[发明专利]一种基于OFDM技术的机载高速通信系统

说明书

技术领域

本发明属于信息通信技术领域，涉及一种基于OFDM技术的机载高速通信系统。

背景技术

由于通信环境和对象日趋复杂，现代航空通信对数据传输速率要求越来越高，不仅要支持传统的语音和控制信息的传输，还要支持实时图像数据的传输。尤其是无人机应用及发展的推动作用，航空数据链技术正朝着高速、实时、可靠、网络化的方向发展。基于航空领域发展的迫切需求，研制高速率、高可靠性的航空通信系统具有重要意义。

现有的机载通信系统，主要采用模拟调频、单载波数字通信、扩频、跳频等方式，信道速率不高，主要用于话音传输、低速率的导航信息传输。实现方式主要采用频分的多址方式、双工方式，有的通话系统采用半双工的方式。通信采用频段也多采用VHF的频段，可分配的带宽不高，不能支持大量用户的接入，组网性能不强。随着人们对机载通信速率和灵活性要求不断提高，传统的通信方式不能满足将来发展的要求。对于一些小型机应用，如利用无人机进行地面图像采集，采用高速率机载数据通信之后，将采集到的高速图像信息实时的传输到地面。主要可以取消无人机上的存储系统，做到无人机的进一步小型化。对于民航通信，采用高速无线机载通信技术之后，可以满足乘客飞行途中对信息传输的需要。对于未来战场，各种作战飞机将会大规模应用，如何实现飞机和地面间的低延迟、高速率、多节点通信是灵活作战的关键。因而，如何提高现有机载通信的通信能力、覆盖范围和通信质量是关系到空中战场、民用航空发展的大事，是通信领域急需解决的问题。

OFDM(正交频分复用)的基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输，使子载波上的符号传输速率大大降低，符号持续时间相对加长，对时延扩展有较强的抵抗力，从而减少甚至消除符号间干扰的影响。同时，由于各子载波相互正交，调制后的频谱可以相互重叠，不但减少了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。由于OFDM(正交频分复用)技术在高速数据传输中具有明显优势，可以大大提高无线通信系统的频带利用率，因此OFDM技术在机载高速数据通信中的具有很好的前景。

在机载通信信道方面，由于飞行器较高的运动速度会造成接收信号具有大的多普勒频移，而反射路径具有很大的路程差会造成接收信道具有大的时延扩展；在高空飞行状态下机载通信环境迅速变化，造成了信道的非平稳特性较为明显；同时多普勒扩展和时延扩展还具有特殊的分布规律；这些特点构成了机载飞行信道的显著特征，也决定了现有的针对其它信道的宽带无线体制不能直接用于机载通信。同时机载通信对实时性有较高的要求，尤其是在距离机场较近的阶段，为了保证飞机和地面站的人员实时掌控双方的信息，通信处理延迟需要控制在几个毫秒之内。而传统的编码调制方式为了提高系统容量和误码率性能，采用较长的编码交织时间，从而造成了处理延迟达到几十甚至几百毫秒，这对于机载通信系统的设计来说是不合理的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有机载通信系统通信能力、覆盖范围和通信质量不高的缺陷，为解决现有机载通信系统在大多普勒频移变化率和多径环境下中通信质量不高、系统抗衰落性差、可靠性不强、通信速率低的问题，提出了一种基于OFDM技术的机载高速通信系统。

本发明系统是通过下述技术方案实现的：

一种基于OFDM技术的机载高速通信系统，包括由上行数据主控模块、上行基带处理模块、上变频模块、信号发射模块构成的发射端，和由下变频模块、下行基带处理模块、下行数据主控模块、信号接收模块构成的接收端。

各个组成部分的功能如下：

上行数据主控模块用于完成通信数据的输入及分帧处理；

上行基带处理模块用于完成通信数据的基带处理；

上变频模块用于完成基带信号的数字上变频，并将输出的数字中频信号转换为模拟中频信号；

信号发射模块负责将模拟中频信号转换为射频信号并发射给接收端；

信号接收模块负责将接收到的射频信号转换为模拟中频信号；

下变频模块用于将模拟中频信号转换为数字中频信号，并完成数字中频信号的数字下变频；

下行基带处理模块用于完成通信数据的基带处理；

下行数据主控模块用于完成通信数据的输出。

各个组成部分间的连接关系如下：

在发射端，上行数据主控模块分别与上行基带处理模块和外部的机载通信发射终端相连；上行基带处理模块同上变频模块相连；上变频模块同信号发射模块相连；