艦船載波通信網(wǎng)絡信息傳輸延時探究

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摘要:艦船載波通信網(wǎng)絡存在多個傳輸鏈路，相同載波通信間在延時補償時容易產生互擾，導致最終的補償差值過大。針對這一問題，在5G環(huán)境下，設計一種艦船載波通信網(wǎng)絡信息傳輸延時補償算法。首先將載波通信傳輸過程模擬為一個空間單元，并利用5G技術獲取艦船載波信息，再采用離散時間模型描述艦船載波通信，從而判斷通信網(wǎng)絡信息延時狀態(tài)?；诖耍捎靡浑A換算處理方法計算時延載波信號誤差，從而建立鏈路模塊化補償算法。實驗結果表明：本研究設計的補償算法的補償差值最小。

關鍵詞：5G環(huán)境；艦船載波通信；延時補償；離散時間模型；時延誤差

0引言

5G技術是指第五代移動通信技術，在該技術的支持下，艦船載波通信發(fā)展到了一個新的高度。在正常的通信過程中，受到外部信號傳輸環(huán)境的影響，通信網(wǎng)絡信息會產生一定的傳輸延時。在硬件驅動過程中，采用控制器調節(jié)網(wǎng)絡環(huán)境中產生的信息傳輸時延，并在對應算法的支持下，調節(jié)通信網(wǎng)絡環(huán)境中的延時，增強艦船載波通信傳輸時的信息安全[1]。為此，設計有效的艦船載波通信網(wǎng)絡信息傳輸延時補償算法具有重要意義。目前，有學者將艦船現(xiàn)有的載波通信劃分為不同的波束，將網(wǎng)絡信息變換為不同的鏈路，針對不同的鏈路構建對應的補償算法[2]。但相同的載波通信間容易產生干擾，從而導致補償算法補償?shù)膮?shù)數(shù)值過小。綜合上述分析，在5G環(huán)境下，設計一種新的艦船載波通信網(wǎng)絡信息傳輸延時補償算法。

1算法設計

1.1利用5G技術獲取艦船載波信息

在利用5G技術獲取艦船載波信息時，控制艦船通信處于正常傳輸過程，然后模擬載波通信傳輸過程為一個空間單元，以無限通信傳輸周期作為統(tǒng)計周期，此時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，表示初始獲取時間刻度數(shù)值，表示統(tǒng)計完畢刻度數(shù)值，表示統(tǒng)計載波變化參數(shù)。在對應的載波單元中，設定一個采集參數(shù)，計算相同載波頻率下，對應網(wǎng)絡產生的干擾就可表示為：Q′=q(k)−qst−tk，(2)ttkqsq(k)其中，表示標準載波處理時間參數(shù)，產生載波干擾時的處理時間，表示標準處理時間尺度下的載波信息數(shù)據(jù)集，表示載波信號產生的信息數(shù)據(jù)集。為了均衡化處理獲取艦船載波信息，采用矩算法計算信號載波，計算過程就可表示為：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)絡信息延時狀態(tài)。

1.2判定通信網(wǎng)絡信息延時狀態(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)絡信息的時延狀態(tài)時，構建一個離散時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，預測通信網(wǎng)絡產生的延時，可表示為：u(k)=−k∑j=Nlj−dk，(5)其中，lj表示有向延時函數(shù)，dk表示時延邊界參數(shù)，其余參數(shù)含義不變。根據(jù)上述數(shù)值關系，在不同時間周期下，通信網(wǎng)絡產生的時延變化如圖1所示?？芍诔跏嫉念A測周期內，艦船載波通信網(wǎng)絡信息產生了數(shù)值較大的時延，在第40s之后，載波在傳輸時并未產生較大變化的時延。為此，在對應的時間周期范圍內，設定一個判斷函數(shù)，數(shù)值關系可表示為：G(s)=s+1s2+ε，(6)其中，s表示載波產生時延的時間，ε表示網(wǎng)絡閉合參數(shù)。在上述數(shù)值關系的控制下，為了判斷上述計算公式（6）中判斷函數(shù)的數(shù)值狀態(tài)，構建一個一致性指標表達式，檢驗網(wǎng)絡時延參數(shù)，表達式可表示為：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。重復檢驗處理后，將判斷為信息延時狀態(tài)的網(wǎng)絡信息，作為補償算法構建的對象。1.3完成補償算法的構建在上述處理過程基礎上，采用一階換算處理方法計算產生時延載波的信號誤差，可表示為：∆X(t)=cos(ωi)cos(ωc)t，(8)ωiωc其中，表示載波信號反饋信號，表示存在誤差的載波信號。在多重通信支路中，采用一個VCO輸入環(huán)節(jié)作為載波的控制，數(shù)值關系可表示為：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表示理想輸入信號的傳輸速度參數(shù)[4]，其余參數(shù)含義不變。在實現(xiàn)多通道延時補償時，將上述計算公式（10）進行拆分處理，采用應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)對算法展開模塊化處理后，將τ作為算法的輸入?yún)?shù)，當模擬得到的算法頻率特性趨于穩(wěn)定時，算法完成對網(wǎng)絡信息的延時補償。綜合上述處理過程，最終完成對傳輸延時算法的構建。

2仿真實驗

2.1實驗準備

在驗證上述設計的5G環(huán)境下艦船載波通信網(wǎng)絡信息傳輸延時補償算法的應用性能，準備已知參數(shù)的實驗儀器，模擬艦船載波通信儀器網(wǎng)絡工作過程，使用的實驗儀器及參數(shù)如表1所示。使用表1所示的實驗參數(shù)，連接各項硬件后，搭建如圖2所示的實驗環(huán)境。在圖2所示的實驗環(huán)境下，調試實驗測試環(huán)境后，準備2種傳統(tǒng)延時補償算法與本研究算法進行對比實驗，對比3種延時補償算法的性能。

2.2結果及分析

針對3種算法補償產生的差值，測量在相同時間周期內，補償差值對原有網(wǎng)絡信息傳輸時產生的誤差，結果如圖3所示?？芍?，控制3種延時補償算法同時處理相同通信網(wǎng)絡信息，在相同的實驗周期控制下，傳統(tǒng)補償算法1的差值補償數(shù)值在−60dB～−100dB，實際延時補償產生的差值誤差最大，傳統(tǒng)補償算法2產生的差值補償數(shù)值在−35dB～−60dB，實際補償?shù)玫降难訒r參數(shù)較大，算法產生的延時補償較少，補償效果較差。而本文算法產生的補償信號數(shù)值在−5dB～−30dB，與2種傳統(tǒng)補償算法相比，本文算法實際補償?shù)木W(wǎng)絡信息與標準的網(wǎng)絡信息傳輸數(shù)值相差不大，適合在實際補償時使用。

3結語

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

參考文獻：

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[3]熊成彪,丁洪偉,董發(fā)志,等.一種基于LEACH的低延遲和低功耗的WSN分簇算法[J].計算機科學,2020,47(1):258–264.

[4]蔣華濤,常琳,李慶,等.車車通信鏈路延時補償算法研究[J].微電子學與計算機,2019,36(3):1–6.

作者:駱晨嵐 單位:義烏創(chuàng)新研究院義烏工商職業(yè)技術學院