袁征　楊穎　王潤典

摘 要 無人機組網(wǎng)協(xié)同模式正受到廣泛的關(guān)注，從無人機飛行特點考慮組網(wǎng)應(yīng)采用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。論文分析了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點，重點對物理層技術(shù)OFDM進行了深入的探討，得出在無人機組網(wǎng)通信中應(yīng)用OFDM技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)傳輸能力。

關(guān)鍵詞 無人機 Ad Hoc OFDM

中圖分類號：TN929.5 文獻標(biāo)識碼：A

無人機自組網(wǎng)要求多架無人機進行數(shù)據(jù)交換和傳輸，而無人機自組網(wǎng)采用無線傳輸技術(shù)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(wǎng)絡(luò)帶寬，再加上無線信道產(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shù)是提高無人機組網(wǎng)性能的關(guān)鍵性問題之一。

1無人機Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)特點

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊結(jié)構(gòu)的無線通信網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)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(yù)先存在的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)絡(luò)和脫離網(wǎng)絡(luò)且不會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓，具有自組織和自管理的特性。無人機Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在很多方面區(qū)別于其他通信網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)在：

（1）移動自組織。除了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點外沒有固定的基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)絡(luò)；

（2）動態(tài)拓?fù)?。?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(wǎng)絡(luò)，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(zhuǎn)發(fā)功能。

（4）完全分布式。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是由對等節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心控制，管理和組網(wǎng)都非常簡單靈活。

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

（6）安全性差。自組網(wǎng)是一種特殊的無線移動網(wǎng)絡(luò)，由于采用無線信道和分布式控制等技術(shù)，它更加容易受到被動竊聽、主動入侵、網(wǎng)絡(luò)攻擊。因此，信道加密、抗干擾、用戶認(rèn)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(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

2 OFDM技術(shù)概述

OFDM的概念源自于頻分復(fù)用（FDM）和多載波通信（MC）技術(shù)，它是在MC的基礎(chǔ)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(zhì)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(shù)據(jù)流，然后用N個相互正交的載波進行調(diào)制，將N路調(diào)制后的信號相加得到發(fā)射信號。

3 OFDM技術(shù)在無人機Ad hoc自組網(wǎng)中的優(yōu)勢

在無人機Ad Hoc自組網(wǎng)中利用OFDM技術(shù)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?shù)母咚贁?shù)字流轉(zhuǎn)化到多個低速率的并行信道上，這樣在每個子載波上傳輸?shù)姆栔芷诰拖鄳?yīng)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(shù)字化調(diào)制和解調(diào)。與傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)不同，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)和大容量可編程邏輯器件技術(shù)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(shù)字調(diào)制和解調(diào)，從而簡化了通信系統(tǒng)的實現(xiàn)。

（4）降低了均衡的復(fù)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(yīng)變得相對平坦了許多，從而使信道引入的符號間串?dāng)_變得不再重要，因此所需的均衡要比串行系統(tǒng)簡單。

2 結(jié)論

本文通過對OFDM技術(shù)分析得出無人機Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的物理層采用OFDM技術(shù)，可以提高數(shù)據(jù)傳輸能力。無人機自組網(wǎng)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(wǎng)物理層技術(shù)的探討，僅供參考。

參 考 文 獻

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