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随着国内无人机产业发展迅速加快,各行各业对无人机的需求大大提高。在整个无人机系统中,通信数据链担负着地面站与无人机之间快速、可靠传输信息的任务。国内大部分的应用都采用单天线系统,部分为SIMO（Single-Input Multiple-Output）的智能天线系统,然而在有限功耗和成本下,随着通信距离不断增大、通信带宽不断提高、通信环境越发复杂的发展趋势下,数据链成为制约无人机发展的关键要素。所以本文针对无人机通信数据链的专项研究,给出具体的硬件实现结构有着重要的意义。本文首先分析当前国内无人机产业技术体系存在的问题,进而给出一种新的硬件构架思路。在对单载波频域均衡系统（Single Carrier Frequency Domain Equalization Systems）和多输入多输出技术（Multiple-Input Multiple-Output）深入分析的基础上,着重研究MIMO-SCFDE系统的信号检测算法与FPGA（Field-Programmable Gate Array）实现,并且根据硬件实现复杂度以及性能要求,最终采用空时块编码（Space-Time Block Coding）技术与单载波频域均衡（SCFDE,Single Carrier Frequency Domain Equalization）相结合的通信体系。接下来重点介绍帧同步检测算法。在分析传统算法的基础上,发现传统算法精度过低、硬件实现复杂度过高。为解决该问题,本文提出一种改进的帧同步检测算法,首先我们在理论分析和数学推导的基础上,给出matlab仿真模型与结果,得到该算法能够在多径延迟大、信噪比低的条件下获得更好的同步性能。随后借助matlab对定点算法进行仿真测试,给出相应的FPGA实现,包括插值滤波模块、抽取模块、帧到达检测模块、时间粗同步模块、时间细同步模块。接下来重点研究MIMO与SCFDE相结合的信号检测算法。首先阐述了STBC的编解码原理以及如何利用训练序列对信道参数进行估计,为将MIMO技术与SCFDE技术更有效的结合在一起,利用块调制方式和离散傅里叶变换性质,将STBC解码放在频域上完成,省掉了信道估计后的快速傅里叶逆变换（IFFT）,同时能直接对STBC解码后的频域信号进行信道均衡。然后建立matlab仿真模型,给出仿真结果,并分析验证算法的合理性。最后根据算法的流程,设计FPGA硬件结构,包括移除循环前缀的cpremove模块、估计信道频域响应的channelest模块、STBC解码的mimostbc2ant模块、单载波频域均衡的scfdezfequ模块等。我们用Verilog硬件描述语言编写各模块的代码和测试文本,然后使用Modelsim Debussy等仿真工具验证代码的正确性,最后比较matlab与RTL的仿真结果,用matlab对RTL仿真结果进行最大似然译码验证模块的正确性。