航空移动卫星通信信道模型及性能研究.pdf

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1、中国航空学会2007年学术年会机载、航电专题55航空移动卫星通信信道模型及性能研究魏麟中国民航飞行学院航空工程学院四川广汉618307摘要相对地面移动通信而言，航空移动卫星通信系统-AMSS具有功率受限、通信链路距离长、链路余量小以及由于机身反射、地/海平面的镜/漫反射形成的多径效应的特点,在某些飞行阶段,其信号衰落可达到15dB.本文分析了AMSS通信中的各种影响因素,给出了全新的AMSS的信道模型,对起飞/降落和巡航时的信道进行了仿真,得到了累计概率分布(CDF)曲线;并且在该信道模型的基础上,得到了QPSK信号在AMSS信道中的性

2、能;为AMSS系统的设计提供了依据.关键词AMSS信道模型性能仿真1引言从航空运输业开始运营，航空公司就认识到建立可靠的通信是航空运输安全和赢利的重要保障。所以，在1929年，美国航空运输业就合作建立了共享的行业通信系统，以提供航空通信。经过几十年的发展，航空通信不断演进，它已经成为了全世界较大的行业网络。随通信技术的发展，航空通信已能为航空运输提供可靠的通信保障，同时，还能为客户和航空公司提供更多的服务。当飞机执行跨洋飞行时，由于空地高频无线通信受通信距离的限制，就要求有另外一种更可靠的通信方式为跨洋飞行提供通信保障。由于卫星通信(G

3、EO、MEO或LEO)正好可以为高速运动的飞行器提供连续的覆盖，所以卫星通信在航空运输领域正得到快速的发展。[1]利用卫星为飞行中的飞行器提供通信的思想出现于20世纪60年代，40年来，航空移动卫星的研究、试验和技术验证一直是卫星通信和航空运输的发展的重点。民用航空是一个发展最快的高科技行业之一，预计2010年高峰期时大西洋上空的飞行器的数量将超过550架。同时，太平洋上空的航空交通运输正以年均增长10%的速率发展，到2020年，其上空的飞行器的瞬时数量将超过3400架。快速发展的民航运输业造成了空中飞行的严重拥塞，特别在一些国际航线上

4、。为了避免拥塞，必须设计一些绕飞航线，这样就不可避免地增加了航空公司的运营成本-燃油、维护费用。因此，在保障飞行安全的基础上，增加飞行航线的容量和使用效率就成为了解决民用航空发展瓶颈的当务之急。当前民用航空采用的通信系统的主要问题是在离海岸200英里的范围外，没有空中交通监视雷达的覆盖，VHF无线电通信只能完成视距内的通信，HF是唯一的能为跨洋飞行和偏僻陆地上空提供无线通信的通信手段。但HF存在固有的缺点：由于太阳光束的干扰，HF信号不稳定；由于HF话音的误解或操作错误，会出现通信错误；在密度大的航线上，HF能分配的频段太小；HF信道不

5、适于传输高速率的数据。由于飞行员的HF话音位置报告是每一小时更新一次，所以，ATC是不能准确地知道飞机的实时位置的，为了保证飞行安全，就要求同一航线上的飞机间隔要尽量的长，通常要求有10分钟的间隔而且要求水平方向间隔60海里，垂直方向间隔2000英尺。这样，飞行空域就不能很好地得到有效地利用，增加了航线距离，增大了航空公司的运营成本。例如，美联航就估算由于不断增长的空中流量密度和目前的航空管制限制所造成的耗费，占到了其运营成本的5%。1中国航空学会2007年学术年会机载、航电专题55使旅客享受到更安全、更有乐趣的飞行旅程是航空公司在竞争

6、激烈的民航运输市场上取得领先的一个制胜法宝，研究表明，只有提供高速率的数据通信和互联网应用才能实现这一目标。表1为[2]远程航线飞行中旅客对多媒体通信数据速率的需求。表1航空通信业务量需求业务前向链路数据速率平均使用时间反向链路数据速率航空管制100bps连续100bps电视6×2Mbps连续视频点播VOD8×2Mbps20分钟8×50bps视频会议8×128Kbps30分钟8×128bps电报/传真/数据20×10Kbps10分钟20×10Kbps购物20×50bps1小时20×50bps互联网10×100Kbps30分钟10×100

7、Kbps为了给飞行器提供连续的通信服务，需要航空通信卫星提供对全球的无缝覆盖。而且，用户对系统容量、数据速率的需求不断增加，早期的INMARSAT卫星已不能满足市场的需求，这就要求设计一种新的通信系统。该系统应基于LEO/MEO设计，不但应提供INMARSAT不能覆盖到的两极地区，而且还应降低飞行器上安装的终端天线的调节要求。通常，航空移动卫星通信(AMSS)系统能提供的业务类型有4类：-空中交通管制(ATC)用于空中交通管制通信，包括天气预报数据。该业务类型用于传输灾难、应急、飞行安全和地质状态信息，另外，该业务还包括ADS功能。AD

8、S使得空管员能更准确和及时地知道飞机所处的位置，在保持同一飞行安全标准条件下，能有效缩短飞机之间的飞行间隔，飞机之间的水平间隔可以由原来要求的10分钟缩短为5分钟、横向间隔可以缩小为20到30nmi、垂直间