5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋算法設計與系統開發

廖逍， 李寬榮， 白景坡， 孫同展， 盧大瑋

(1.國網信息通信產業集團有限公司， 北京 102211；2.天津市普迅電力信息技術有限公司， 天津 300000)

0 引言

目前，5G通信技術在無人機通信中的應用逐漸普遍。5G 是面向 2020 年以后移動通信需求而發展起來的新一代移動通信系統，在傳輸速率和資源利用率等方面較4G系統獲得大幅提升。通過傳輸節點優化部署控制技術，結合抗干擾技術實現5G無人機異構網絡應急通信的優化控制，能夠改善5G無人機異構網絡應急通信的質量，相關的5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋系統設計方法研究受到人們的極大關注[1-3]。文獻[4]提出基于功率輸出增益調度的5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋控制方法，文獻[5]提出基于聯合特征分析的5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋控制方法，但均存在通信信道均衡性不好的問題。

為改善該問題，本文提出基于網格分區塊融合聚類的5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋算法。

1 應急通信信道模型構建及特征分析

1.1 5G無人機異構網絡應急通信信道模型

構建應急通信傳輸信道模型[6]，結合脈動沖激響應分析和節點優化部署模型設計[7-8]，得到全覆蓋信道下的多徑特征分量為

tv=s(m)+pe+q(y)

(1)

其中，s(m)為無人機異構網絡應急通信信道特征參數，pe為5G無人機異構網絡應急通信的空間密度檢測參數，q(y)為通信連接的均衡調度[9]方法參數。據此構建5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋信道[10]的動態特征響應模型，得到接收機輸入端的信號強度為

(2)

其中，an(t)是第n條路徑上5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋傳輸的沖激響應特征量，τn(t)為第n條多徑傳輸鏈路的干擾強度。

5G無人機異構網絡應急通信信道模型為

R(w)=W+[y+mi]

(3)

其中，y為系統的信道輸出響應特征參數，mi為多頻載波調制參數。

2 5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋算法

2.1 信道均衡設計

設定5G無人機異構網絡的混頻信號s(t)，有s(t)=s′(t)，傳輸時延為

(4)

其中,vj(b)為應急通信信道的擴展損失函數,xv為5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋的輸出功率函數。根據提取的5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋節點覆參數，輸出為

pri(t)=Q*hi(t)+npi(t)

(5)

其中，hi(t)為p(t)中5G無人機異構網絡應急通信信道的特征匹配函數，npi(t)應急通信信道的擴展函數。根據檢測符號的判決序列得到展開系數Al為

(6)

其中，υ為信號混疊的頻譜響應特性參數，j(g)為頻率響應函數。在最佳采樣延遲表示為

Δ(B)=Al+[υ+λ]

(7)

(8)

根據Ts/4采樣間隔均衡控制[11]，得到輸出徑向特征參數為

(9)

根據上述分析，實現5G無人機異構網絡應急通信的信道均衡處理。

2.2 通信節點全覆蓋部署

根據5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋節點的邊界條件閾值，便可確定Bl，表示為

(10)

(11)

5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋算法流程圖如圖1所示。

圖1 5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋算法流程圖

3 系統開發設計

在上述5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋的算法設計基礎上，實現系統開發。采用嵌入式的Linux和B/S構架協議，構建人機交互接口單元，通過VIX總線調度方法，構建5G無人機異構網絡應急通信覆蓋系統的硬件集成調度，得到系統設計如圖2所示。

圖2 系統設計硬件結構圖

4 仿真實驗與結果分析

為了測試本文設計的5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋系統的通信性能，進行實驗測試分析。5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋傳輸信號模型如圖3所示。

(a)

根據圖3的全覆蓋傳輸信號模型，進行5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋控制，得到通信信號均衡輸出如圖4所示。

圖4 通信全覆蓋均衡輸出

分析圖4得知，隨著時間的不斷變化，所提方法的均衡參數持續保持在0.0左右，由此可以證明，本文方法進行5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋控制的輸出均衡性較好。

為驗證本文方法的實際有效性，將誤碼率作為測試指標，輸出誤碼率測試結果如表1所示。

表1 輸出誤碼率測試

分析表1得知，隨著迭代次數的不斷增加，文獻[4]方法和文獻[5]方法的最低誤碼率分別為0.096和0.095，而本文方法的最低誤碼率達到了0.010，由此可以證明，本文方法進行5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋控制的輸出誤碼率較低，提高了通信質量。

5 總結

本文提出基于網格分區塊融合聚類的5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋算法和系統開發方法。仿真實驗測試結果表明，本文方法進行5G無人機異構網絡應急通信全覆蓋控制的輸出均衡性較好，誤碼率較低。