飞机-卫星太赫兹频段通信的信道建模与性能分析

飞机内的无线连接正变得愈发重要、需求日益增长且愈发普及。飞行中互联网的最大瓶颈之一是，在大部分飞行时间内飞机距离卫星和地面基站都很远。因此，在如此长距离的链路上维持与飞机的可靠高速无线连接成为一项挑战。微波频段可实现较长的链路距离，但数据速率不足以服务多达数百名潜在的机上用户。为此，毫米波频段（30 GHz–300 GHz）已被用于克服带宽限制。然而，最先进的毫米波系统每用户吞吐量仍比地面无线网络可用吞吐量低一个数量级。在本文中，我们更进一步，研究太赫兹频段（THz，0.3 THz–10 THz）的信道特性，以评估该频段用于航空的可行性。我们首先提出一种详细的空中太赫兹通信信道模型，同时考虑非平坦地球几何形状与频率选择性太赫兹信道的主要特征。随后，我们应用该模型估算不同条件下空中太赫兹链路的特性。最后，我们确定了使用飞机-卫星太赫兹连接优于飞机-地面太赫兹链路的飞行高度。我们的结果表明，空中太赫兹链路的容量可达 120 Gbit/s，从而在整个飞行过程中为乘客和机组人员提供等同于蜂窝网络的数据速率。