5G 通信技术下无线自组网自适应调制方法

贺颖姣，赵 君

（1.中国铁塔股份有限公司重庆市分公司，重庆 401120；2.重庆市信息通信咨询设计院有限公司铁塔分院，重庆 401120）

0 引 言

现阶段，无线自组网在民用、军用领域内的应用前景十分广泛，属于通信网络研究中的热点话题[1]。目前，相关无线自组网的研究较多，但现有的无线自组网研究成果大多集中在基础层面，即网络之间的节点连接，尚未有研究成果对无线自组网自适应调制进行深入探讨[2]。在总结现有成果中发现，部分技术人员提出了要发挥无线自组网在市场内更高的效益与价值，应做好在网络使用中的调制，但现有的无线自组网调制方法不仅无法满足网络使用中的自适应需求，还会出现调制中网络信号中断、传输不畅等方面的问题[3]。因此，文章引进5G 通信技术，对无线自组网自适应调制方法展开全面的设计研究，旨在通过此次设计发挥无线自组网的更高的价值，为新型无线通信网络在市场内的推广提供技术层面的支持。

1 设定5G 通信下无线自组网节点信息传输协议与格式

假定无线自组网下每一个节点都有一个唯一的身份标识号码（Identity Document，ID），该ID 可以是媒体存取控制位址（Media Access Control Address，MAC），也可以是节点在网络中的网际互连协议（Internet Protocol，IP）地址，但无论任何一个地址，都应当在网络中以唯一的形式存在[4]。在无线自组网中的每一个节点中缓存的信息包括IP 地址、节点ID、全网节点ID、竞争者IP、竞争者ID、请求IP 地址的重复次数、利用无线自组网发送报文信息时的时间间隔以及IP 地址的有效时间等，将缓存的信息作为5G 通信下无线自组网节点信息传输协议内容[5]。

在分配节点IP 地址时，可以根据相关工作的具体需求进行随机分配。根据节点的传输与通信能力，建立无线自组网节点信息传输函数，函数表达式为

式中：C表示无线自组网节点信息传输函数；α、β、γ、δ以及ε分别表示不同节点的加权因子，在计算中可以根据实际情况设定加权因子的具体取值，取值越大说明此节点的重要性越高；c表示5G 无线通信接收装置的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）表现能力；m表示5G 无线通信接收装置的有效内存容量；b表示电池容量；M表示无线自组网节点的可移动性；o表示扩充函数，如计算中不需要扩充函数，设定o为0。根据节点在空间中的可移动性，为其分配对应的IP 地址、ID。通过此种方式，实现对5G 通信下无线自组网节点信息传输协议与格式的设定。

2 无线自组网节点调制编码

在确保无线自组网节点通信的协议与数据传输格式符合要求后，引进Xilinx IP Core 进行节点的调制编码。Xilinx IP Core 可提供无线自组网节点的码率为1/3，为获得另外2/3 的码率，无线自组网需要在发送端对完成编码的1/3 数据进行交织操作。而接收端在接收数据后，需要对数据进行解交织处理。

完成解交织的数据按照顺序被划分为6 个子模块，分别将表示为A、B、Y1、Y2、W1以及W2。其中，A、B在无线自组网节点调制编码中可以作为信息位，Y1、Y2、W1、W2在无线自组网节点调制编码中则作为校验位。将6 个对应的子模块进行单独交织。交织前进行子模块的比特编址，识别第i个编码地址后，使用CTC编码器进行无线自组网节点的调制编码，此过程计算公式为

式中：T表示无线自组网节点调制编码；k表示初始化状态下的无线自组网节点编码；a表示交织次数；J表示交织过程中的编码行为发生次数；R表示码率。完成式（2）计算后，按照编码规则将完成编码的1/3节点数据按照顺序输出，将输出的数据录入RAM，将解删余后的数据按照查找表以乱序的方式写入，并按照顺序进行节点数据的读出。至此，完成无线自组网节点调制编码设计。

3 无线自组网传播信号信噪比计算与自适应调制

完成对无线自组网节点的调制编码后，设计无线自组网的自适应调制。调制过程中，可假定5G 通信技术下无线自组网的传输空间为一个自由无线空间。该条件下，信号的传播可以用Friis 方程表示，计算在自由空间传输时，无线自组网单跳链路对于信号的接收功率。Friis 计算公式为

式中：P表示无线自组网单跳链路对于信号的接收功率；P0表示无线自组网单跳链路对于信号的发射功率；G1表示信号发送天线的增益值；G2表示信号接收天线的增益值；λ表示信号在自由空间中传输的波长；r表示信号在传输过程中的损耗系数；L表示相邻无线自组网节点的距离。

根据信号的传输需求与承载的信息，信号发送器将主动发送信号。发送时，前端计算无线自组网传播信号信噪比，当链路信噪比不足时，发送器将自动进行信号链路调制。其中无线自组网传播信号信噪比计算公式为

式中：S表示无线自组网传播信号信噪比；η表示载波传播信号的频率；p表示玻尔兹曼常数；N0表示传输速度。

完成上述计算后，当对应的链路不满足需求时，发送装置将主动进行链路选择，直到对应链路的信噪比满足或符合信号传输需求。至此，实现对无线自组网传播信号信噪比的计算与自适应调制，完成5G 通信技术下无线自组网自适应调制方法的设计。

4 调制前后效果分析

在5G 通信环境下，使用测试基站与测试终端建立无线自组网有效通信频段。实验中，将测试基站放置在汽车上，设定车辆的最大行驶速度为120 km/h，对汽车行驶过程中的测试终端通信情况进行统计。通过此种方式，掌握无线自组网在自适应调制前后的有效通信范围是否发生变化。为确保实验结果的可靠性，实验前设计无线自组网的实验参数，如表1 所示。

表1 无线自组网实验参数

完成实验环境的部署与实验参数的设计后，对5G 通信技术下无线自组网自适应调制方法进行实验。设定5G 通信下无线自组网节点信息传输协议与格式，对无线自组网节点进行调制编码，通过计算无线自组网传播信号信噪比，实现无线自组网的自适应调制。将调制前、后5G 通信技术下无线自组网的最大传输距离作为实验指标，记录装载测试基站的汽车在移动过程中，通信信号发生中断的时刻，得到无线自组网自适应调制后的信号最大传输距离，将其作为本次实验的结果。对比无线自组网自适应调制前、后的信号中断距离，其结果如图1 与图2 所示。

图1 无线自组网自适应调制前的信号中断距离

图2 无线自组网自适应调制后的信号中断距离

从图1 的实验结果可以看出，无线自组网自适应调制前，信号在2.75 km 位置时，对应的信号幅值为0，说明此时无线自组网的信号发生中断，证明5G 通信技术下无线自组网自适应调制前的传输距离为2.75 km。从图2 的实验结果可以看出，无线自组网自适应调制后，信号在6.35 km 位置时，对应的信号幅值为0，说明此时无线自组网的信号发生中断，证明5G 通信技术下无线自组网自适应调制前的传输距离为6.35 km。

按照上述方式进行多次实验，统计无线自组网自适应调制前、后的信号最大传输距离，将其中作为本次实验的最终的结果，统计实验结果如表2所示。

表2 无线自组网自适应调制前后的信号最大传输距离对比

从表2 中的实验结果可以看出，调制前无线自组网的信号最大传输距离在多次实验中结果十分不稳定，最远距离为5.23 km，最近距离为1.96 km。而调制后无线自组网的信号最大传输距离在多次实验中结果相对稳定，基本在6 ～7.5 km 范围内。且在相同的条件下，调制后无线自组网的信号最大传输距离大于调制前无线自组网的信号最大传输距离，说明使用5G 通信技术下无线自组网自适应调制方法进行无线自组网自适应调制后，可以有效提高无线自组网的通信与信号传输范围。

5 结 论

为发挥网络更高的价值，通过设定5G 通信下无线自组网节点信息传输协议与格式、无线自组网节点调制编码、无线自组网传播信号信噪比计算与自适应调制，对无线自组网自适应调制方法展开全面的设计研究。该方法在完成设计后，通过实验证明可以有效提高无线自组网的通信与信号传输范围，通过此种方式，发挥无线自组网的更高经济效益与产业价值。