对流层通信具有通信距离远、保密性强等优点,被广泛应用于突发情况下的应急通信,本文基于单载波频域均衡(SC-FDE)进行对流层通信方案设计与分析。首先分析了对流层散射信道的特性:信道传输损耗大,发射机采用高效的非线性功率放大器;多径时延扩展引起频率选择性衰落,多普勒效应造成信道时变。同时利用抽头延迟线模型进行对流层散射信道数学建模,建立七径瑞利信道的仿真模型,为后续对流层通信方案设计提供理论基础。SC-FDE结合了频域均衡和峰均比低的优点,可以解决对流层信道多径时延扩展严重和功率受限的问题。本文依据对流层散射信道特性设计了SC-FDE通信方案的系统模型和传输帧,采用前导序列加数据帧的传输帧结构。为了克服对流层散射信道多径效应引起的符号间干扰,在数据帧符号前后加循环前后缀,并选择Zadoff-Chu序列作为前导序列和独特字(UW)的序列格式。参照所建立的七径瑞利信道模型对SC-FDE通信方案进行参数选择,包括FFT长度和循环前后缀长度、编码和调制方式。最后,对SC-FDE通信方案的关键技术进行了理论研究和仿真分析。在帧同步方面,为了防止接收端开机延时造成有用数据丢失,本文采用连续多个短CAZAC序列构成前导序列。利用CAZAC序列自相关性强的特点将接收序列和本地序列进行相关处理,通过相关峰的不断叠加成功捕获发送信号到达时刻。在频率同步方面,介绍了载频偏移对系统的影响,对常用的频偏估计算法进行了理论分析和仿真对比。分别指出不同算法的优缺点并进行改进,确立了循环前缀和UW序列联合频偏估计算法,仿真验证改进算法对频偏估计精度和系统性能有很大提升。在频域均衡方面,分别介绍了信道估计、信道内插和均衡准则的不同算法。本文采用最小均方误差准则进行频域均衡,并通过分割UW序列对最小二乘信道估计算法进行优化,仿真结果表明该算法对系统性能有一定的提升。