基于几何随机的无人机空地信道模型

王亚文，朱秋明，陈小敏，仲伟志，成 能

（南京航空航天大学电磁频谱空间认知动态系统工业和信息化部重点实验室，南京，211106）

引 言

近年来，随着无人机（Unmanned aerial vehicle,UAV）在航拍、遥感监测、预警灾害和应急通信等领域的广泛应用，用户对机载通信链路的稳定性和可靠性也提出了更高要求。然而，UAV通信与传统移动通信的散射环境不同，UAV周围基本没有散射体且处于大范围立体空间的三维运动状态，空地信道传播场景变化明显，多普勒效应也更剧烈[1]。因此，建立精确、简单且符合真实场景的UAV空地信道模型，对实现UAV机载通信设备的方案设计、算法验证和性能评估具有重要意义。

当前针对UAV通信信道的模型包括确定性模型[2]（Deterministic model,DM）、非几何随机模型[3]（Non-geometrical stochastic channel model，NGSM）和几何随机模型[4-20]（Geometry-based stochastic channel model，GSCM）。其中，DM结合电磁波传播理论，利用数字地图预测不同传播路径参数，该方法比较复杂且受限于数字地图的精确性。NGSM利用实测数据获得参数化信道模型并进行统计描述，该方法不考虑具体的传播场景，信道的动态多普勒特性描述也不够完善。

GSCM利用电磁波传播理论模拟各个传播路径上的信号传输过程，由于其在复杂性和准确性之间取得平衡，成为近年来UAV信道建模的主流方法。比如，文献[5-10]假设地面端(Ground station,GS)的本地散射体服从特定的几何体分布，例如圆柱、球体和椭球体等，给出了针对UAV场景的三维GSCM平稳空地信道模型。测量数据表明，GS的移动会引起有效散射体的动态生灭，从而导致UAV信道呈现明显的非平稳特性[11]。……