无人机Ad hoc自组网中OFDM技术应用探讨

袁征　杨颖　王润典

摘 要 无人机组网协同模式正受到广泛的关注，从无人机飞行特点考虑组网应采用Ad Hoc网络。论文分析了Ad Hoc网络的特点，重点对物理层技术OFDM进行了深入的探讨，得出在无人机组网通信中应用OFDM技术可以提高数据传输能力。

关键词 无人机 Ad Hoc OFDM

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A

无人机自组网要求多架无人机进行数据交换和传输，而无人机自组网采用无线传输技术作为底层通信手段，无线信道本身的物理特性决定了它所能提供的网络带宽，再加上无线信道产生的碰撞、信号衰减、多径干扰等因素，使无人机终端可得到的实际带宽远远小于理论上的最大带宽值。因此，选择合适的物理层传输技术是提高无人机组网性能的关键性问题之一。

1无人机Ad Hoc 网络特点

Ad Hoc网络是一种特殊结构的无线通信网络，其通信依靠节点之间的相互协作，以无线多跳方式完成。网络中的每个节点都带有收发信机，采用分布式控制，同时具有主机和路由器的功能，可以不依赖预先存在的网络基础设施而快速展开，各节点可在不进行通知的情况下自由进入网络和脱离网络且不会导致整个网络陷入瘫痪，具有自组织和自管理的特性。无人机Ad Hoc网络在很多方面区别于其他通信网络，表现在：

（1）移动自组织。除了网络节点外没有固定的基础设施，每个节点都具有路由功能，支持随时随地通信，能自发组建移动网络；

（2）动态拓扑。节点可以以任意可能的速度和模式移动，自由地加入或者离开Ad hoc 网络，会导致网络拓扑结构的变化。

（3）无线多跳路由。无线通信范围外的通信需要由中间节点完成路由转发功能。

（4）完全分布式。Ad Hoc网络是由对等节点构成的网络，不存在中心控制，管理和组网都非常简单灵活。

（5）无线传输带宽窄。它所能提供的网络带宽相对于有线信道要低得多，并且无线信道的质量较差。

（6）安全性差。自组网是一种特殊的无线移动网络，由于采用无线信道和分布式控制等技术，它更加容易受到被动窃听、主动入侵、网络攻击。因此，信道加密、抗干扰、用户认证、密钥管理、访问控制和其他安全措施都需要特别考虑。无人机组成的Ad hoc网络如图1所示。

2 OFDM技术概述

OFDM的概念源自于频分复用（FDM）和多载波通信（MC）技术，它是在MC的基础上，使不同的子载波相互正交，这种正交性有利于克服FDM及通常MC中频谱效率低的不足。其实质就是把高速率的信源信息流通过串并变换，变换成低速率的N路并行数据流，然后用N个相互正交的载波进行调制，将N路调制后的信号相加得到发射信号。

3 OFDM技术在无人机Ad hoc自组网中的优势

在无人机Ad Hoc自组网中利用OFDM技术的主要优势体现在以下几个方面：

（1）频带利用率高。OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，而不是传统的利用保护频带分离子信道的方式，因此OFDM可以最大限度的利用频谱资源。

（2）抗噪声和多径衰落能力强。OFDM系统可以把一个串行传输的高速数字流转化到多个低速率的并行信道上，这样在每个子载波上传输的符号周期就相应的比同速率的单载波系统上的符号周期长很多倍，从而使OFDM对脉冲噪声和多径时延失真的抵抗能力更强。

（3）易于实现真正的数字化调制和解调。与传统的FDM系统不同，随着数字信号处理技术和大容量可编程逻辑器件技术的发展，借助于FFT/IFFT变换，OFDM系统在基带可以非常容易的实现对信号的全数字调制和解调，从而简化了通信系统的实现。

（4）降低了均衡的复杂性。由于OFDM系统把整个可利用带宽划分成许多个窄带子信道，对每个子信道而言，符号周期大大变长，单个子信道上的频率响应变得相对平坦了许多，从而使信道引入的符号间串扰变得不再重要，因此所需的均衡要比串行系统简单。

2 结论

本文通过对OFDM技术分析得出无人机Ad Hoc网络的物理层采用OFDM技术，可以提高数据传输能力。无人机自组网方面，还有很多东西有待于研究和开发。本文仅仅是对无人机自组网物理层技术的探讨，仅供参考。

参 考 文 献

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