5G无人机异构网络应急通信全覆盖算法设计与系统开发

廖逍， 李宽荣， 白景坡， 孙同展， 卢大玮

(1.国网信息通信产业集团有限公司， 北京 102211；2.天津市普迅电力信息技术有限公司， 天津 300000)

0 引言

目前，5G通信技术在无人机通信中的应用逐渐普遍。5G 是面向 2020 年以后移动通信需求而发展起来的新一代移动通信系统，在传输速率和资源利用率等方面较4G系统获得大幅提升。通过传输节点优化部署控制技术，结合抗干扰技术实现5G无人机异构网络应急通信的优化控制，能够改善5G无人机异构网络应急通信的质量，相关的5G无人机异构网络应急通信全覆盖系统设计方法研究受到人们的极大关注[1-3]。文献[4]提出基于功率输出增益调度的5G无人机异构网络应急通信全覆盖控制方法，文献[5]提出基于联合特征分析的5G无人机异构网络应急通信全覆盖控制方法，但均存在通信信道均衡性不好的问题。

为改善该问题，本文提出基于网格分区块融合聚类的5G无人机异构网络应急通信全覆盖算法。

1 应急通信信道模型构建及特征分析

1.1 5G无人机异构网络应急通信信道模型

构建应急通信传输信道模型[6]，结合脉动冲激响应分析和节点优化部署模型设计[7-8]，得到全覆盖信道下的多径特征分量为

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

(1)

其中，s(m)为无人机异构网络应急通信信道特征参数，pe为5G无人机异构网络应急通信的空间密度检测参数，q(y)为通信连接的均衡调度[9]方法参数。据此构建5G无人机异构网络应急通信全覆盖信道[10]的动态特征响应模型，得到接收机输入端的信号强度为

(2)

其中，an(t)是第n条路径上5G无人机异构网络应急通信全覆盖传输的冲激响应特征量，τn(t)为第n条多径传输链路的干扰强度。

5G无人机异构网络应急通信信道模型为

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

(3)

其中，y为系统的信道输出响应特征参数，mi为多频载波调制参数。

2 5G无人机异构网络应急通信全覆盖算法

2.1 信道均衡设计

设定5G无人机异构网络的混频信号s(t)，有s(t)=s′(t)，传输时延为

(4)

其中,vj(b)为应急通信信道的扩展损失函数,xv为5G无人机异构网络应急通信全覆盖的输出功率函数。根据提取的5G无人机异构网络应急通信全覆盖节点覆参数，输出为

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

(5)

其中，hi(t)为p(t)中5G无人机异构网络应急通信信道的特征匹配函数，npi(t)应急通信信道的扩展函数。根据检测符号的判决序列得到展开系数Al为

(6)

其中，υ为信号混叠的频谱响应特性参数，j(g)为频率响应函数。在最佳采样延迟表示为

Δ(B)=Al+[υ+λ]

(7)

(8)

根据Ts/4采样间隔均衡控制[11]，得到输出径向特征参数为

(9)

根据上述分析，实现5G无人机异构网络应急通信的信道均衡处理。

2.2 通信节点全覆盖部署

根据5G无人机异构网络应急通信全覆盖节点的边界条件阈值，便可确定Bl，表示为

(10)

(11)

5G无人机异构网络应急通信全覆盖算法流程图如图1所示。

图1 5G无人机异构网络应急通信全覆盖算法流程图

3 系统开发设计

在上述5G无人机异构网络应急通信全覆盖的算法设计基础上，实现系统开发。采用嵌入式的Linux和B/S构架协议，构建人机交互接口单元，通过VIX总线调度方法，构建5G无人机异构网络应急通信覆盖系统的硬件集成调度，得到系统设计如图2所示。

图2 系统设计硬件结构图

4 仿真实验与结果分析

为了测试本文设计的5G无人机异构网络应急通信全覆盖系统的通信性能，进行实验测试分析。5G无人机异构网络应急通信全覆盖传输信号模型如图3所示。

(a)

根据图3的全覆盖传输信号模型，进行5G无人机异构网络应急通信全覆盖控制，得到通信信号均衡输出如图4所示。

图4 通信全覆盖均衡输出

分析图4得知，随着时间的不断变化，所提方法的均衡参数持续保持在0.0左右，由此可以证明，本文方法进行5G无人机异构网络应急通信全覆盖控制的输出均衡性较好。

为验证本文方法的实际有效性，将误码率作为测试指标，输出误码率测试结果如表1所示。

表1 输出误码率测试

分析表1得知，随着迭代次数的不断增加，文献[4]方法和文献[5]方法的最低误码率分别为0.096和0.095，而本文方法的最低误码率达到了0.010，由此可以证明，本文方法进行5G无人机异构网络应急通信全覆盖控制的输出误码率较低，提高了通信质量。

5 总结

本文提出基于网格分区块融合聚类的5G无人机异构网络应急通信全覆盖算法和系统开发方法。仿真实验测试结果表明，本文方法进行5G无人机异构网络应急通信全覆盖控制的输出均衡性较好，误码率较低。