艦船載波通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延時(shí)探究

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摘要:艦船載波通信網(wǎng)絡(luò)存在多個(gè)傳輸鏈路，相同載波通信間在延時(shí)補(bǔ)償時(shí)容易產(chǎn)生互擾，導(dǎo)致最終的補(bǔ)償差值過(guò)大。針對(duì)這一問(wèn)題，在5G環(huán)境下，設(shè)計(jì)一種艦船載波通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延時(shí)補(bǔ)償算法。首先將載波通信傳輸過(guò)程模擬為一個(gè)空間單元，并利用5G技術(shù)獲取艦船載波信息，再采用離散時(shí)間模型描述艦船載波通信，從而判斷通信網(wǎng)絡(luò)信息延時(shí)狀態(tài)?；诖?，采用一階換算處理方法計(jì)算時(shí)延載波信號(hào)誤差，從而建立鏈路模塊化補(bǔ)償算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本研究設(shè)計(jì)的補(bǔ)償算法的補(bǔ)償差值最小。

關(guān)鍵詞：5G環(huán)境；艦船載波通信；延時(shí)補(bǔ)償；離散時(shí)間模型；時(shí)延誤差

0引言

5G技術(shù)是指第五代移動(dòng)通信技術(shù)，在該技術(shù)的支持下，艦船載波通信發(fā)展到了一個(gè)新的高度。在正常的通信過(guò)程中，受到外部信號(hào)傳輸環(huán)境的影響，通信網(wǎng)絡(luò)信息會(huì)產(chǎn)生一定的傳輸延時(shí)。在硬件驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，采用控制器調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中產(chǎn)生的信息傳輸時(shí)延，并在對(duì)應(yīng)算法的支持下，調(diào)節(jié)通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的延時(shí)，增強(qiáng)艦船載波通信傳輸時(shí)的信息安全[1]。為此，設(shè)計(jì)有效的艦船載波通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延時(shí)補(bǔ)償算法具有重要意義。目前，有學(xué)者將艦船現(xiàn)有的載波通信劃分為不同的波束，將網(wǎng)絡(luò)信息變換為不同的鏈路，針對(duì)不同的鏈路構(gòu)建對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償算法[2]。但相同的載波通信間容易產(chǎn)生干擾，從而導(dǎo)致補(bǔ)償算法補(bǔ)償?shù)膮?shù)數(shù)值過(guò)小。綜合上述分析，在5G環(huán)境下，設(shè)計(jì)一種新的艦船載波通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延時(shí)補(bǔ)償算法。

1算法設(shè)計(jì)

1.1利用5G技術(shù)獲取艦船載波信息

在利用5G技術(shù)獲取艦船載波信息時(shí)，控制艦船通信處于正常傳輸過(guò)程，然后模擬載波通信傳輸過(guò)程為一個(gè)空間單元，以無(wú)限通信傳輸周期作為統(tǒng)計(jì)周期，此時(shí)獲取的載波信息可表示為：Q=λ(Tm−Ts)∆t，(1)QTmTs∆t其中，表示載波信息數(shù)據(jù)集，表示初始獲取時(shí)間刻度數(shù)值，表示統(tǒng)計(jì)完畢刻度數(shù)值，表示統(tǒng)計(jì)載波變化參數(shù)。在對(duì)應(yīng)的載波單元中，設(shè)定一個(gè)采集參數(shù)，計(jì)算相同載波頻率下，對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的干擾就可表示為：Q′=q(k)−qst−tk，(2)ttkqsq(k)其中，表示標(biāo)準(zhǔn)載波處理時(shí)間參數(shù)，產(chǎn)生載波干擾時(shí)的處理時(shí)間，表示標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間尺度下的載波信息數(shù)據(jù)集，表示載波信號(hào)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)集。為了均衡化處理獲取艦船載波信息，采用矩算法計(jì)算信號(hào)載波，計(jì)算過(guò)程就可表示為：mij=∑x∑yxiyjQ(x,y)，(3)Q(x,y)xiyj其中，表示相同載波信息的數(shù)據(jù)集，和表示載波信息的幾何矩參數(shù)。在上述處理過(guò)程中，不斷平衡處理不同頻率的載波通信后，判斷通信網(wǎng)絡(luò)信息延時(shí)狀態(tài)。

1.2判定通信網(wǎng)絡(luò)信息延時(shí)狀態(tài)

使用上述獲取得到的相同狀態(tài)下的載波，在判斷通信網(wǎng)絡(luò)信息的時(shí)延狀態(tài)時(shí)，構(gòu)建一個(gè)離散時(shí)間模型描述艦船載波通信，可將其表示為：xi(k+1)=AB(xi+u)，(4)xiABu其中，表示載波狀態(tài)，和分別表示載波采樣間隔，表示MAS狀態(tài)參數(shù)[3]。描述完畢后，預(yù)測(cè)通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的延時(shí)，可表示為：u(k)=−k∑j=Nlj−dk，(5)其中，lj表示有向延時(shí)函數(shù)，dk表示時(shí)延邊界參數(shù)，其余參數(shù)含義不變。根據(jù)上述數(shù)值關(guān)系，在不同時(shí)間周期下，通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的時(shí)延變化如圖1所示?？芍?，在初始的預(yù)測(cè)周期內(nèi)，艦船載波通信網(wǎng)絡(luò)信息產(chǎn)生了數(shù)值較大的時(shí)延，在第40s之后，載波在傳輸時(shí)并未產(chǎn)生較大變化的時(shí)延。為此，在對(duì)應(yīng)的時(shí)間周期范圍內(nèi)，設(shè)定一個(gè)判斷函數(shù)，數(shù)值關(guān)系可表示為：G(s)=s+1s2+ε，(6)其中，s表示載波產(chǎn)生時(shí)延的時(shí)間，ε表示網(wǎng)絡(luò)閉合參數(shù)。在上述數(shù)值關(guān)系的控制下，為了判斷上述計(jì)算公式（6）中判斷函數(shù)的數(shù)值狀態(tài)，構(gòu)建一個(gè)一致性指標(biāo)表達(dá)式，檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延參數(shù)，表達(dá)式可表示為：limk→+∞xi(k)−xy(k)=0，(7)其中，xi(k)和xy(k)表示不同周期下的數(shù)值。重復(fù)檢驗(yàn)處理后，將判斷為信息延時(shí)狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)信息，作為補(bǔ)償算法構(gòu)建的對(duì)象。1.3完成補(bǔ)償算法的構(gòu)建在上述處理過(guò)程基礎(chǔ)上，采用一階換算處理方法計(jì)算產(chǎn)生時(shí)延載波的信號(hào)誤差，可表示為：∆X(t)=cos(ωi)cos(ωc)t，(8)ωiωc其中，表示載波信號(hào)反饋信號(hào)，表示存在誤差的載波信號(hào)。在多重通信支路中，采用一個(gè)VCO輸入環(huán)節(jié)作為載波的控制，數(shù)值關(guān)系可表示為：U=12sinωcκ1，(9)κ1其中，表示輸入環(huán)節(jié)參數(shù)，其余參數(shù)含義不變。將上述載波控制的載波作為理想傳輸，采用鎖定算法補(bǔ)償處理該部分理想傳輸，可表示為：cosωκ1τ=sinωτ，(10)其中，ω表示理想輸入信號(hào)的傳輸速度參數(shù)[4]，其余參數(shù)含義不變。在實(shí)現(xiàn)多通道延時(shí)補(bǔ)償時(shí)，將上述計(jì)算公式（10）進(jìn)行拆分處理，采用應(yīng)用差處理拆分為模塊化的算法，可表示為：costτ=lim∆t→0cos(t−ωτ)∆t，(11)對(duì)算法展開模塊化處理后，將τ作為算法的輸入?yún)?shù)，當(dāng)模擬得到的算法頻率特性趨于穩(wěn)定時(shí)，算法完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的延時(shí)補(bǔ)償。綜合上述處理過(guò)程，最終完成對(duì)傳輸延時(shí)算法的構(gòu)建。

2仿真實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的5G環(huán)境下艦船載波通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸延時(shí)補(bǔ)償算法的應(yīng)用性能，準(zhǔn)備已知參數(shù)的實(shí)驗(yàn)儀器，模擬艦船載波通信儀器網(wǎng)絡(luò)工作過(guò)程，使用的實(shí)驗(yàn)儀器及參數(shù)如表1所示。使用表1所示的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，連接各項(xiàng)硬件后，搭建如圖2所示的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在圖2所示的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，調(diào)試實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境后，準(zhǔn)備2種傳統(tǒng)延時(shí)補(bǔ)償算法與本研究算法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比3種延時(shí)補(bǔ)償算法的性能。

2.2結(jié)果及分析

針對(duì)3種算法補(bǔ)償產(chǎn)生的差值，測(cè)量在相同時(shí)間周期內(nèi)，補(bǔ)償差值對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)信息傳輸時(shí)產(chǎn)生的誤差，結(jié)果如圖3所示?？芍?，控制3種延時(shí)補(bǔ)償算法同時(shí)處理相同通信網(wǎng)絡(luò)信息，在相同的實(shí)驗(yàn)周期控制下，傳統(tǒng)補(bǔ)償算法1的差值補(bǔ)償數(shù)值在−60dB～−100dB，實(shí)際延時(shí)補(bǔ)償產(chǎn)生的差值誤差最大，傳統(tǒng)補(bǔ)償算法2產(chǎn)生的差值補(bǔ)償數(shù)值在−35dB～−60dB，實(shí)際補(bǔ)償?shù)玫降难訒r(shí)參數(shù)較大，算法產(chǎn)生的延時(shí)補(bǔ)償較少，補(bǔ)償效果較差。而本文算法產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)數(shù)值在−5dB～−30dB，與2種傳統(tǒng)補(bǔ)償算法相比，本文算法實(shí)際補(bǔ)償?shù)木W(wǎng)絡(luò)信息與標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸數(shù)值相差不大，適合在實(shí)際補(bǔ)償時(shí)使用。

3結(jié)語(yǔ)

艦船載波通信傳輸延時(shí)補(bǔ)償是艦船技術(shù)的重要研究方向。本研究在5G技術(shù)的支持下構(gòu)建了一種傳輸延時(shí)補(bǔ)償算法，能夠改善常規(guī)延時(shí)補(bǔ)償算法存在的不足，為今后研究艦船制造技術(shù)提供一定的理論支持。但本文算法并未針對(duì)艦船硬件提出延時(shí)改善策略，還需不斷地研究改進(jìn)。

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作者:駱晨嵐 單位:義烏創(chuàng)新研究院義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院