5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋算法設(shè)計(jì)與系統(tǒng)開發(fā)

廖逍， 李寬榮， 白景坡， 孫同展， 盧大瑋

(1.國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司， 北京 102211；2.天津市普迅電力信息技術(shù)有限公司， 天津 300000)

0 引言

目前，5G通信技術(shù)在無人機(jī)通信中的應(yīng)用逐漸普遍。5G 是面向 2020 年以后移動通信需求而發(fā)展起來的新一代移動通信系統(tǒng)，在傳輸速率和資源利用率等方面較4G系統(tǒng)獲得大幅提升。通過傳輸節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署控制技術(shù)，結(jié)合抗干擾技術(shù)實(shí)現(xiàn)5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信的優(yōu)化控制，能夠改善5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信的質(zhì)量，相關(guān)的5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究受到人們的極大關(guān)注[1-3]。文獻(xiàn)[4]提出基于功率輸出增益調(diào)度的5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋控制方法，文獻(xiàn)[5]提出基于聯(lián)合特征分析的5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(wǎng)格分區(qū)塊融合聚類的5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋算法。

1 應(yīng)急通信信道模型構(gòu)建及特征分析

1.1 5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信信道模型

構(gòu)建應(yīng)急通信傳輸信道模型[6]，結(jié)合脈動沖激響應(yīng)分析和節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署模型設(shè)計(jì)[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(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信信道特征參數(shù)，pe為5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信的空間密度檢測參數(shù)，q(y)為通信連接的均衡調(diào)度[9]方法參數(shù)。據(jù)此構(gòu)建5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋信道[10]的動態(tài)特征響應(yīng)模型，得到接收機(jī)輸入端的信號強(qiáng)度為

(2)

其中，an(t)是第n條路徑上5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋傳輸?shù)臎_激響應(yīng)特征量，τn(t)為第n條多徑傳輸鏈路的干擾強(qiáng)度。

5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信信道模型為

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

(3)

其中，y為系統(tǒng)的信道輸出響應(yīng)特征參數(shù)，mi為多頻載波調(diào)制參數(shù)。

2 5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋算法

2.1 信道均衡設(shè)計(jì)

設(shè)定5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的混頻信號s(t)，有s(t)=s′(t)，傳輸時(shí)延為

(4)

其中,vj(b)為應(yīng)急通信信道的擴(kuò)展損失函數(shù),xv為5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋的輸出功率函數(shù)。根據(jù)提取的5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋節(jié)點(diǎn)覆參數(shù)，輸出為

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

(5)

其中，hi(t)為p(t)中5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信信道的特征匹配函數(shù)，npi(t)應(yīng)急通信信道的擴(kuò)展函數(shù)。根據(jù)檢測符號的判決序列得到展開系數(shù)Al為

(6)

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

Δ(B)=Al+[υ+λ]

(7)

(8)

根據(jù)Ts/4采樣間隔均衡控制[11]，得到輸出徑向特征參數(shù)為

(9)

根據(jù)上述分析，實(shí)現(xiàn)5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信的信道均衡處理。

2.2 通信節(jié)點(diǎn)全覆蓋部署

根據(jù)5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋節(jié)點(diǎn)的邊界條件閾值，便可確定Bl，表示為

(10)

(11)

5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋算法流程圖如圖1所示。

圖1 5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋算法流程圖

3 系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

在上述5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋的算法設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)。采用嵌入式的Linux和B/S構(gòu)架協(xié)議，構(gòu)建人機(jī)交互接口單元，通過VIX總線調(diào)度方法，構(gòu)建5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信覆蓋系統(tǒng)的硬件集成調(diào)度，得到系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)圖

4 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了測試本文設(shè)計(jì)的5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋系統(tǒng)的通信性能，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試分析。5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋傳輸信號模型如圖3所示。

(a)

根據(jù)圖3的全覆蓋傳輸信號模型，進(jìn)行5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(shí)間的不斷變化，所提方法的均衡參數(shù)持續(xù)保持在0.0左右，由此可以證明，本文方法進(jìn)行5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋控制的輸出均衡性較好。

為驗(yàn)證本文方法的實(shí)際有效性，將誤碼率作為測試指標(biāo)，輸出誤碼率測試結(jié)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(shù)的不斷增加，文獻(xiàn)[4]方法和文獻(xiàn)[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(dá)到了0.010，由此可以證明，本文方法進(jìn)行5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋控制的輸出誤碼率較低，提高了通信質(zhì)量。

5 總結(jié)

本文提出基于網(wǎng)格分區(qū)塊融合聚類的5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋算法和系統(tǒng)開發(fā)方法。仿真實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明，本文方法進(jìn)行5G無人機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信全覆蓋控制的輸出均衡性較好，誤碼率較低。