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摘 要：航空移动机场通信系统（AeroMACS）基于ieee802.16e移动无线标准WiMAX。它有望成为下一代航空通信系统的主要组成部分，目前在民航领域得到飞速的发展。同时，无人机（UAV）技术也日益成熟，并在社会中得到飞速的发展。到目前为止，已经对Aeromac和无人机技术进行了大量的实际测试和分析。本文讨论其对无人机应用的适用性。通过对AeroMACS物理层框架的分析，说明了理论上的应用的可能性。
关键词：航空移动机场通信系统;AeroMACS;无人机;OFDM
Abstract： AeroMACS is based on IEEE 802.16e mobile wireless standard WiMAX. It is expected to become the main component of the next generation aviation communication system， and it has been developing rapidly in the field of civil aviation. At the same time， unmanned aerial vehicle （UAV） technology is increasingly mature， and has been rapid development in society. So far， a lot of practical tests and analysis have been carried out on AeroMACS and UAV technology. This paper discusses its applicability to UAV application. Through the analysis of AeroMACS physical layer framework， the possibility of theoretical application is explained.
Key words：Aeronautical Mobile Airport Communications System; AeroMACS; UAV; OFDM
一、引言
航空移動机场通信系统（AeroMACS）基于ieee802.16e标准，即WiMAX。AeroMACS是为解决机场拥挤的甚高频频谱而开发的。它最初是为固定无线通信开发的;后来它也适用于移动无线通信。全球互操作性是未来所有航空网络的主要目标。作为未来通信基础设施（FCI）的重要组成部分，AeroMACS理应成为全球无缝通信的一部分。AeroMACS最初由航空无线电技术委员会（RTCA）开发，通过国际民用航空组织（ICAO）和欧洲民用航空设备组织（EUROCAE）等不同的相关组织，已成为国际标准化的空中接口。
AeroMACS使用频率范围为5.091-5.150GHz，C波段。信道带宽为5mhz，以时分双工（TDD）模式和正交频分多址（OFDMA）帧结构工作。它可以在3公里范围内提供高达10 Mbps的吞吐量。反观无人机技术，其通信能力运用WiFi的数据通讯方式，频段普通选择2.4GHz，通讯间隔在600至800米。经过特殊技术，能够将通讯间隔做到1至2千米。如果采用3G/4G信道，那么在高于空中300米处即有可能面临丢失信号的风险，而无人机飞行正常作业高度都在空中300至1000米之间。故将两者技术相结合，极有可能促进这两项技术共同发展。
二、AeroMACS系统
图 1为AeroMACS系统的示意图。GS为地面站（如ATC基站）。GS管理服务器通常是安装在个人计算机上的软件，用于管理和配置用户信息。AAA是身份验证、授权和记帐服务器。用于身份验证和提供授权的服务，确保他们只能访问允许访问的系统节点。接入服务网络网关（ASN-GW）是通向外部IP网络的路由器。
主要接口为R1'和R6。R1'是ieee802.16e的R1接口，具有适用于飞机和GS之间通信的AeroMACS信道。R6是GS和ASN GW之间的标准IEEE 802.16e接口。远程认证、用户服务（RADIUS）是Internet工程任务组（IETF）设计的AAA通信常用协议。最后，简单网络管理协议（SNMP）是一种基于Internet的协议，用于监视和管理网络中的所有设备。AeroMACS是飞机和空地通信服务供应（ACSP）系统之间的无线数据链路。ACSP由地面站、ASN GW、AAA服务器和路由基础设施组成。
三、AeroMACS与无人机技术结合的优势
3.1 AeroMACS可提供更宽的带宽
AeroMACS系统可以选择不同的调制和编码方案（MCS）：QPSK、16-QAM、64-QAM，具有不同的前向纠错（FEC）比，如1/2、2/3、3/4和5/6。理论上，同样的载波和调制频率下，16-QAM比QPSK传输速度快但是传输距离短。然而，在实践中，由于比特误差，使用较大的调制星座并不能使吞吐量增加一倍。
表 1显示了三种不同调制方案（编码率相同，1?2）的AeroMACS吞吐量测量结果。吞吐量不仅与调制方式有关，还与编码速率、射频（RF）信道条件甚至飞机（MS）和GS之间的距离高度相关。
AeroMACS获批允许使用的频段为5091MHz至5150MHz（C波段），在5MHz带宽下传输速率能够达到5-9Mb/S，属于宽带无线通信服务。为了提升信息传递可靠性，系统采取有效的安全协议和加密系统，防止来自外部的恶意攻击，确保通信服务的质量。从理论层面上来讲，AeroMACS单个基站的通信覆盖距离为8.3km。能够给无人机应用提供更远的通信距离和更高的通信速率。 3.2 AeroMACS天线尺寸更小
天线尺寸与通信波长具有相关性。AeroMACS使用频率范围为5.091-5.150GHz ，较传统无人机通用信道2.4GHz波长更短。因此其使用的天线尺寸更小，更易被小型无人机所集成。
AeroMACS使用2×2 MIMO和5ms OFDMA天线。＼天线的数量并不是太多，这将使设备沉重或不实用于小型无人机。此外，对于仅来自两个天线的接收信号进行组合的计算复杂度不是很高。此外，2×2mimo提供了足够的物理分集来帮助解决衰落或干扰问题，这是无人机航空面临的重大挑战。天线是双斜天线，使用与水平轴和垂直轴的+45?和-45?度的极性偏移。因此，接收器将看到100%的H/V传输信号。
四、结论
AeroMACS将成为世界民航产业的重要组成部分，该计划将于2025年全面实施。该标准最初是为机场的移动通信而设计的，但很快就引起了研究人员的注意，现在已成为当前领先的航空标准之一。本文对AeroMACS的通信系统进行了理论分析。讨论了其在无人机通信领域中所具备的优势。
参考文献：
[1] Zolanvari M ， Teixeira M A ， Jain R . Analysis of AeroMACS Data Link for Unmanned Aircraft Vehicles[J]. 2018：752-759.
[2] Wargo， Chris A， Apaza， Rafael. Application survey for the future aeromacs[J]. 2011.
[3] Wargo C A ， Apaza R . Application survey for the future aeromacs[J]. 2011.
[4] Pulini P ， Chiani M . Improving the performance of AeroMACS by cooperative communications[C]// Dasc. IEEE， 2011.
[5] 沈麗楠，董斌，谢晓妤.基于流量运行特征的机场服务能力： 指挥信息系统与技术[J].2019
[6] 张子龙，王兴，许道峰. 5G通信技术战术应用： 指挥信息系统与技术[].2018
关键词：航空移动机场通信系统;AeroMACS;无人机;OFDM
Abstract： AeroMACS is based on IEEE 802.16e mobile wireless standard WiMAX. It is expected to become the main component of the next generation aviation communication system， and it has been developing rapidly in the field of civil aviation. At the same time， unmanned aerial vehicle （UAV） technology is increasingly mature， and has been rapid development in society. So far， a lot of practical tests and analysis have been carried out on AeroMACS and UAV technology. This paper discusses its applicability to UAV application. Through the analysis of AeroMACS physical layer framework， the possibility of theoretical application is explained.
Key words：Aeronautical Mobile Airport Communications System; AeroMACS; UAV; OFDM
一、引言
航空移動机场通信系统（AeroMACS）基于ieee802.16e标准，即WiMAX。AeroMACS是为解决机场拥挤的甚高频频谱而开发的。它最初是为固定无线通信开发的;后来它也适用于移动无线通信。全球互操作性是未来所有航空网络的主要目标。作为未来通信基础设施（FCI）的重要组成部分，AeroMACS理应成为全球无缝通信的一部分。AeroMACS最初由航空无线电技术委员会（RTCA）开发，通过国际民用航空组织（ICAO）和欧洲民用航空设备组织（EUROCAE）等不同的相关组织，已成为国际标准化的空中接口。
AeroMACS使用频率范围为5.091-5.150GHz，C波段。信道带宽为5mhz，以时分双工（TDD）模式和正交频分多址（OFDMA）帧结构工作。它可以在3公里范围内提供高达10 Mbps的吞吐量。反观无人机技术，其通信能力运用WiFi的数据通讯方式，频段普通选择2.4GHz，通讯间隔在600至800米。经过特殊技术，能够将通讯间隔做到1至2千米。如果采用3G/4G信道，那么在高于空中300米处即有可能面临丢失信号的风险，而无人机飞行正常作业高度都在空中300至1000米之间。故将两者技术相结合，极有可能促进这两项技术共同发展。
二、AeroMACS系统
图 1为AeroMACS系统的示意图。GS为地面站（如ATC基站）。GS管理服务器通常是安装在个人计算机上的软件，用于管理和配置用户信息。AAA是身份验证、授权和记帐服务器。用于身份验证和提供授权的服务，确保他们只能访问允许访问的系统节点。接入服务网络网关（ASN-GW）是通向外部IP网络的路由器。
主要接口为R1'和R6。R1'是ieee802.16e的R1接口，具有适用于飞机和GS之间通信的AeroMACS信道。R6是GS和ASN GW之间的标准IEEE 802.16e接口。远程认证、用户服务（RADIUS）是Internet工程任务组（IETF）设计的AAA通信常用协议。最后，简单网络管理协议（SNMP）是一种基于Internet的协议，用于监视和管理网络中的所有设备。AeroMACS是飞机和空地通信服务供应（ACSP）系统之间的无线数据链路。ACSP由地面站、ASN GW、AAA服务器和路由基础设施组成。
三、AeroMACS与无人机技术结合的优势
3.1 AeroMACS可提供更宽的带宽
AeroMACS系统可以选择不同的调制和编码方案（MCS）：QPSK、16-QAM、64-QAM，具有不同的前向纠错（FEC）比，如1/2、2/3、3/4和5/6。理论上，同样的载波和调制频率下，16-QAM比QPSK传输速度快但是传输距离短。然而，在实践中，由于比特误差，使用较大的调制星座并不能使吞吐量增加一倍。
表 1显示了三种不同调制方案（编码率相同，1?2）的AeroMACS吞吐量测量结果。吞吐量不仅与调制方式有关，还与编码速率、射频（RF）信道条件甚至飞机（MS）和GS之间的距离高度相关。
AeroMACS获批允许使用的频段为5091MHz至5150MHz（C波段），在5MHz带宽下传输速率能够达到5-9Mb/S，属于宽带无线通信服务。为了提升信息传递可靠性，系统采取有效的安全协议和加密系统，防止来自外部的恶意攻击，确保通信服务的质量。从理论层面上来讲，AeroMACS单个基站的通信覆盖距离为8.3km。能够给无人机应用提供更远的通信距离和更高的通信速率。 3.2 AeroMACS天线尺寸更小
天线尺寸与通信波长具有相关性。AeroMACS使用频率范围为5.091-5.150GHz ，较传统无人机通用信道2.4GHz波长更短。因此其使用的天线尺寸更小，更易被小型无人机所集成。
AeroMACS使用2×2 MIMO和5ms OFDMA天线。＼天线的数量并不是太多，这将使设备沉重或不实用于小型无人机。此外，对于仅来自两个天线的接收信号进行组合的计算复杂度不是很高。此外，2×2mimo提供了足够的物理分集来帮助解决衰落或干扰问题，这是无人机航空面临的重大挑战。天线是双斜天线，使用与水平轴和垂直轴的+45?和-45?度的极性偏移。因此，接收器将看到100%的H/V传输信号。
四、结论
AeroMACS将成为世界民航产业的重要组成部分，该计划将于2025年全面实施。该标准最初是为机场的移动通信而设计的，但很快就引起了研究人员的注意，现在已成为当前领先的航空标准之一。本文对AeroMACS的通信系统进行了理论分析。讨论了其在无人机通信领域中所具备的优势。
参考文献：
[1] Zolanvari M ， Teixeira M A ， Jain R . Analysis of AeroMACS Data Link for Unmanned Aircraft Vehicles[J]. 2018：752-759.
[2] Wargo， Chris A， Apaza， Rafael. Application survey for the future aeromacs[J]. 2011.
[3] Wargo C A ， Apaza R . Application survey for the future aeromacs[J]. 2011.
[4] Pulini P ， Chiani M . Improving the performance of AeroMACS by cooperative communications[C]// Dasc. IEEE， 2011.
[5] 沈麗楠，董斌，谢晓妤.基于流量运行特征的机场服务能力： 指挥信息系统与技术[J].2019
[6] 张子龙，王兴，许道峰. 5G通信技术战术应用： 指挥信息系统与技术[].2018