舰船载波通信网络信息传输补偿算法

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摘要:舰船载波通信网络存在多个传输链路，相同载波通信间在延时补偿时容易产生互扰，导致最终的补偿差值过大。针对这一问题，在5G环境下，设计一种舰船载波通信网络信息传输延时补偿算法。首先将载波通信传输过程模拟为一个空间单元，并利用5G技术获取舰船载波信息，再采用离散时间模型描述舰船载波通信，从而判断通信网络信息延时状态。基于此，采用一阶换算处理方法计算时延载波信号误差，从而建立链路模块化补偿算法。实验结果表明：本研究设计的补偿算法的补偿差值最小。

关键词：5G环境；舰船载波通信；延时补偿；离散时间模型；时延误差

5G技术是指第五代移动通信技术，在该技术的支持下，舰船载波通信发展到了一个新的高度。在正常的通信过程中，受到外部信号传输环境的影响，通信网络信息会产生一定的传输延时。在硬件驱动过程中，采用控制器调节网络环境中产生的信息传输时延，并在对应算法的支持下，调节通信网络环境中的延时，增强舰船载波通信传输时的信息安全[1]。为此，设计有效的舰船载波通信网络信息传输延时补偿算法具有重要意义。目前，有学者将舰船现有的载波通信划分为不同的波束，将网络信息变换为不同的链路，针对不同的链路构建对应的补偿算法[2]。但相同的载波通信间容易产生干扰，从而导致补偿算法补偿的参数数值过小。综合上述分析，在5G环境下，设计一种新的舰船载波通信网络信息传输延时补偿算法。

1算法设计

1.1利用5G技术获取舰船载波信息

在利用5G技术获取舰船载波信息时，控制舰船通信处于正常传输过程，然后模拟载波通信传输过程为一个空间单元，以无限通信传输周期作为统计周期，此时获取的载波信息可表示为：(1)QTmTs∆t其中，表示载波信息数据集，表示初始获取时间刻度数值，表示统计完毕刻度数值，表示统计载波变化参数。在对应的载波单元中，设定一个采集参数，计算相同载波频率下，对应网络产生的干扰就可表示为：(2)ttkqsq(k)其中，表示标准载波处理时间参数，产生载波干扰时的处理时间，表示标准处理时间尺度下的载波信息数据集，表示载波信号产生的信息数据集。为了均衡化处理获取舰船载波信息，采用矩算法计算信号载波，计算过程就可表示为：(3)Q(x,y)xiyj其中，表示相同载波信息的数据集，和表示载波信息的几何矩参数。在上述处理过程中，不断平衡处理不同频率的载波通信后，判断通信网络信息延时状态。

1.2判定通信网络信息延时状态

使用上述获取得到的相同状态下的载波，在判断通信网络信息的时延状态时，构建一个离散时间模型描述舰船载波通信，可将其表示为：(4)xiABu其中，表示载波状态，和分别表示载波采样间隔，表示MAS状态参数[3]。描述完毕后，预测通信网络产生的延时，可表示为：(5)其中，lj表示有向延时函数，dk表示时延边界参数，其余参数含义不变。根据上述数值关系，在不同时间周期下，通信网络产生的时延变化如图1所示。可知，在初始的预测周期内，舰船载波通信网络信息产生了数值较大的时延，在第40s之后，载波在传输时并未产生较大变化的时延。为此，在对应的时间周期范围内，设定一个判断函数，数值关系可表示为：(6)其中，s表示载波产生时延的时间，ε表示网络闭合参数。在上述数值关系的控制下，为了判断上述计算公式（6）中判断函数的数值状态，构建一个一致性指标表达式，检验网络时延参数，表达式可表示为：(7)其中，xi(k)和xy(k)表示不同周期下的数值。重复检验处理后，将判断为信息延时状态的网络信息，作为补偿算法构建的对象。

1.3完成补偿算法的构建

在上述处理过程基础上，采用一阶换算处理方法计算产生时延载波的信号误差，可表示为：(8)ωiωc其中，表示载波信号反馈信号，表示存在误差的载波信号。在多重通信支路中，采用一个VCO输入环节作为载波的控制，数值关系可表示为：(9)κ1其中，表示输入环节参数，其余参数含义不变。将上述载波控制的载波作为理想传输，采用锁定算法补偿处理该部分理想传输，可表示为：(10)其中，ω表示理想输入信号的传输速度参数[4]，其余参数含义不变。在实现多通道延时补偿时，将上述计算公式（10）进行拆分处理，采用应用差处理拆分为模块化的算法，可表示为：(11)对算法展开模块化处理后，将τ作为算法的输入参数，当模拟得到的算法频率特性趋于稳定时，算法完成对网络信息的延时补偿。综合上述处理过程，最终完成对传输延时算法的构建。

2仿真实验

2.1实验准备

在验证上述设计的5G环境下舰船载波通信网络信息传输延时补偿算法的应用性能，准备已知参数的实验仪器，模拟舰船载波通信仪器网络工作过程，使用的实验仪器及参数如表1所示。使用表1所示的实验参数，连接各项硬件后，搭建如图2所示的实验环境。在图2所示的实验环境下，调试实验测试环境后，准备2种传统延时补偿算法与本研究算法进行对比实验，对比3种延时补偿算法的性能。

2.2结果及分析

针对3种算法补偿产生的差值，测量在相同时间周期内，补偿差值对原有网络信息传输时产生的误差，结果如图3所示。可知，控制3种延时补偿算法同时处理相同通信网络信息，在相同的实验周期控制下，传统补偿算法1的差值补偿数值在−60dB～−100dB，实际延时补偿产生的差值误差最大，传统补偿算法2产生的差值补偿数值在−35dB～−60dB，实际补偿得到的延时参数较大，算法产生的延时补偿较少，补偿效果较差。而本文算法产生的补偿信号数值在−5dB～−30dB，与2种传统补偿算法相比，本文算法实际补偿的网络信息与标准的网络信息传输数值相差不大，适合在实际补偿时使用。

3结语

舰船载波通信传输延时补偿是舰船技术的重要研究方向。本研究在5G技术的支持下构建了一种传输延时补偿算法，能够改善常规延时补偿算法存在的不足，为今后研究舰船制造技术提供一定的理论支持。但本文算法并未针对舰船硬件提出延时改善策略，还需不断地研究改进。

参考文献：

[1]王金鹏,叶政鹏,曹帆,等.5G移动通信中基于同频干扰分布的协同分布式天线传输系统[J].吉林大学学报(工学版),2020,50(1):333–341.

[2]熊成彪,丁洪伟,董发志,等.一种基于LEACH的低延迟和低功耗的WSN分簇算法[J].计算机科学,2020,47(1):258–264.

[3]蒋华涛,常琳,李庆,等.车车通信链路延时补偿算法研究[J].微电子学与计算机,2019,36(3):1–6.

[4]蒋华涛,常琳,李庆,等.车车通信链路延时补偿算法研究[J].微电子学与计算机,2019,36(3):1–6.

作者：骆晨岚 单位：义乌创新研究院义乌工商职业技术学院