無人機Ad hoc自組網中OFDM技術應用探討

袁征　楊穎　王潤典

摘 要 無人機組網協(xié)同模式正受到廣泛的關注，從無人機飛行特點考慮組網應采用Ad Hoc網絡。論文分析了Ad Hoc網絡的特點，重點對物理層技術OFDM進行了深入的探討，得出在無人機組網通信中應用OFDM技術可以提高數據傳輸能力。

關鍵詞 無人機 Ad Hoc OFDM

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A

無人機自組網要求多架無人機進行數據交換和傳輸，而無人機自組網采用無線傳輸技術作為底層通信手段，無線信道本身的物理特性決定了它所能提供的網絡帶寬，再加上無線信道產生的碰撞、信號衰減、多徑干擾等因素，使無人機終端可得到的實際帶寬遠遠小于理論上的最大帶寬值。因此，選擇合適的物理層傳輸技術是提高無人機組網性能的關鍵性問題之一。

1無人機Ad Hoc 網絡特點

Ad Hoc網絡是一種特殊結構的無線通信網絡，其通信依靠節(jié)點之間的相互協(xié)作，以無線多跳方式完成。網絡中的每個節(jié)點都帶有收發(fā)信機，采用分布式控制，同時具有主機和路由器的功能，可以不依賴預先存在的網絡基礎設施而快速展開，各節(jié)點可在不進行通知的情況下自由進入網絡和脫離網絡且不會導致整個網絡陷入癱瘓，具有自組織和自管理的特性。無人機Ad Hoc網絡在很多方面區(qū)別于其他通信網絡，表現(xiàn)在：

（1）移動自組織。除了網絡節(jié)點外沒有固定的基礎設施，每個節(jié)點都具有路由功能，支持隨時隨地通信，能自發(fā)組建移動網絡；

（2）動態(tài)拓撲。節(jié)點可以以任意可能的速度和模式移動，自由地加入或者離開Ad hoc 網絡，會導致網絡拓撲結構的變化。

（3）無線多跳路由。無線通信范圍外的通信需要由中間節(jié)點完成路由轉發(fā)功能。

（4）完全分布式。Ad Hoc網絡是由對等節(jié)點構成的網絡，不存在中心控制，管理和組網都非常簡單靈活。

（5）無線傳輸帶寬窄。它所能提供的網絡帶寬相對于有線信道要低得多，并且無線信道的質量較差。

（6）安全性差。自組網是一種特殊的無線移動網絡，由于采用無線信道和分布式控制等技術，它更加容易受到被動竊聽、主動入侵、網絡攻擊。因此，信道加密、抗干擾、用戶認證、密鑰管理、訪問控制和其他安全措施都需要特別考慮。無人機組成的Ad hoc網絡如圖1所示。

2 OFDM技術概述

OFDM的概念源自于頻分復用（FDM）和多載波通信（MC）技術，它是在MC的基礎上，使不同的子載波相互正交，這種正交性有利于克服FDM及通常MC中頻譜效率低的不足。其實質就是把高速率的信源信息流通過串并變換，變換成低速率的N路并行數據流，然后用N個相互正交的載波進行調制，將N路調制后的信號相加得到發(fā)射信號。

3 OFDM技術在無人機Ad hoc自組網中的優(yōu)勢

在無人機Ad Hoc自組網中利用OFDM技術的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）頻帶利用率高。OFDM系統(tǒng)由于各個子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，而不是傳統(tǒng)的利用保護頻帶分離子信道的方式，因此OFDM可以最大限度的利用頻譜資源。

（2）抗噪聲和多徑衰落能力強。OFDM系統(tǒng)可以把一個串行傳輸的高速數字流轉化到多個低速率的并行信道上，這樣在每個子載波上傳輸的符號周期就相應的比同速率的單載波系統(tǒng)上的符號周期長很多倍，從而使OFDM對脈沖噪聲和多徑時延失真的抵抗能力更強。

（3）易于實現(xiàn)真正的數字化調制和解調。與傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)不同，隨著數字信號處理技術和大容量可編程邏輯器件技術的發(fā)展，借助于FFT/IFFT變換，OFDM系統(tǒng)在基帶可以非常容易的實現(xiàn)對信號的全數字調制和解調，從而簡化了通信系統(tǒng)的實現(xiàn)。

（4）降低了均衡的復雜性。由于OFDM系統(tǒng)把整個可利用帶寬劃分成許多個窄帶子信道，對每個子信道而言，符號周期大大變長，單個子信道上的頻率響應變得相對平坦了許多，從而使信道引入的符號間串擾變得不再重要，因此所需的均衡要比串行系統(tǒng)簡單。

2 結論

本文通過對OFDM技術分析得出無人機Ad Hoc網絡的物理層采用OFDM技術，可以提高數據傳輸能力。無人機自組網方面，還有很多東西有待于研究和開發(fā)。本文僅僅是對無人機自組網物理層技術的探討，僅供參考。

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