OFDM system design for helicopter-to-helicopter communication in S-Band

This thesis presents the design, implementation, and performance evaluation of an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system for helicopter-to-helicopter (H2H) communications at S-band frequency (2.7 GHz). Motivated by the lack of tailored solutions for rotary-wing platforms, which face unique challenges such as severe rotor blade blockage, time-variant Rician channels with ground reflections and Doppler shifts, the work develops a comprehensive MATLAB-based simulator incorporating ITU-R prop- agation models (P.528, P.833, P.2108). The system employs a 64-point FFT with 312.5 kHz subcarrier spacing, double Zadoff-Chu preambles (N=16, root=15) for robust per-frame synchronization, Moeneclaey method for CFO tracking, and three-antenna Maximum Ratio Combining (MRC) with RSSI-based selection to mitigate blade/fuselage shadowing. Key contributions include a geometric rotor blockage model with spherical scanning of TX- RX elevation/azimuth angles identifying low-blockage zones, optimal front/belly/dorsal placements, blockage-aware algorithm antenna training and simulations analysis of single- antenna vs. MRC performance. Results confirm MRC providing diversity gain against fading and obstructions, enabling robust ad-hoc tactical data links for search-and-rescue or swarm operations.

Questa tesi presenta la progettazione, l’implementazione e la valutazione delle prestazioni di un sistema Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) per comunicazioni helicopter-to-helicopter (H2H) ad una frequenza in S-band (2.7 GHz). Motivata dalla mancanza di soluzioni su misura per velivoli, che affrontano sfide uniche come blockage delle pale del rotore, canali Rician tempo-varianti con riflessioni da suolo e spostamenti di frequenza dovuti all’effetto Doppler, il lavoro sviluppa un simulatore completo basato su MATLAB che incorpora modelli di propagazione ITU-R (P.528, P.833, P.2108). Il sistema utilizza una FFT a 64 punti con spaziatura subcarrier di 312.5 kHz, preamboli con due Zadoff-Chu (N=16, radice=15) per sincronizzazione robusta per frame, metodo di Moeneclaey per tracciamento CFO, e Maximum Ratio Combining (MRC) a tre antenne con selezione basata su RSSI per mitigare ombreggiature di pale/fusoliera. I contributi principali includono un modello geometrico di blocco rotore con scansione sferica degli angoli di elevazione/azimut TX-RX che identifica zone a basso blockage, posizionamenti ottimali frontale/ventrale/dorsale, un algoritmo di antenna training e analisi delle simulazioni sulle prestazioni single-antenna vs. MRC. I risultati confermano MRC che fornisce guadagno di diversità contro fading e ostruzioni, abilitando link dati tattici ad-hoc robusti per operazioni di ricerca e soccorso o swarm