飛行器通信無線信道研究及仿真

（荊楚理工學院，湖北荊門市，448000） 王 鑫 曹 高

空中飛行器如何保持相對穩(wěn)定的通信是我國飛行器通信中一個相對薄弱的部分。在空中相遇的兩個飛行器，只有兩者之間處于一個合適的空間位置，且在一定的時間上，才能夠進行穩(wěn)定的通信。如果某一個飛行器的空間位置發(fā)生變化，那么另外一個飛行器也必須發(fā)生變化，否則就會失聯(lián)。所以，如果能夠研究出一個通信無線信道，對于飛行器的通信使用而言具有非常大的實踐意義。

1 移動通信信道的基本特點

1.1 傳播的開放性

無線信道在傳播信號時，是利用電磁波傳遞，是一種開放式的信息傳輸，不同于傳統(tǒng)固定有線通信是通過全封閉的傳輸線進行信號的傳遞，這也是二者最明顯的區(qū)別。

1.2 接受環(huán)境的復雜性

在建立無線移動臺時，有時候會受到環(huán)境方面的困擾。有時候信號最佳的位置，恰恰是現(xiàn)實中無法確定設(shè)點的地方。所以，這對于設(shè)立接收點的移動臺而言，具有地理環(huán)境方面的復雜因素，這是多樣的且?guī)в胁淮_定性的。通常典型的地理環(huán)境可以分為三類：第一類是城市化中的高樓大廈繁華區(qū)，主要表現(xiàn)為一些建筑物居多。第二類是接近郊區(qū)的城市外緣，也存在一些明顯的建筑物。第三類是郊外的河流、山川、平原、湖泊以及包括農(nóng)村在內(nèi)的偏遠郊區(qū)。

1.3 通信用戶的隨機移動性

移動通信主要有三種類型，第一種是室內(nèi)用戶通信，比如家用電話通信、公司電話通信等。第二種是慢速步行用戶通信，第三種是高速車載用戶通信。

2 移動通信中的電波傳播

2.1 直射波

簡單來說，直射波其實一種沒有任何障礙物遮擋的傳播，微波與超短波也是以直射波的傳遞為主。在眾多的電波中，直射波的傳輸信號是最強的。

2.2 反射波

從其名字就可以直觀地了解到，反射波其實就是在通過一些建筑物或是其他反射體，發(fā)生反射后從接受臺可以收到的傳播信號，這種電波的信號沒有直射波的信號強。

2.3 繞射波

繞射波是指，從一個比較大的建筑物或者高山的周圍繞道到后面接受臺的傳播信號，因為需要繞射的距離比較長，所以它的信號還比反射波更弱。

3 移動通信中信號傳播的損耗類型

3.1 路徑傳播損耗

路徑傳播損耗，主要是電波在空間傳播的過程中產(chǎn)生的損耗。其可以表示為，在千米量級的空間距離傳播的接受信號電平變化趨勢。雖然，在固定的有線通信中也存在路徑損耗，但這只是估計計算導線媒體中的損耗程度。

3.2 慢衰弱損耗

慢衰弱損耗，是指電波在傳播路徑的過程中，受到建筑物或是其他事物阻擋時，所產(chǎn)生的陰影效應而衍生出的損耗。這個可以從側(cè)面表現(xiàn)出，在數(shù)百米波長量級范圍內(nèi)的接受信號電平變化趨勢，這種損耗類型通常是無線傳播獨有的特征，且其常常會遵循對數(shù)正態(tài)分布。

3.3 快衰弱損耗

快衰弱損耗，能夠觀察其在數(shù)十米波長以下量級的范圍內(nèi)，接受信號的電平變化趨勢。在統(tǒng)計規(guī)律中，其電平的幅度常常會遵循瑞麗分布、拿卡加密分布以及萊斯分布等概率分布?？焖ト醯淖兓俣茸匀粫嚷ト跻?，具體還可以從時間、空間、頻率等方面研究其衰弱。

4 移動通信中信號傳播的效應

4.1 陰影效應

在電波傳輸?shù)倪^程中，會受到一些障礙物的阻擋，導致電波在傳播的過程中，接受區(qū)域會出現(xiàn)傳播半盲區(qū)，這就像是陽光在受到阻擋時產(chǎn)生的陰影，所以將其稱為陰影效應。此外，光波的波長短，電波的波長，光波可肉眼見其陰影，而電波不可見。

4.2 多普勒效應

當波源向觀察者逐漸靠近的過程中，觀察者接收到的頻率會變高，反之在波源遠離觀察者的過程中，接收到的頻率會變低。舉例來說，如果越靠近基站，那么發(fā)送的波長的時間就越短，其信號的強度也會越大。反之，如果離基站的位置越遠，那么其傳播的時間也會越長，信號也會越弱。

4.3 多徑效應

移動接收器所處的地理位置比較復雜，不僅會接受到直射波的信號，還可能會接受到從其他建筑物反射或繞射出來的信號。因為不同信號的強度與到達接收器的時間是不一樣的，所以接收器最終接收到的信號是所有信號的矢量和。

4.4 遠近效應

接受用戶一旦改變他們的所處位置，基站與移動臺的相對位置也會改變。當移動用戶的發(fā)射信號功率一樣時，其信號傳播到各個基站的信號強度則會有一些區(qū)別。離移動用戶近的基站能夠接受到信號較強的信號，離用戶較遠的基站則接收到的信號較弱。

5 飛行器通信無線信道的研究

5.1 飛行器通信無線信道建模的難點

在移動無線系統(tǒng)的設(shè)計中，建設(shè)一個無線信道的模型是最為關(guān)鍵的一步，也是非常困難的一個環(huán)節(jié)。這是由于移動無線信道會制約無線通信系統(tǒng)的性能使用，在發(fā)射機、接收機二者之間的傳播過程非常繁瑣，從比較簡單的視距傳播開始，到遭遇建筑物、山峰、樹枝等地上障礙物的過程中，無線信道的傳輸可能會造成一定的波動且沒有預見性。這種無線傳播的隨機性，導致相關(guān)人員無法快速準確地分析信號，甚至會造成無線信號的衰弱。

5.2 飛行器通信無線信道的仿真分析

飛行器的仿真分析可以從其通信區(qū)域開始分析，其通信區(qū)域其實就是在一個正常通信的前提下，兩個飛行器之間能夠自由活動的一個范圍區(qū)間。其通信區(qū)域邊界通過通信天線方向性函數(shù)及通信數(shù)據(jù)鏈路公式確定如下：10logFt（θt）+10logFr（θr）-20logD≥A；1Olog（（Ft（θt）*Fr（θr））一20logD≥A；考慮到通信區(qū)域是需要以另外一個飛行器作為參考的中心。所以，可以將其中一個飛行器的器載發(fā)射天線與接收天線，以一種最為理想化的程度對準另外一個飛行器。這樣看的話，飛行器器載接收天線和發(fā)射天線的增益取最大值、兩飛行器間視距線與它們的電軸重合。

6 結(jié)語

無線通信中的無線信道處于一個核心的位置，研究電波傳播的特征是研究其他無線通信的基礎(chǔ)。飛行器之間的無線傳輸，是目前一個不夠成熟的新方向。在找尋飛行器的無線信道建模中，仍然還有一條很長的路要走，在未來的發(fā)展中還有很大的發(fā)展空間。