无人机通信空地几何信道建模与统计特性研究

来源 :重庆邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuzihai
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近年来,随着无线通信技术的飞速发展,基于第五代通信网络无人机通信系统的研究受到学术界的广泛关注。研究无人机通信系统关键技术的基础是建立信道模型,准确的信道模型可以为通信系统的性能分析提供重要依据。本文主要围绕街道场景和密集城区场景展开分析,建立空对地(Air-to-Ground,A2G)信道模型并探究相应的信道统计特性,为A2G通信系统的设计和性能评估提供了理论参考。首先,面向街道场景,针对街道中的移动散射环境,提出了一种使用二维单环和三维半球体建模的A2G信道参考模型。该模型同时考虑了静止和运动散射体。基于所提出的无人机信道参考模型,本文推导了对应的随机性仿真模型,并对模型相应的统计特性进行了推导,包括空-时相关函数、多普勒功率谱密度、包络电平交叉率和平均衰落时间。最后,将所提模型与静止散射模型的时间自相关函数进行对比。结果表明,莱斯因子和运动散射体速度等对信道特性有显著影响,所提模型时间自相关函数曲线与文献中测量数据拟合良好,验证了模型的准确性。其次,在密集城区场景中,针对实际无人机通信系统所处的复杂环境或机翼震动引起的无人机平台的随机抖动,进而引起信道的非平稳性问题,本文提出了基于半球体的A2G非平稳信道模型。半球体模型中方位角和俯仰角的联合分布特征可以用冯米瑟斯分布来表征。另外,考虑到A2G信道中可能存在邻近无人机的干扰,本文采取了在发射端配备定向天线的方式解决此问题。在此基础上,研究了无人机的滚转运动和俯仰运动对时变距离和定向覆盖中有效散射区域的影响。最后,对模型相应的统计特性进行了推导,并探究了重要参数对信道特性的影响。结果表明,无人机抖动会对信道统计特性产生影响,参考模型与仿真模型时间自相关函数的较高匹配度,验证了所提仿真模型的实用性。综上所述,本文围绕A2G通信信道,针对街道和密集城区场景,考虑了散射体和无人机的状态对信道统计特性的影响,提出了空地信道参考模型和对应的随机性仿真模型,为未来新一代无人机对车信道建模工作的进一步完善提供了参考。
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