飞行器通信无线信道研究及仿真

（荆楚理工学院，湖北荆门市，448000） 王 鑫 曹 高

空中飞行器如何保持相对稳定的通信是我国飞行器通信中一个相对薄弱的部分。在空中相遇的两个飞行器，只有两者之间处于一个合适的空间位置，且在一定的时间上，才能够进行稳定的通信。如果某一个飞行器的空间位置发生变化，那么另外一个飞行器也必须发生变化，否则就会失联。所以，如果能够研究出一个通信无线信道，对于飞行器的通信使用而言具有非常大的实践意义。

1 移动通信信道的基本特点

1.1 传播的开放性

无线信道在传播信号时，是利用电磁波传递，是一种开放式的信息传输，不同于传统固定有线通信是通过全封闭的传输线进行信号的传递，这也是二者最明显的区别。

1.2 接受环境的复杂性

在建立无线移动台时，有时候会受到环境方面的困扰。有时候信号最佳的位置，恰恰是现实中无法确定设点的地方。所以，这对于设立接收点的移动台而言，具有地理环境方面的复杂因素，这是多样的且带有不确定性的。通常典型的地理环境可以分为三类：第一类是城市化中的高楼大厦繁华区，主要表现为一些建筑物居多。第二类是接近郊区的城市外缘，也存在一些明显的建筑物。第三类是郊外的河流、山川、平原、湖泊以及包括农村在内的偏远郊区。

1.3 通信用户的随机移动性

移动通信主要有三种类型，第一种是室内用户通信，比如家用电话通信、公司电话通信等。第二种是慢速步行用户通信，第三种是高速车载用户通信。

2 移动通信中的电波传播

2.1 直射波

简单来说，直射波其实一种没有任何障碍物遮挡的传播，微波与超短波也是以直射波的传递为主。在众多的电波中，直射波的传输信号是最强的。

2.2 反射波

从其名字就可以直观地了解到，反射波其实就是在通过一些建筑物或是其他反射体，发生反射后从接受台可以收到的传播信号，这种电波的信号没有直射波的信号强。

2.3 绕射波

绕射波是指，从一个比较大的建筑物或者高山的周围绕道到后面接受台的传播信号，因为需要绕射的距离比较长，所以它的信号还比反射波更弱。

3 移动通信中信号传播的损耗类型

3.1 路径传播损耗

路径传播损耗，主要是电波在空间传播的过程中产生的损耗。其可以表示为，在千米量级的空间距离传播的接受信号电平变化趋势。虽然，在固定的有线通信中也存在路径损耗，但这只是估计计算导线媒体中的损耗程度。

3.2 慢衰弱损耗

慢衰弱损耗，是指电波在传播路径的过程中，受到建筑物或是其他事物阻挡时，所产生的阴影效应而衍生出的损耗。这个可以从侧面表现出，在数百米波长量级范围内的接受信号电平变化趋势，这种损耗类型通常是无线传播独有的特征，且其常常会遵循对数正态分布。

3.3 快衰弱损耗

快衰弱损耗，能够观察其在数十米波长以下量级的范围内，接受信号的电平变化趋势。在统计规律中，其电平的幅度常常会遵循瑞丽分布、拿卡加密分布以及莱斯分布等概率分布。快衰弱的变化速度自然会比慢衰弱要快，具体还可以从时间、空间、频率等方面研究其衰弱。

4 移动通信中信号传播的效应

4.1 阴影效应

在电波传输的过程中，会受到一些障碍物的阻挡，导致电波在传播的过程中，接受区域会出现传播半盲区，这就像是阳光在受到阻挡时产生的阴影，所以将其称为阴影效应。此外，光波的波长短，电波的波长，光波可肉眼见其阴影，而电波不可见。

4.2 多普勒效应

当波源向观察者逐渐靠近的过程中，观察者接收到的频率会变高，反之在波源远离观察者的过程中，接收到的频率会变低。举例来说，如果越靠近基站，那么发送的波长的时间就越短，其信号的强度也会越大。反之，如果离基站的位置越远，那么其传播的时间也会越长，信号也会越弱。

4.3 多径效应

移动接收器所处的地理位置比较复杂，不仅会接受到直射波的信号，还可能会接受到从其他建筑物反射或绕射出来的信号。因为不同信号的强度与到达接收器的时间是不一样的，所以接收器最终接收到的信号是所有信号的矢量和。

4.4 远近效应

接受用户一旦改变他们的所处位置，基站与移动台的相对位置也会改变。当移动用户的发射信号功率一样时，其信号传播到各个基站的信号强度则会有一些区别。离移动用户近的基站能够接受到信号较强的信号，离用户较远的基站则接收到的信号较弱。

5 飞行器通信无线信道的研究

5.1 飞行器通信无线信道建模的难点

在移动无线系统的设计中，建设一个无线信道的模型是最为关键的一步，也是非常困难的一个环节。这是由于移动无线信道会制约无线通信系统的性能使用，在发射机、接收机二者之间的传播过程非常繁琐，从比较简单的视距传播开始，到遭遇建筑物、山峰、树枝等地上障碍物的过程中，无线信道的传输可能会造成一定的波动且没有预见性。这种无线传播的随机性，导致相关人员无法快速准确地分析信号，甚至会造成无线信号的衰弱。

5.2 飞行器通信无线信道的仿真分析

飞行器的仿真分析可以从其通信区域开始分析，其通信区域其实就是在一个正常通信的前提下，两个飞行器之间能够自由活动的一个范围区间。其通信区域边界通过通信天线方向性函数及通信数据链路公式确定如下：10logFt（θt）+10logFr（θr）-20logD≥A；1Olog（（Ft（θt）*Fr（θr））一20logD≥A；考虑到通信区域是需要以另外一个飞行器作为参考的中心。所以，可以将其中一个飞行器的器载发射天线与接收天线，以一种最为理想化的程度对准另外一个飞行器。这样看的话，飞行器器载接收天线和发射天线的增益取最大值、两飞行器间视距线与它们的电轴重合。

6 结语

无线通信中的无线信道处于一个核心的位置，研究电波传播的特征是研究其他无线通信的基础。飞行器之间的无线传输，是目前一个不够成熟的新方向。在找寻飞行器的无线信道建模中，仍然还有一条很长的路要走，在未来的发展中还有很大的发展空间。