3.55Mbps、5.31Mbps和

7.96Mbps四种传输模式的自适应速率切换。

第二，依据空海无线通信波形功能性能指标，完成空海无线通信数据链设计。

论文首先设计了基于单载波扩频体制的发射机无线帧结构，主要包含信道编码、调

制、扩频和组帧等数据处理模块。接着完成对应基带接收机的帧结构设计，包含时

频同步、解帧、解扩、信道估计、时域均衡、解调和信道译码等数据处理模块。最

后利用Simulink平台完成通信链路搭建和性能仿真，仿真数据表明，2.65Mbps、

3.55Mbps、5.31Mbps和7.96Mbps四种速率模式在信噪比为-3dB、1dB、6dB和12dB

−6

下满足误码率不大于的性能要求。

10

第三，完成面向软件无线电平台的FPGA代码实现，在实验室环境下进行传

输方案指标测试。在FPGA平台上测试四种传输模式，结果显示在信噪比依次为

−6

0dB、4dB、8dB和15dB时，可分别达到误码率不大于的性能指标。在误码率

10

满足要求的前提下测试了波形部分关键功能性能指标，包括双向传输速率测试、抗

频偏测试及速率自适应测试，验证单载波扩频自适应空海无线通信方案的可行性。

论文针对空海无线通信背景提出的单载波扩频自适应传输关键技术研究与验

证方案，对高速率、远距离、大频偏下通信数据链设计具有工程和理论参考意义。

关键词：空海无线通信，自适应传输，直接序列扩频，大频偏，远距离通信

ABSTRACT

Modernwarfarehasgraduallyevolvedintoasystemicconfrontation.Asoneofthe

jointcombatobjectives,Air-SeaBattlehasgraduallybecomethefocusofmycountrys

nationaldefensescienceandtechnologyresearch.Theair-seawirelesscommunication

datalinkisthekeytechnologyofthisstrategy.Intheair-seajointcombatenvironment,

airfightersandshipsatseaareinastateofhigh-speedmovement,andtheseaclimateis

changeableandtheairdensityisuneven.Datatransmissionisfacinglong-distance,high

dynamic,largefrequencyoffsetandtime-varyingselective