基于PSO算法的機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制方法

陳 姮,梁 潔,史艷偉,楊 晨

（91206部隊，山東 青島 266000)

1 引言

2 機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道模型和均衡控制

2.1 機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道模型

為了實現(xiàn)基于PSO算法的機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制，首先需要構(gòu)建載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道模型。為此，對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸大數(shù)據(jù)進行特征提取，采用多元陣列參數(shù)分布方法，實現(xiàn)機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的節(jié)點優(yōu)化部署設(shè)計[6]。

通過對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸大數(shù)據(jù)的分析，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中前i個樣本的稀疏表示矩陣和沖激響應(yīng)特征[7]，采用離散數(shù)據(jù)流方法，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈的兩個特征分布分別記為W(i)和D(i)，加入第i+1個訓(xùn)練樣本，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)趇步迭代的輸出向量D(i+1)，更新機載通信數(shù)據(jù)鏈的信道增益向量，令βi+1=zi+1，β為機載通信數(shù)據(jù)鏈迭代輸出步長，z為信道增益間隔幅度，利用zi+1的不相關(guān)性，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道均衡的正則化參數(shù)描述為：

式中，λ為信道均衡抽頭因子，在遞推過程中，可采用DSRC通信方式，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道的沖激響應(yīng)初值λ0(接近1)逐漸增加到1，設(shè)λi為一個二元狀態(tài)函數(shù)，即

式中，n為機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的信道輸出步長。采用位置-速度混合控制的方法[8]，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)基站與業(yè)務(wù)的深度融合算式：

結(jié)合多元陣列參數(shù)分布方法交換實體信息，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈的傳輸特征表達式為：

在緩存域內(nèi)，對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)進行自適應(yīng)加權(quán)均衡調(diào)節(jié)，得到超密集部署的聯(lián)網(wǎng)場景中的信道模糊推導(dǎo)因子u，令u=(λtC(i))Wi+1，α=，α 為超密集部署的聯(lián)網(wǎng)模糊系數(shù)。從而得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信道調(diào)度的遞推計算形式：

與對軍權(quán)的重視不同，早期蔣介石也不太重視宣傳問題。在國民黨南京建政之初的短短五年間，蔣介石即有兩次下野的經(jīng)歷。下野期間，對自身的失敗，蔣介石的反省歸結(jié)起來，即“無組織”“無干部”“無情報”⑧。實際上，蔣介石忽略了非常重要的宣傳問題。這一時期，汪精衛(wèi)、胡漢民也一度下野、出洋，但在下野期間，均在國內(nèi)辦雜志，宣傳自己的主義。

通過上述處理，構(gòu)建機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道模型，實現(xiàn)在獨立同分布信道中進行通信，提高機載通信數(shù)據(jù)鏈的傳輸均衡性。

2.2 均衡控制

在上述基礎(chǔ)上，通過計算機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道的沖激響應(yīng)，在IEEE 802.15.SG3a通信協(xié)議下得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道的傳遞函數(shù)為：

其中，H表示機載通信數(shù)據(jù)鏈信道的幅度增益；m是調(diào)制脈沖的數(shù)目，Km是第m多徑干擾特征量，αmk是第n簇內(nèi)第k條機載通信數(shù)據(jù)鏈路徑的系數(shù)，δ為調(diào)制脈沖增幅，t為機載通信數(shù)據(jù)鏈信道均衡匹配時間均值，Tm是第m簇中機載通信數(shù)據(jù)鏈信道均衡匹配時間，τmk是通信鏈路的帶寬。設(shè)機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點表示為bi，從核心網(wǎng)傳輸?shù)桨l(fā)出請求的通信幀數(shù)為Nf個，時間間隔為Tf，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的信道帶寬為：

采用PSO 算法獲得局部最短下載時間，假設(shè)機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)娜中畔⑺貪舛葹椋?/p>

式中，wmk為機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的增益，s為機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的傳輸時間，v(t)為加性高斯白噪聲。若發(fā)送的機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信號為PAM-DS 信號，每比特信息符號周期數(shù)為NS，為保證緩存位置最佳，響應(yīng)時延最小，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)慕y(tǒng)計信號為：

其中，qj是機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道跳時碼，j為機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道稀疏特征參數(shù)。

對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信號進行稀疏特征分解，并采用相干多途響應(yīng)特征分析，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)某轭^延遲線模型為：

式中，Tp為信號采樣數(shù)據(jù)，Tc為機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸碼片周期，cj為機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)闹苯有蛄袛U頻碼，Np為碼元數(shù)，ai是信道采樣頻譜帶寬，ε是調(diào)制時間偏移常量。根據(jù)上述分析，對每一步傳輸方向的沖激信道進行機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信號稀疏特征分解，從而實現(xiàn)對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道的均衡控制，提高通信輸出的均衡性。

3 機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制優(yōu)化

3.1 基于PSO的通信鏈信道沖激響應(yīng)特征提取

利用計算機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道的沖激響應(yīng)和各條路徑的相位偏移，建立時變衰落的多徑抗干擾模型，通過PSO尋優(yōu)算法，在不同的機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道傳輸路徑上進行時頻特征分解，得到當(dāng)前解最佳的情況下從各個設(shè)備下載的特征量，進一步篩選可聚合物理節(jié)點集合，得到輸出時延為TS的整數(shù)倍，通過功能互斥約束來確定簇分量，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制的自相關(guān)特征分布模型為：

當(dāng)TS=1 時，則機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)膶拵Э杀硎緸椋?/p>

選擇可聚合物理節(jié)點集合，假設(shè)機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸多徑分量的最大時間間隔為tbarn，則在碼元寬度tbarn范圍內(nèi)最多只包含一個多徑分量。采用PSO 算法，得到物理節(jié)點之間的多徑的間隔通常設(shè)定為tbarn，機載通信數(shù)據(jù)鏈接收信號中的噪聲分量為：

考慮VNF之間的互斥性，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈輸出的二進制隨機編碼特征分布矩陣為，NS是1 比特信息符號周期數(shù)，假設(shè)每跳時延均相等，得到的xi是機載通信數(shù)據(jù)鏈輸出的抽樣樣本序列，采用交叉時間段融合的方法，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈輸出的鏈路集為[(i-1)Ts，iTs]，采用均衡調(diào)度的方法，得到接收信號的離散分布序列，根據(jù)旁瓣特征聚集性檢測，得到PSO尋優(yōu)的慣性參數(shù)，其中列向量si表示PSO 粒子群的變異度，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)牟町惗忍卣髌ヅ渚仃嚒?/p>

為減小鏈路跳數(shù)，在確保每個物理節(jié)點最多部署區(qū)域下，得到通信鏈信道沖激響應(yīng)特征提取模型為：

根據(jù)上述分析，提取提通信鏈信道沖激響應(yīng)特征，從而實現(xiàn)對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)淖赃m應(yīng)控制。

3.2 通信輸出控制優(yōu)化

利用時變衰落的多徑抗干擾模型和PSO尋優(yōu)算法對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信號進行稀疏表示，機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信道發(fā)送信號經(jīng)由不同路徑在接收端進行疊加，即為機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信號的基本脈沖經(jīng)時延加權(quán)以后在S-V 模型中組合，構(gòu)建機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信號的沖激響應(yīng)脈沖信號，依據(jù)S-V 模型，機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信號來自同一脈沖的多徑分量以簇的形式到達接收機，通過稀疏表示方法進行信道的尺度分解和線性展開，機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)膬?yōu)化控制模型分為兩步：

(1) 采用PSO 算法，在寬帶時域空間Y 內(nèi)，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)哪：燃訖?quán)矩陣的最優(yōu)解，即

(2) 在稀疏表示矩陣中，由于受到最短路徑和最小跳數(shù)約束的制約，得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)淖顑?yōu)參數(shù)估計模型為：

為提高聚合成功率，求得PSO尋優(yōu)的過程最優(yōu)解，采用K-最短路徑算法，可得到機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)亩鄰絽?shù)融合模型表達式：

根據(jù)最小二乘約束控制，得到通信輸出控制優(yōu)化公式為：

以此實現(xiàn)通信輸出控制優(yōu)化，從而提升機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)木馀渲?。根?jù)上述算法設(shè)計，可實現(xiàn)對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)淖赃m應(yīng)控制和均衡配置，提高機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道均衡性。

4 實驗對比

為了驗證本文方法在實現(xiàn)機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制的應(yīng)用性能，在Microsoft.NET Framework 4.0開發(fā)工具構(gòu)建機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制實驗平臺，設(shè)定機載通信數(shù)據(jù)鏈物理節(jié)點集合規(guī)模為180，信道均衡配置參數(shù)為0.36，端到端時延為24ms，請求接受率為0.78，頻段為2.4GHz，帶寬為20kHz，根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，進行機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制對比，設(shè)置5 組實驗，每組實驗重復(fù)10次，進行不同次數(shù)的數(shù)據(jù)傳輸干擾，干擾信道的帶寬為4kHz，信噪比為30dB。在MEC 服務(wù)器逐漸增加的情況下，測試在存在干擾的條件下數(shù)據(jù)實現(xiàn)準確傳輸?shù)谋嚷剩玫奖疚姆椒ê突赟DN多數(shù)據(jù)鏈方法[2]、船舶通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方法[3]輸出抗干擾性能測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 輸出抗干擾性能測試結(jié)果

分析圖1得知，本文方法進行機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制的輸出抗干擾性能較高，在干擾下數(shù)據(jù)傳輸成功率最高可達到99%。為進一步對比三種方法的有效性，測試數(shù)據(jù)傳輸時間，得到對比結(jié)果如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)傳輸時間測試

分析圖2得知，相比于另外兩種方法，本文方法進行機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制的傳輸時間較低，平均為147ms。測試傳輸速率，得到對比結(jié)果見圖3。

分析圖3得知，采用本文方法進行機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制的輸出均衡性較好，自適應(yīng)信道轉(zhuǎn)發(fā)能力較強，傳輸速率較高，平均為72bps 左右，遠高于另外兩種方法。

圖3 傳輸速率測試對比

5 結(jié)束語

建立機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃苑治瞿Ｐ?，提高輸出穩(wěn)定性，本文提出基于PSO 算法的機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制方法。構(gòu)建機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)拇髷?shù)據(jù)分析和特征提取模型，采用多元陣列參數(shù)分布的方法，進行機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的節(jié)點優(yōu)化部署設(shè)計，計算機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道的沖激響應(yīng)通過PSO尋優(yōu)算法，在不同的機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸信道傳輸路徑上進行時頻特征分解，實現(xiàn)對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸?shù)淖赃m應(yīng)控制和均衡配置。研究得知，本文方法對機載通信數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)傳輸控制的輸出抗干擾性能較好，傳輸成功率可達到99%，傳輸時間較低，為147ms，傳輸速率達到72bps，具有一定應(yīng)用前景。