多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响.pdf

《多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252015V01．36No．103401．3410ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CFI多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响高喜俊*，陈自力军械工程学院无人机工程系，石家庄050003摘要：为进一步提高无人机(UAV)遥测链路传输容量，分析了无人机多输入多输出(UAV—MIMO)天线间隔、阵列等结构参数对信道容量的影响。建立了无人机MIMO基于散射体三维几何分布的单跳同心椭圆(GBSBCER

2、S)信道模型，结合机载MIMO天线布局方案，给出了无人机MIMO信道矩阵及遍历容量的表达式。数值仿真表明，受无人机远距离通信的影响，信道容量与天线间隔呈正比变化；且相比于线阵布局，圆阵布局虽然受到无人机姿态变化的影响，但仍具有较高的信道容量。通过分析多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响，对设计实现高速无人机数据链具有实际意义。关键词：无人机MIMO；多天线结构；信道模型；信道矩阵；信道容量中图分类号：V234文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)10—3401一i0随着无人机的广泛应用，高性能任务载荷也对当前无人机数据链的通信容量提出了更高的需求。多

3、输人多输出(MultipleInputMultipleOut—put，MIMO)技术以其大容量、高质量传输性能优势成为无线通信领域的一项重要技术突破[1。2]，因而开展无人机MIM0(UAV—MIM0)数据链应用研究为解决当前无人机单输人单输出(SingleIn—putSingleOutput，SISO)有限的通信容量提供了新的途径[3]。由于无人机MIMO容量分析是实现其应用的前提，且影响其因素很多，成为近年来无人机MIMO应用研究的热点[4‘7]。Lin等¨1通过研究传输策略来提升无人机MIM0容量，并给出了FlowCode传输方法；Zhan等[61以及Feng和S

4、windlehurstE7]则是分析了航向对无人机MI-Mo容量的影响。由于无人机自身空间结构的限制以及飞行姿态的变化，使得机载天线的间隔和布局阵列等天线结构参数的选取对提升无人机MIM0容量也尤为重要[4]，本文主要针对机载多天线结构对容量的影响进行分析，为实现传输速率最大化而合理设计无人机MIM0系统天线结构有指导意义。MIMO容量分析的前提是获取信道特性，信道建模是模拟实际信道的主要手段，因此建模的准确性对容量分析具有关键性影响[8]。MIMO建模主要分为物理建模和非物理建模，物理信道建模以其形象反映天线参数以及传输信道得到了广泛应用[9‘11

5、。I。iu等[1o

6、]利用物理信道建模可以直接包含天线阵列信息，建立了基于几何分布的单跳、双跳椭圆球散射的COST2100信道模型，Zhu和Eriksson[11]在室外300MHz的通信环境下验证了这一模型的合理性。由于该COST2100信道模型中收发两端高度差较小，俯仰角并没有考虑。而远场或任务区域的无人机与地面站之间的实际通信环境过程中，无人机飞行远高于地面收稿Et期：2014．09．22；退修日期：2014—12—23；录用日期：2015·02·21；网络出版时间：2015-03—0509：23网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V2015

7、0305．0923．001．htmI基金项目：国防预先研究项目(51325030202)*通讯作者．Tel．：0311．87994818E-mail：546250911@qq．com引角格武lGaoXJ。ChenZLAntennasstructureseffectoncapacityofUAV-MIMOchanne

8、【JI．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica·2015．36(10)：3401．3410．高喜俊．睬自力多天线结构对无人祝MIMO信道容量的影响￡Jj．航空学报．2015．36(10)：3401-3410。3402航空学报O

9、ct．252015V01．36No-10================================；==================站，且地面站通常处于较开阔地带，高山、建筑等散射体以地面站为中心呈四周分布，且地面站的高度要远低于散射体的高度，因此存在着不可忽略的俯仰角。胡永江和李小民[121建立了基于散射体三维几何分布的单跳同心圆筒散射信道模型，考虑了俯仰角信息，但在地面站选址时，很难保证散射体分布在其为中心的圆上。因此，本文建立了更贴合实际环境且具有普遍性的无人机MIMO基于散射体三维几何分布的单跳同心椭圆环(Geometr