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随着我国民航事业进入新的发展阶段,近年来地空通信流量正不断增加。国内民航通信广泛应用的飞机通信寻址与报告系统(ACARS)在部分城市机场的容量已趋于饱和。为解决民用飞机地空数字通信问题,国际民航组织要求地空通信系统建立甚高频数据链以实现向航空电信网的过渡。然而,甚高频数据链核心技术被国外垄断,相关设备依赖进口,为了实现国产化,有必要对甚高频数据链相关技术展开研究。本文根据国际民航组织文件对甚高频数据链模式4(VDL-M4)进行物理层传输技术进行了研究,以提高地空通信的效率和可靠性。VDL-M4物理层采用高斯滤波频移键控(GFSK)进行调制。本文基于灵活、可重构和模块化的GNU Radio和HackRF One软件无线电平台对VDL-M4采用的GFSK调制解调技术进行研究,设计面向VDL-M4的编码、解码、GFSK调制、解调和码元同步等方案,实现了基于GFSK调制的VDL-M4数字信号收发系统。首先,根据国际民航组织文件对VDL-M4物理层通信技术进行深入研究和分析,依据相关参数规定设计VDL-M4通信方案。其次,研究HackRF One的硬件结构和GNU Radio的软件架构,重点分析了GNU Radio的软件架构和消息处理和调度机制,研究模块开发方法。然后在软件无线电平台中根据VDL-M4通信方案,对编码解码、GFSK调制解调等技术进行模块化处理。设计和实现M&M码元同步方案,并通过设计时钟跟踪环路改进码元同步模块,搭建了VDL-M4通信系统,完成了数字信号的传输功能。最后,对基于VDL-M4的软件无线电平台进行测试,分别通过误码率和数据包测试验证系统可靠性,并对实验结果进行分析。实验对比了两种码元同步方案,在国际民航组织文件规定的噪声环境测试了通信系统的误码率,误码率满足预期要求。对数据包在真实空间中的传输进行测试,结果证明通过信道编码提高了通信传输性能性。实验表明该研究的工程实用价值,为数据链研究提供了技术支持。