物理信道（精选8篇）
物理信道 篇1
1 概述
在TD-LTE系统中,从脉冲信号到射频信号,至少要经过两次调制处理,如图1所示。
第一次为信息调制,也叫编码调制或基带调制,是将系统中原始传输的低速率二进制脉冲原始数字信号调制成可在不同物理信道中传输的高速率模拟信号,是一种数字基带调制技术。TD-LTE系统应用了BPSK、QPSK、16QAM、64QAM四种方式对数字信号进行基带调制,是因为系统中传输的低速率数字信号,虽然系统处理起来既简单又高效,但只能在系统的有线信道中短距离传输,在无线信道上能够远距离传输的普遍采用的是高速模拟信号,所以,系统在无线接口前端须将低速数字基带信号调制到高速的谐波载波上。
第二次为射频调制。其实,第一次调制后系统就可将信息通过天线发送出去,但占据了系统整个带宽的载波却只能传输一路信息,严重浪费了频域资源,还无法应用移动通信系统中的多用户多址技术。TD-LTE系统的射频调制在上行采用的是SC-FDMA调制方式、下行采用的是OFDMA调制方式,它们可以将占据整个系统传输带宽的载波划分成一系列正交的带宽为15k Hz的并行子载波,既可使每个子载波并行传输用户信息,也可使不同子载波在不同天线端口进入无线信道,从而在频域空载极大地提高系统的传输容量。
TD-LTE在物理层定义了9条物理信道作为系统信息传输的上下通道,其中上行链路有6条、下行链路有3条。在这9条物理信道中有6条是专门承载控制信息的控制信道,3条是专门承载用户信息的业务信道。由于所有物理信道上承载的系统信息都是二进制脉冲数据,必须将其调制到模拟载波上传输,这就是系统的第一次基带调制。所以TD-LTE系统的第一次基带调制十分重要,它决定了系统数据传输的速率和品质。本文认真地分析了TD-LTE系统各物理信道的特点,分析了4种基带调制技术,以及它们在物理信道上传输二进制脉冲数据的基本原理与过程,为广大工程技术人员全面了解TD-LTE系统提供了有益的帮助。
2 TD-LTE系统基带调制技术
由信源直接生成的信号,不管是模拟还是数字,都是基带信号。TD-LTE系统的源生基带信号是数字脉冲信号,也叫脉冲码字,见图1所示。这种数字脉冲基带信号的频率较低,信道中传输时极易衰减,不宜长途传输,更不宜在无线信道中传送,应调制在频率更高、更适合天线发送的模拟载波上才能有效地远距传输。将基带信号调制到载波上的调制技术叫基带调制技术,基带调制技术有许多种,TD-LTE系统在无线接口前端采用的基带调制技术有BPSK、QPSK、16QAM和64QAM四种,见图2所示。
BPSK和QPSK分别为二相移键控和四相移键控数字相位调制解调技术,是一种利用载波(谐波)的不同相位状态表征数字信号的调制方式。前者常用相位0和π分别表示“0”和“1”两种状态,后者常用相位0、π/2、π和2π/3分别表示“00”、“10”、“11”和“01”四种状态。图2所示中的基带是二进制“0”和“1”表示的归零脉冲数字信号,为了分析方便,取基带频率和载波频率都为1,当载波用BPSK方式调制时,数字信号以基带脉冲前沿变化参考,载波相位紧随脉冲前沿变化而变化;当载波用QPSK方式调制时,数字信号以两个脉冲作为参考,载波相位根据两脉冲值大小来确定,图2中有明确标识。
16QAM和64QAM分别为2相4幅度和2相8幅度正交幅度调制解调技术,是一种同时用载波相位和振幅状态表征数字信号的联合键控,可用载波振幅和相位作为两个独立参量同时调制基带信号。方法是先用串并变换将基带信号分为I、Q分量,再对I、Q分量进行电平变换完成振幅调制,又将I、Q调幅信号分别乘以相互正交的cosωct和sinωct载波完成相位调制。若变换电平支持±1和±3四个值,则I、Q分量有16个值,每个调制值可表示4位二进制数,叫16QAM;若变换电平支持±1、±3、±5和±7八个值,则I、Q分量有64个值,每个调制值可表示6位二进制数,叫64QAM。图2中QAM有明显的幅度调制,说明QAM调制以幅度调制为主、相位调制为辅,相位调制始终只有2个相位值,幅度调制则有4个值、8个值或更多的值。
波特率为每秒传送的调制符号数,是数字通信中信息传输的速率单位,也可叫符号率,或码元率。用BPSK、QPSK、16QAM和64QAM方式调制数字脉冲时,每个调制符号或码元分别是1、2、4和6比特,对应的波特率分别为比特率的1:1、1:2、1:4和1:6。若设BPSK的信息传输速率为1,则BPSK、QPSK、16QAM和64QAM的波特率分别为1、2、4和6。所以说用这4种基带调制技术调制同一载波时,该载波承载的信息数据率分别为1、2、4和6,它们的调制数据率一个比一个大。
由于BPSK、QPSK是用载波相位调制基带信号,不同相位差的载波越多,调制的数据率越大,传输的数据速度也越高,并能减小因信道特性引起的码间串扰,提高数字通信的有效性和频谱利用率,但相邻载波间相位差越小,对接收端的技术要求越高,因为误码率也会越高,从而降低了传输的可靠性。由于16QAM、64QAM主要用载波振幅调制数字信号,不同振幅电平值越多,调制的数据率越大,传输的数据速度也越高,但同样存在相邻载波间振幅差越小,幅度解调中的误码率越高的问题。图3所示为BPSK、QPSK、16QAM和64QAM四种调制技术在相同条件下的误码率曲线,不管是理论还是仿真,它们的误码率一个比一个大。
BPSK、QPSK、16QAM和64QAM基带调制技术的特点是,调制系统信息的调制数据率和误码率一个比一个高,在选择使用这些调制技术时,表现为一对不可调和、只能平衡的矛盾。
3 TD-LTE系统物理信道分析
TD-LTE系统传输的信息主要有用户数据、系统控制信息、导频信号和同步信号等,其中的用户数据与控制信息,TD-LTE系统在物理层专门定义了物理信道予以承载,分别为6条下行物理信道和3条上行物理信道,见表1所示。之所以下行链路的物理信道多于上行链路,一方面是支持下行链路的基站在电源能耗和设备成本等方面有足够的支撑能力,另一方面是下行物理信道必须面临多个用户UE。其中,虽然PUSCH和PDSCH同为共享信道, PUCCH和PDCCH同为控制信道,但它们各自为上下链路信道,职能差别较大。其它信道都是各自链路的特有信道,如PRACH是专门承载UE随机接入的上行信道、PMCH是UE接收多播媒体的下行信道。
物理信道最终还是要用子帧或时隙承载。TD-LTE系统在时域支持半帧5ms周期和无线帧10ms周期,在这两种调度周期中,物理信道与子帧的关系见图4所示,系统指定,在5ms周期中,子帧0承载PDSCH、子帧1为特殊子帧、子帧2承载PUSCH,其他子帧由系统根据配置可承载PDSCH或PUSCH;在10ms周期中,子帧5和子帧6承载PDSCH,即位于半帧1的特殊子帧可作常规子帧使用。特殊子帧分为Dw PTS、GP、Up PTS三个时隙,其中Dw PTS时隙前部可承载PCFICH、PHICH和PDCCH等,后部可承载PDSCH;Dp PTS时隙前部可承载PRACH。此外,其它物理信道可位于共享信道对应的子帧,不同的是它们所处的子载波不同。
在所有物理信道中,真正承载用户数据(用户通话、网页浏览和上传或下载、多播、信令、寻呼等)的只有PUSCH、PDSCH和PMCH三个物理信道,它们也是系统与用户关联最密切、对用户感知最强烈的3个业务信道。为了适应无线环境和用户业务需要,系统采用了3种基带调制方式供其自动选择。另外,虽然PUSCH和PDSCH都可承载用户数据和信令,但PDSCH实际上较PUSCH复杂,这不仅因为下行用户数据本来就多于上行用户数据,还因为下行发送的寻呼消息等也需要PDSCH承载。为此TD-LTE系统还支持特殊子帧中下行时隙Dw PTS的主同步信号PSS后面可以承载PDSCH。
所谓共享信道是指同一物理信道可由多个用户分时使用,因为它们具有较短的持续时间和较好的重复使用机制。由于共享信道可由系统预先建立,可以使得传输功率、PN码等资源统一利用,并能根据UE业务需要按照某种方式分配给某个UE使用,因而可以提高资源利用率。在TD-LTE系统中,UE在传输任何信息和系统需要传送高层信令时,都使用PUSCH或PDSCH物理共享信道,其原因就是它们具有的以上优点。显然,PUSCH和PDSCH虽然归为业务信道,但它们在承载业务信息的同时也可承载部分控制信息,如PBCH就包含在半帧或无线帧承载的PDSCH共享信道的不同子载波的子帧0中。
列于R9协议中的物理多播信道PMCH,是一个承载多媒体与多播信息MBMS业务的专用物理信道。PMCH对应的是单天线模式,端口为PORT4,没有发射分集功能。当某子帧在某子载波同时支持PMCH和PDSCH传输,或当基站支持4个天线端口时,系统要求前2个OFDM符号不能承载PMCH传输。系统还要求PMCH不能在子帧0和子帧5上传输。在3GPP36.211-6.3中,PMCH的资源映射规则与PDSCH一样。另外,承载PMCH信道的子帧使用扩展循环前缀CP,因为多小区传输时延通常比单小区时延大,较长的CP有助于确保接收信号落在UE接收机的CP内,尽量减少符号间干扰,降低UE接收机上均衡器的复杂度。
在TD-LTE系统物理层的9个物理信道中,上下行链路共有6个物理控制信道,分别对应的基带调制方式固定不变,且仅PHICH使用BPSK方式,其他的都是用QPSK方式。由于PHICH用于承载针对PUSCH数据包中HARQ的应答信息ACK/NACK,而UE要根据该应答信息决定是否进行PUSCH数据包重传,PHICH的HARQ和PUSCH的对应关系又是TD-LTE系统独有,所以系统对PHICH的检测性能要求较高。又因ACK/NACK应答信息只1bit信令,信息长度短。为了提高传输效率和可靠性,TD-LTE采用了重复编码、BPSK调制、正交扩展、加扰和时频分集映射等方式,重点保证ACK/NACK信令的可靠性。TD-LTE系统的控制信息的数据量普遍很小,长度和内容又基本固定,所以系统采用了固定的低阶基带调制方式。
4 业务信道选择基带调制方式分析
从上面第2节可知,不同的基带调制方式有不同的特征,低阶调制可增加较多的冗余,却导致实际效率较低,但能够保证较高的可靠性;高阶调制具有较高的效率,但可靠性较差,对信道条件提出了较高的要求,因为只有在信道很好的环境下才能获得较高的增益。如图5所示,一般情况下e NB小区中心是信道环境优越的区域,e NB小区边缘则是信道环境相对较差的区域,为了确保用户高品质通信感知,采用不同阶数的基带调制方式具有重要的现实意义。TD-LTE系统采用的自适应调制与编码技术AMC,在给定数据传输质量要求的前提下,可根据无线信道的实际情况、平均信噪比、平均时延、通信中断概率和数据速率等来决定采用的基带调制方式,其中给定数据传输质量是指由终端UE测得的CQI报告交给e NB,供e NB使用AMC技术。
T D - LT E物理层的业务信道P U S C H、P D S C H和PMCH分别是1个上行业务信道和2个下行业务信道,它们的承载情况是:PUSCH在上行信道中承载的信息量最多,主要有上行数据信息、上行控制信息和上行参考信息三类;PDSCH是下行链路中最重要、最复杂的信道,主要有下行寻呼信息、下行广播信息、下行控制信息和下行业务数据信息;PMCH则是下行传输中的专用信道,专门用于承载UE进行视频会议、电视广播、视频点播、广告、网上教育和互动游戏等多播多媒体业务信息。所以,TD-LTE的业务信道不仅承载了系统业务信息,还承载了其他信息,也反映了用户的下行信息多于上行信息的不对称性。
从表1可知,6个控制信道都使用唯一的低阶基带调制方式,3个业务信道可以在QPSK、16QAM、64QAM三个基带调制方式中选择,说明TD-LTE系统采用的自适应调制技术AMC,只需服务于3个业务信道。事实上,在PUSCH的基带调制方式的选择中,系统除了参考无线信道CQI报告外,还依赖于手机终端的等级参数。PUSCH是系统的上行共享信道,手机终端是上行信号的发射端,由于终端设备的局限性,发射功率的大小和发射技术的高低完全因手机品质而定。3GPP协议将TD-LTE智能终端分为5个等级,并在通信协议中明确规定只有等级5的智能终端系统才能支持高阶基带调制技术64QAM。
TD-LTE使用自适应调制AMC技术时,系统需要参考由终端UE测量并上报给基站e NB的信道质量指示CQI报告,该报告用0~15的量化等级反映终端上行链路的信道质量,可以方便成为上行业务信道PUSCH选择基带调制方式时的重要参考。其实,CQI同样可以为PDSCH和PMCH下行业务信道选择基带调制方式提供参考,因为在基站与手机之间的无线信道既是上行信道,也是下行信道,但自适应调制功能只能在基站侧进行,所以在上行业务信道PUSCH的基带调制方式选择是来自基站的相关指示。
下行业务信道PDSCH和PMCH的基带调制方式的选择过程是:UE在寻呼到e NB后,先通过上行控制信道PUCCH发送由自己测量的CQI报告给e NB,e NB得到当前物理信道的CQI值后,再通过相关综合分析来确定PDSCH和PMCH的基带调制方式。解调时,由于UE并不知道自己收到的子帧中是否包含下行数据,只得对PDCCH信道盲检,查看每个PDCCH中是否承载有当前工作UE的下行资源时频位置和调制编码方式等信息,若有则根据盲检的信息确定对PDSCH信道上的数据的解调方式。其实,PDCCH中既包含有下行业务信道的解调方式选择信息,也包含有上行业务信道的调制方式选择信息。
最后需要说明的是,业务信道采用低阶基带调制方式QPSK,完全是为了考虑无线传输环境恶劣时,采用降低传输数据速率换取传输质量,从而保证用户传输信息的基本畅通和用户通信的良好感知。采用高阶基带调制方式64QAM,则是系统考虑某些有条件使用高品质高档次手机终端的专属性用户的业务需要,这些用户不仅有条件手持高档终端,业务使用位置也往往是在车站、商店、学校、酒楼、办公室等无线环境相对较好的网络全覆盖区域,良好的无线环境加上高阶基带调制技术完全可以满足他们的海量业务应用。
5 结束语
无线信道的时变特点使无线通信过程存在许多的不确定性。据移动通信理论,为了提高无线通信的吞吐量,系统在业务信道往往考虑采用传输速率较高的高阶基带调制,但当无线信道处于深衰落时又无法保障通信的可靠性;为了保证无线通信的可靠性,系统在业务信道往往采用传输速率较低的低阶基带调制,虽然可以保证无线信道深衰落时的可靠性,但却容易造成系统的资源浪费,影响业务信息的传输效率。TD-LTE系统采用AMC技术,根据CQI报告、终端等级和其他相关参数,对业务信道有选择性地使用QPSK、16QAM或64QAM基带调制技术,使得系统可以在数据传输率和可靠性方面取得最佳的平衡效果。
TD-LTE系统物理信道承载系统信息时,控制信道的数据量相对较少,而可靠性要求较高,但系统偏向于可靠性;业务信道的数据量巨大,而误码率不好掌控,但系统偏向于数据传输率。为此,系统一方面将所有控制信道都固定采用性能最好的低阶基带调制方式BPSK或QPSK,保证控制信息的可靠性;另一方面将所有业务信道确定在调制数据率相对较高的基带调制方式QPSK、16QAM和64QAM中选择,以适合业务数据的需要。显然,TD-LTE系统对物理信道基带调制采用的方略,是保证移动通信安全、可靠、稳定运营的重要前提。
PBSK、QPSK、16QAM、64QAM调制方式将1、2、4、6个比特映射为1个OFDM符号,反映它们每个OFDM符号承载的信息量越来越多,数据的传输速率也越来越快。TD-LTE系统若要继续提高用户业务数据的传输速率,一个重要的方法就是提高业务信道的基带调制速率。实践发现,16PSK的调制性能比16QAM差,采用更高阶的PSK基带调制方式不可取。所以,只能选择更高阶的QAM基带调制方式,如256QAM。目前,工程中已经应用的最高阶为1024QAM,该技术的每个调制值可以表示10位二进制数,在I、Q分量上每个振幅有32个电平值,因而可表示1024个状态。但32个电平幅度产生的误码率是非常高的,须在收发设备上使用性能更好的纠错体系补偿。
摘要：首先分析了TD-LTE系统的4种基带调制技术和相关特点,其次分析了TD-LTE系统中9条上下物理信道,再次分析了TD-LTE系统3条业务信道选择基带调制技术的基本原理,最后总结了TD-LTE系统提高业务数据速率的方法以及采用更高阶基带调制技术的相关要求。
关键词：TD-LTE,基带调制,物理信道
大爱信道 安谐普惠 篇2
跟深圳市一些草根出身的民办学校如出一辙，启元学校也走过了荆棘满途、艰难求生的磨难历程。几间破旧的厂房，两三百名学生十几位教师，就是她开办之时的原生态。而令人意想不到的是，其投资创办者是一位出身寒微的退休教师——学校现任董事长吴鸿青。他以赤诚厚重的社会责任感主动请缨，为民办学，用悉心谱写的一行行爱的音符连缀成一曲和谐的主旋律……
位卑不敢国忧，办学延续使命
作者怀着崇敬的心情拜访了学校创办者、任职至今的董事长吴鸿青先生。这位已是杖乡之年的领军人物执著不渝的教育情怀、坚毅果敢的创业精神，都给作者留下了至深印象。
毕生勤耕三尺地，春秋也作纵横谈。光年为证——18岁起从教，桃李缤纷的吴鸿青，于1997年按政策从广东省梅州市丰顺小学校长职位上内退，年过半百的他没有赋闲在家，来到了春潮滚滚的深圳。他从资料上得知，外来人口却多达500多万之众的深圳，大批外来工子女求学无门而搁置学业，而公立学校不堪重负，给政府陡增了巨大的压力。对教育情有独钟的吴鸿青忧心如焚：今天的孩子就是明天的希望，今天的教育竞争就是明天的国家竞争，决不能看着祖国的花朵得不到阳光雨露的滋润而枯萎，决不能让我们的孩子输在起跑线上。强烈的责任感、使命感促使他做出大胆抉择——创办私立学校，为国分忧为民解愁。罗曼·罗兰说：“有人之所以成功，是因为他们渴望成功。”正可谓“志之所趋，无远勿届，穷山复海不能限也；志之所向，无坚不摧，锐兵精甲不能御也。”没有资金，吴鸿青东拼西凑，变卖了家里所有值钱物件；没有人员，他广聘天下有志俊杰。经过几个月的艰辛运筹，他与几位志同道合之士合资创办的第一所小学——上南学校诞生了。学校规模不大，却解决600多名孩子的上学难。1999年秋季，他又与人合资办起了启元小学。听到孩子们来校的朗朗读书声，筚路蓝缕的办学困苦顿然消失，他由衷欣慰自己尽到了一个共产党员应尽的职责，也延续了自己毕生从教的宏愿。
“尽职尽责为国办学，尽心尽力为民解忧”，是吴鸿青多年来的志向坚守与忠实践行。从起始办学至今，学校坚持走低价路线始终不变。在市场经济影响日趋严重的背景下，启元学校也未曾迷失办学方向，坚持把百年树人的历史责任放在首位，把社会效益放在经济效益之上。最让学生家长感动的是，前些年在民办学校收费逐年增加的情况下，吴鸿青专程到教育局申请降价。他情真意切地说，当初办学是为了解决一大批来深建设中子女上学难问题，现在抬高收费，岂不是违背了办学初衷？如果启元学校任何一个学生因为学费读不了书，那将是我这个教育工作者最大的失败！语言朴实而充满力量，在这个物欲横流的时代，吴鸿青的宽厚胸怀让很多人由衷感佩不已。
“奖、减、免”是启元学校长期坚持的政策。学校专设“双优生奖学金”，对表现出众、学业优异、在各级竞赛中获奖学生给予50至200元额度不等的奖学金，每年给优秀学生颁发奖学金6万多元，获此奖金的学生占到学校生额的10％。对于家庭困难的学生，能减则减，能免则免，每年减免的学费都在8万多元。2002年4月，一位学生一位家境困难，欠了学校很多学费而不好意思上学，吴鸿青得知后，邀同其班主任连夜家访，当场宣布免去全部学费，使该生重返学校。创办至今，启元学校耗资近百万元为千余名“双优生”和贫困生送去温暖、关爱和鼓励，全校没有一名学生因为经济原因而失学。吴鸿青对每一名学生都视如己出，呵护有加。遇到恶劣天气，学校还免费为无法回家的孩子提供午餐。
吴鸿青还把对教育的爱心播撒到启元之外的贫困学子，主动帮扶贵州磨湾小学，开创了深圳民办教育结对帮扶的先河，南方都市报等主流媒体对此进行了连续跟踪报道。今年暑假，在他的诚恳邀请下，磨湾小学9名师生第一次走出大山，来到深圳，大开眼界，惊呼“深圳比老师说的还要漂亮，深圳人太好了！”十年来，吴鸿青投身包括结对扶贫在内的各类公益活动也花费了近百万财物，表现出一名共产党人勇于担责的博大胸襟与一名优秀教育家大爱无疆的非凡气度。
专注熏修师道，倾情琢玉成器
吴鸿青热爱自己的事业，不仅深爱学生及家长，也真爱与自己共同创业的教职工们。他明白，惟有真诚待人，将心比心地关爱教师，教师们才会倾力贡献自己的才情，从而促进学校发展。
在不断抬高教师工资待遇、住宿条件的同时，2002年9月起，吴鸿青每年都为全体教师办理了社保和医保，解决了教师后顾之忧。
对每一位教师，吴鸿青做到政治上诚心、业务上尽心、生活上关心、工作上放心、政策上融心，时刻把教师的工作、生活放在心上，真正可谓体贴入微，关怀备至。举凡设计到教师子女入学、家属照顾、住房爱派、调级升职等问题，吴鸿青都想方设法予以解决。2001年春节前夕，教师张练荣前来启元学校应聘时已身无分文，吴鸿青得知此情，先为其安排好临时住处并拿出300元钱资助他过年。年后张练荣通过了学校聘用，他以加倍努力工作来表达感激之情，所带班级各项工作成绩突出，连年受到了家长好评和上级部门表彰。
打造一所和谐的民校是吴鸿青的倾力之为。他为学校量身定制了《做人六字经》，与全校教师共勉：“……善良心待下属，平常心待上级；感恩心待朋友，宽容心处同事；孝敬心待长辈，慈爱心对子孙；温情心待夫妻，温和心对亲人，谦让心对世人。”
三尺讲台40余载，身兼高级教师、教育专家等多重身份，使吴鸿青对教育拥有丰沛的管理经验，更有独到的思考与认知。他深知，对于常说常新的管理课题，民办学校的管理既不同于一般的企业管理，也有别于公立学校的管理。惟有制度化的强制性管理辅以人性化的情感性管理，才能发挥最大效益。先进的民办学校，无一不是“硬”管理与“软”管理完美结合的成功典范。
在吴鸿青的主导下，启元学校同行“以人为本”的合作管理模式，集情感沟通、民主参与、需要满足与制度约束为一体，将队伍建设与科学管理结合起来，思想疏导与制度管理同时并举。吴鸿青根据自己多年探索出来的管理经验，提炼出“思想相导”、“情感相融”、“志趣相谐”、“业务相长”、“精神相娱”、“评价相宜”的《民办学校教职工管理的非强制性因素》理论，较好解决了民办学校目前存在的雇佣、单纯打工挣钱、工作中得过且过、一团和气、墨守成规思想、人生价值评价等十大突出问题，被深圳市民办教育报采用，受到了上级领导的首肯。他成功运用在自己的学校管理之中，产生了良好的收效。他撰写的《民办学校校长岗位职责思考》、《理顺思路，再上台阶》等论文，对学校发展也产生了深远影响，其中《对中小学生正面教育的沉思》一文荣获国家级一等奖。
为了促进提高教育质量，吴鸿青主推启元学校彻底打破分配上的平均主义桎梏，根据多劳多得、质优酬高原则，将结构工资分为基础、课時、职务、绩效浮动工资四块，使学科带头人、教学能手和骨干教师的辛勤劳动得到了充分尊重。学校还对人事聘任制度实行“分层负责，双向选择，竞争上岗”为核心的动态量化管理，规定校级来到所分管的工作连续两年位居全街道20多所同类民校中下游应引咎辞职；中层领导在所属工作中信任率低位予以解聘，杜绝了人浮于事，效率低下的现象，形成了能上能下的活泛良性氛围。
提携教师业务水平和工作能力，是学校持续发展的基础工程，吴鸿青十分重视。在青年教师培养上，他大胆放手让他们在工作实践中磨砺，鼓励教师在职进修，不定期聘请专家、学者来校授课。学校每年都制订详细的培训深造计划，除落实上级各项培训指标外，还千方百计为教师创造更多的出访交流机会。几年来，启元学校教师到广州、武汉等地各种深造培训共300多人次，花费资金多达十数万元。
教育科研是学校教学和教师自身业务水平得以提升的最有效途径之一。在吴鸿青的推动下，启元学校始终把教学科研当作头等大事常抓不懈，成立了以校长为组长，业务副校长为副组长，教研室主任、教研组长为成员的科研领导小组，对“引探教学法”、“愉快教学法”等教法进行研究，拨出专款，出台了《教研科研奖励条例》，对科研有功人员予以重奖。作为中国教育协会授牌的“引探教学法实验基地”，学校承担的国家级实验课题“引探教学法”目前取得了阶段性成果，在各级各类教学竞赛中获奖教师达200多人次，数学奥赛金牌教练黄清华、黄求发潜心研究并创新采用撮合、开放等教法灵活施教，探索出“题眼教学法”和“挫折教学法”，使学生在短时间内理解教材教义，牢固掌握知识要点，准确思维解题关键。学校历练出以校长蔡杰文为领衔，曾学琼、韩松岐、郁国珍等为豪华阵容的优秀教师团队，成为启元学校教育质量不断攀越高峰的强力推手和高端云梯。
对师生深厚真挚的爱护，对教育专業熟稔的悟道，使吴鸿青成为启元学校教师的“人师”和“经师”而受到全校教师的尊崇与拥戴。2003年春节，学校全体教职员工满怀深情，题诗敬赠吴鸿青董事长，诗的最后两句有是：“俯身甘为员工仆，志在教坛万丈厦”。朴朴实实的诗句，道出了启元教职工们对董事长的真诚热爱，同时也道出了董事长高尚的人格和远大的志向。
创新特色教育，展露民校风华
走进坐落在龙岗区布吉街道水径村委侧畔的启元学校，岁月的流逝早已淹没了初创之时的寒碜印记，所见楼宇林立，碧草连天，整洁明净。学校无论是环境、规模，还是师资、质量诸方面都发生了质的飞跃，各方面的发展无不体现了朝气蓬勃的“深圳速度”。学校现有30多个教学班，1600多名学生，教职工80余人。
最冲击视觉的是新颖别致、蔚为壮观的的六根书法文化柱如同墨海中一朵奇葩，集千古墨宝于一处，其面积之大，字数之多，形式之优美，字体之丰富，为这所充满活力的校园平添了浓浓的书香气息，在特区校园中也堪称一绝。据吴鸿青董事长介绍，这一方面是为了从小培养学生对中华民族优秀文化的兴趣与认识；另一方面也是为了配合学校全国首创开设的书法教学。他指出，书法教育不仅仅是让孩子们把字练好，更重要的是培养孩子的审美观和性格。吴鸿青的心血没有白费，在全国少儿书法比赛中，启元心血4位选手荣获团体一等奖，其中1人荣膺金奖；学生唐金香代表学校参加深圳市建区20周年文化艺术节百米长卷书画活动，其书法作品《腾飞》落墨长卷，并印册出版；学校成为深圳市首家全国写字教育的民办学校。
与书法教育齐头并进，数学奥赛成为启元学校又一特色品牌：7名学生先后参加龙岗区小学生“育苗杯”数学奥赛，全部获奖，其中一等奖5人；4名选手参加第九届全国“华罗庚杯”数学邀请赛，分获一、二、三等奖，并全部被深圳中学皮革录取。
在吴鸿青的主推下，启元学校大力推开素质教育，学校颇具创新意识的将教学核心由传授知识转为培养创新精神，将教学本位由教师转向学生，变“权威教学”为与学生“共同探索”的教改思路和“主体、和谐、发展”的课堂教学模式，使学校教学质量在布吉街道45所乃至龙岗区167所公民办学校中名列前茅，连续五年在龙岗区语文、数学、英语质量检测中稳居布吉前三甲，以过硬的教学质量赢得了社会一致好评，成为深圳民办教育中一棵硕果累累、根深叶茂的风景之树。国家教育部、泰国议长等贵宾先后走进了启元校园，对该校的教学特色和创获的不俗成绩大加赞赏，仅泰国教育部就先后率考察团共7批次300多人来校参观取经。
在吴鸿青看来，学生的教育，家庭与学校一个都不能少。一个孩子在成长中，家庭教育与学校教育要相互结合，不能简单地把做人完全归结于一方。为此，他每隔一段时间都要把家长邀请到学校，给家长传授专业的教育知识，不断提高对孩子教育的综合素养。对于教师，则要求对孩子进行情感教育而不是说教。他以身作则，拿出自己全部的爱心来与学生进行互动交流，情感引导莘莘学子“以德立身·学以报国”。在孩子们心中，他就是一位和蔼可亲的爷爷，而不是高高在上的领导。他要求每一位教师都要对学生的情况了如指掌，要不断发现孩子的兴趣，为社会培养各式各样的人才。家访、电话访谈成了教师与家长之间经常性互动方式，并且效果显著。
这种互动式教育，创造了一个温馨而又和谐的大环境，孩子们生活其中乐趣无穷。启元深爱学生，学生更恋启元。内地落实九年义务教育后，一些学生依依惜别启元回乡就读，但时间不长，竟又有部分学生回归启元，这里的博爱让他们铭记、眷念，还有教育质量的保障，更有心理情感的归宿与期盼。学校美誉广播，远在罗湖水贝、宝安民治等地的学生也选择启元，这不能不说是深圳民办教育的绝美佳话。
在历史的长河中，10年是一个沧海一粟的概念，而启元学校没有因为起步晚点而落于人后，却以“讲诚信，出实效”的办学宗旨，以质量和信誉开启民办教育的辉煌之门，快捷发展成为“高起点，上规模，现代化”质量品牌学校而备受社会瞩目，学校已成为深圳民办教育系统中一颗璀璨耀眼的新星，散发出独特而明亮的光芒。在文中所述殊荣之外，学校多次被评为布吉街道、龙岗区教育先进单位，并获龙岗区一级学校、龙岗区民办教育贡献奖等荣誉，《中华儿女》，十届、十一届全国《“两会”专刊》，《人民的公仆，忠诚的事业》等书刊以及深圳十几家新闻媒体都曾以不同内容、不同角度宣传报道了启元学校办学成就，吴鸿青董事长也因突出贡献而受到了党和国家领导人的亲切接见，还被聘任为首届全国民办教育杰出人物理事会理事。
物理信道 篇3
1 子信道划分与叠加编码
传统的单频网中，各个基站提供给用户的广播信息完全相同。但由于地域文化的差异，实际生活中，每个基站周边的用户需要接收不同的本地信息，这要求发射基站能够同时传输相同的公共业务和不同的本地业务。基于叠加编码的物理层子信道分割是一种实现方式，其中分割后的公共信道和本地信道可进一步分割为多个子信道以传输多种业务。叠加编码主要包括直接线性叠加编码和比特分割复用方式。
1.1 直接线性叠加编码
直接线性叠加编码，即在单符号上按照给定的子信道资源分配比例进行线性叠加。具体分割方法为：在物理层信道中，比例为α1的功率资源分配给公共信道，比例为α2的功率归属为本地信道，其中α1+α2=1。由两信号的目标传输速率分别对其进行独立编码，并映射到与之相对应的星座图上，然后根据功率约束对二者进行矢量叠加，如图1所示。
1.2 比特分割复用
比特分割复用叠加编码在比特层次上分割物理层信道，得到公共信道和本地信道，组成各个信道的基本单位为比特。具体分割方法是将物理层信道中传输的符号资源看成一个维度，在此称为符号维度，把每个符号内的多个比特看成另一个维度，在此称为比特维度。将物理层信道中的P个符号看作一个整体，联合符号维度和比特维度，将物理层信道进行比特层次的分割，一部分比特归属为公共信道，其余比特归属为本地信道。其中，公共信道或本地信道包括符号维度和比特维度中的一组比特，其输入输出均为比特。
图2是单频网比特分割复用叠加编码示意图，假设每一个基站的物理层信道符号采用256阶Gray-APSK调制方式，将每8个连续符号中优先级最高的24个比特分配给公共信道，如图中无阴影部分，其他比特分配给本地信道，如图中有阴影部分，这里P=8。
相比直接叠加编码，比特分割复用利用高阶星座映射同一星座符号内携带的比特具有不均等差错保护程度的特性，以比特为单位划分子信道，在多业务具有不同信噪比阈值时能获得更加逼近高斯极限的信道容量，同时在接收端可以采用单级解码（single-stage decoding）方式，各子信道独立解码，避免了串行干扰消除（Successive Interference Cancellation,SIC）引起的解调延时和误码扩散，且复杂度与用户数量无关。
2 单频网优化方法
2.1 优化流程
基于物理层子信道的单频网组网优化方法包括以下步骤：
1）将物理层信道分割为公共子信道和本地子信道，分别传输公共业务和本地业务，并根据业务特征对各业务赋予不同的权重。
2）根据组网信息和业务需求设定发射基站参数和子信道传输参数的初始值，并选取部分参数作为待优化参数，包括子信道的可调节传输参数——信道资源的分配方式，如功率资源分配比例和比特资源分配图案，以及发射基站的可调节参数，如基站的天线方向图、天线高度、发射功率、发射时延、信号相位等。
3）根据所述单频网的接收性能判定准则计算目标区域的总体接收性能对应的目标函数值，对子信道的可调节传输参数进行寻优，最大化目标函数值。
4）通过启发式算法对所述发射基站的可调节参数进行优化迭代，并逐代更新所述目标函数值，得到满足目标函数的最优可调节参数。
5）重复执行步骤2）至步骤4），选择不同的初始值，得到一组优化结果。
2.2 覆盖判定准则
单频网优化的目标是预设目标速率下的业务覆盖率，这里需要先给出覆盖判定的准则。在加性高斯白噪声信道下，根据香农理论，一个通信系统发射信号X与接收信号Y间的平均互信息I(X;Y)为信道容量，即该系统能承载的最大传输速率。若同时存在两种业务，分别占用不同的信道资源，在已知资源分配情况以及业务目标速率的条件下可以得到相应业务待传输信号的接收信噪比门限SNRGauss1,SNRGauss2。
然而，实际的解码门限受诸多因素的影响，比理论门限低3～5 dB，影响因素包括由保护子载波、保护间隔、帧头、导频等辅助位信息带来的时频域的带宽损失，成形、独立解映射和编码调制过程的非理想带来的损失，信道误差、定时误差等带来的损失。由于单频网内的强多径环境，将公共业务的传输信道近似为瑞利信道，本地业务的信道近似为加性高斯白噪声信道。进而在上述SNRGauss1,SNRGauss2的基础上得到实际信道下的解码门限SNRth1,SNRth2。
单频网接收点众多，为方便统计，以一定步长将其划分为若干正方形网格，以每个网格中心点的接收效果表示整个网格的接收效果。若该点的信噪比高于SNRth，则视为可接收点，反之为不可接收点。统计每种业务的可接收点和不可接收点的个数，得到对应业务的覆盖率。
设B为发射基站集合，ωi,vi，αi分别表示发射基站i对应的本地业务的权重、目标传输速率和覆盖率，优化目标函数可记为
2.3 子信道参数优化
给定公共业务和本地业务的传输速率，通过I(X;Y)=f(SNR)的关系可以得到一条理论SNR1—SNR2曲线，曲线上的每个点对应一组SNR1,SNR2的值，从而对应一组覆盖率。在比特分割复用中，由于高阶星座映射同一星座符号内携带的比特具有不均等差错保护程度，每比特互信息随信噪比变化的函数不同，不同的比特选取策略对应不同的曲线。将容量较大的比特优先分配给目标速率大的业务，可以得到最低解码门限，反之得到最高解码门限。为提高覆盖率，根据最优选取策略对应的SNR曲线，对该曲线进行逐点计算，得到每个点对应的目标函数值，取其中最优覆盖效果对应的SNR解码门限组合，得到分配给两种业务的比特数目。
2.4 发射基站参数优化
联合优化各个基站的发射时延、发射功率、天线方向图的计算量大、自由度多，传统的穷举法要耗费大量人力物力，且工作量随网络规模的扩大呈指数增长。启发式算法，以遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法为代表，基于直观经验构造，在可接受的花费下给出待解决组合优化问题每一个实例的一个可行解。本文以模拟退火算法为主要研究对象进行说明。
模拟退火算法来源于冶金学的特有名词——退火，是一种通用的概率算法，用来在大的搜寻空间内寻找最优解，同时在固定的时间内完成。固体材料原子常温下在相对固定的位置附近振动，经过加热，其内能变大，材料中的原子随机在其他位置中来回移动，由有序变为无序。加热停止后，材料会以特定的速度冷却，且冷却速度较慢，使得原子有充分的时间寻找比原位置内能更低、更稳定的位置，最后在常温时达到平衡态，内能降至最低。
模拟退火算法的基本步骤包括：
1）初始化。设定初始退火温度T0和终止温度Tf，在全解空间中任选初始解，以优化发射台站时延为例，则是随机生成一个发射时延矩阵。令迭代参数k=0,Tk=T0。在选择初始温度时，要满足内能与温度之比趋于0，以使得退火过程足够慢。
2）依照某种规则，从当前解附近产生一个随机的新解。为减少算法耗时，产生新解的方法通常是由当前解经过简单变换，如对某几个发射台站的延时进行互换和置换，或在其较小的邻域内增减等。这种变换方式对冷却进度表的参数设置有很大影响，因为一旦变换方式给定，新解的邻域也随之确定。
3）计算新解对应的单频网覆盖情况，进一步得到新解与当前解的目标函数之差。由于这个差值由生成新解的变换产生，因此在计算时可考虑结合变换计算的增量。对多数应用而言，这是最简便的计算目标函数差的办法。
4）判定是否接受新解为当前解。判断依据是Metropolis准则：如果Δf<0，则无条件接受新解为当前解，否则以P=exp(-Δf/Tk)的概率接受新解。可见，Tk越高，P越大，广域搜索能力越强；反之，局域搜索能力越强。
5）若达到热平衡或者该温度下的内循环次数达到给定上限，转到第6步，否则转到第2步。
6）降低Tk,k=k+1，如果Tk<Tf，则循环结束，以当前解输出，否则转到第2步。
3 仿真结果
仿真待优化单频网包括3个发射基站，其布局和各业务的目标区域如图3所示。其中，外围最大的椭圆表示公共业务的目标区域，内部3个较小的椭圆为本地业务的目标区域，各基站的位置、高度、天线增益、天线高度、极化方式如表1所示。
系统所需的多业务服务质量要求为：1）传输速率：公共业务Rglobal=10 Mbit/s，本地业务Rlocal 1=Rlocal 2=Rlocal 3=15 Mbit/s;2）各个本地业务的优先级权重相同，均为1。采用256QAM、2/3码率传输，仅优化发射时延。
优化结果为：
1）公共业务与本地业务的比特分割图案如图4所示。
2)3个发射台站的发射时延分别为4.13μs,9.52μs,25.4μs。
3）目标函数Q=25.4，比优化前提升了256%。
4 总结
本文提出了一种基于物理层子信道的单频网组网优化方法，对用于传输多业务的数字电视单频网广播的物理层子信道分割方式统一寻优，利用遗传算法、模拟退火算法等启发式算法联合优化各发射基站的发射时延、天线方向图、发射功率等参数。综合考虑多种业务需求，如覆盖面积、传输速率，实现了信道资源的高效利用，并根据不同业务的优先级差别对整体覆盖效果进行折中，解决了现有算法仅针对单一业务优化且算法复杂度高的问题。经仿真验证，该方法的优化结果在保证公共业务基本覆盖要求的同时，明显提升了本地业务的覆盖效果。
摘要：针对利用物理层子信道传输多种业务的地面数字电视单频网,提出了一种基于叠加编码调制的单频网优化方法。该方法对子信道的资源分配方式寻优,并通过启发式算法联合优化基站参数,综合考虑多种业务需求,在保证公共业务覆盖要求的同时提升本地业务的接收效果,对充分利用信道资源、减少单频网分析设计周期具有重要意义。
关键词：单频网,子信道,叠加编码,遗传算法
参考文献
[1]刘志飞,潘长勇,杨知行.复杂地形地貌下的单频网组网技术[J].电视技术,2011,35(8):39-44.
[2]GB/20600—2006,数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[S].2006.
[3]刘勇,康立山.非数值并行算法—遗传算法:第1册[M].北京:科学出版社,1995.
[4]JIN H,PENG K,SONG J.Bit division multiplexing for broadcasting[J].IEEE Trans.Broadcasting,2013(59):539-547.
[5]ROMEO F,SANGIOVANNI-VINCENTELLI A.A theoretical framework for simulated annealing[J].Algorithmica,1991,6(1/6):302-345.
MIMO系统信道模型及信道容量 篇4
在实际的MIMO无线系统中由于无线传输线路伴随着各种衰落和多径效应的广泛存在, 使MIMO通信系统的信道的频率随时间不断变化。当信道的时延扩展T远远大于或相当于符号的持续间隔T 。发送的信号发生了时间色散现象, 这样就引起了码间串扰 (ISI) , 接收端所接收到得信号中包含了经历衰减和时延的发送的多径信号, 产生了接收信号失真。这样的信道称为频率选择性信道, 如图1 所示。
考虑点到点的MIMO通信系统, 有Nt根发射天线和Nr根接收天线, 不考虑噪声的情况下MIMO的信道模型可以表示为:
H (t) 为MIMO系统的信道矩阵。假定信道服从瑞利分布, Hl中的元素是均值为零的高斯随机变量。Hl是MIMO信道H () 在第l径, 时的信道脉冲响应。当l 0 时对应频率平坦性衰落信道矩阵。
当Rlr, dr和Rlt, dt都是单位矩阵时, 就是空间独立的频率选择性信道, 即为:
2 无线通信系统信道容量分析
无线通信系统中的信道容量的研究是研究其他无线通信技术的基础, 对于分配有Nt根发射天线和Nr根接收天线的多输入多输出 (MIMO) 信道, 发射端不知道传输信道的状态信息条件下, 如果信道的幅度固定, 则信道容
3 小结
MIMO信道的容量在很大的程度上取决于天线之间的相关性能和MIMO信道矩阵的满秩情况。在MIMO信道模型中, 考虑相关性的方式类似于通常在波束形成 (BF) 信道模型中的做法, 用一个相关矩阵前乘或后乘信道矩阵来控制天线的相关度, 使其成为路径角度、天线间隔和工作波长的函数。
摘要：MIMO通信技术与正交频分复用OFDM技术相结合是3G移动通信时代和后3G时代的关键技术之一, 不仅能进一步提高频谱利用率, 抗频率选择性衰落还具有良好的抗多径干扰等能力, 本文针对MIMO-OFDM信号检测算法展开研究, 在接收端和发送端分别采用多天线能显著地提高系统容量, 但容量的提高必须采用合适的信号处理技术, 现在有各种方案可应用到MIMO系统, 如最大似然 (ML) 检测算法、迫零 (ZF) 检测算法、最小均方误差 (MMSE) 检测算法、V-BLAST检测算法等, 人们提出了各种各样的改进算法, 为了评估这些信号检测算法的特性, 必须建立一个合适的基于MIMO系统的无线信道模型
关键词：OFDM技术,MIMO通信技术,信道容量
参考文献
[1]范毅君, 蔡家麟.OFDM通信系统研究及其仿真分析[J].软件导刊, 2009 (01) .
[2]石瑞华.MIMO在无线通信技术中的应用[J].苏州工职院, 2009 (02) .
[3]李忻, 黄绣江.MIMO无线技术的研究现状[J].2006 (05) .
[4]贺翠.MIMO-OFDM系统信号检测技术研究[J].西安电子科技大学硕士学位论文, 2008 (01) .
[5]绛岩林.MIMO系统中的信号检测与预编码[J].西安电子科技大学, 2008.
[6]赵谦.无线MIMO系统的容量及信道估计算法的研究[J].2005 (04) .
MIMO系统信道模型及信道容量 篇5
在实际的MIMO无线系统中由于无线传输线路伴随着各种衰落和多径效应的广泛存在,使MIMO通信系统的信道的频率不断的变化。当信道信号时延的扩展δT大于T符号的持续的时间间隔。所发出的信号发生了时间色散现象,这样就引起了码间串扰(ISI),所谓频率选择性信道是指接收端所接收大的信号包含了时延和衰减产生了接收到的传输信号的失真现象。
在不考虑噪声的情况下MIMO的信道模型可以表示为:
第l径的信道脉冲响应可以表示为:
2频率平坦衰落型的MIMO系统信道
2.1信道模型
在MIMO系统的信道传输环境中,发射信号经过多次发射达到接收端,情况非常复杂。假设无线通信系统的下行链路,发射端有Nt根天线,接收端有Nr根天线,它们具有一下特性:
(1)天线之间距离大于半个波长;
(2)收发天线之间信道相互独立。
发射符号的持续时间T远远大于信道延迟扩展δT,可以将信号的频率衰落近似作为平坦信道。并且其传输时间保持不变。
在忽略信道的相关性时,信号在子载波k上的信道矩阵可表示为:
2.2频率平坦衰落信号模型
由于在MIMO系统中采用了OFDM技术将信道分成多个子信道,由于OFDN技术的特点,可以近似的将每个子信道作为频率平坦衰落信道处理。所以从MIMO-OFDM系统基带信号处理的角度来看,其工作的机理是:频域上的源信号经过IFFT变换到时域,加入保护间隔,再经FFT变换将信号变换到频域上,得到频域的输出信号,最后由系统对该信号进行检测后得到源信号的估计值。
MIMO-OFDM系统中输入信号和输出信号之间的数学关系为:
3无线通信系统信道容量分析
无线通信系统中的信道容量的研究是研究其他无线通信技术的基础,本节将对传统的SISO信道和MIMO信道进行系统的分析和计算。
3.1单入与单出(SISO)容量信道的模型
采用单根天线发射和单根天线接收(1×1)的通信系统也称为单输入单输出(SISO)系统。
对于一定性的SISO信道,由于Nt=Nr=1,信道矩阵H=h=1,信噪比大小为ξ,根据Shannon公式,信道的归一化容量
该容量的取得一般不受编码或信号设计复杂性的限制,即只要信噪比每增加3d B,信道容量每秒每赫兹增加1比特。实际的无线信道是时变的,要受到衰弱的影响,如果用t表示在观察时刻,单位功率的复高斯信道的幅度(H=t),信道容量为:
这是个随机变量,可以计算其分布。由于受到衰落的影响,SISO信道的容量值都较小。
从随机信道容量的分布图中可以提取两个与实际设计有关的统计参数,一个是平均信道容量Cav(Average Capacity),即C得所有样本的平均,它表示了一条无线链路能够提供的平均数据速率;另一个参数的中断容量Cout(Outage Capacity),它定义了确保高可靠性服务的数据传输速率,即
3.2多入多出(MIMO)信道的容量模型
3.3 MIMO信道的极限容量研究分析
当信道系统的发射天线和接收天线数都趋于很大时,可以引入于Leaguers多项式估算分析。
再利用不等式:log2(1+x)≥log2(x),简化得到
可见,极限信道容量随着天线数成线性关系增加,随着信噪比(ξ)成对数关系增加。
摘要：对于MIMO系统中无线信道研究中获得相关信道特性。信道模型能够容易实现和快速进行仿真。折中考虑简单性和准确性,是无线信道建模的关键。信道模型基本有三种方式,物理信道模型;统计信道模型;测试模型。本论文主要研究传统的信道模型。本文在假设频率平坦性衰落信道和选择性衰弱信道模型的基础上分析和评估两种信道模型系统的容量。
关键词：MIMO,信道容量,道模型
参考文献
[1]绛岩林.MIMO系统中的信号检测与预编码.西安电子科技大学,2008.
[2]赵谦.无线MIMO系统的容量及信道估计算法的研究[D].2005-04-25.
[3]杨宗国.MIMO系统中若干关键问题的研究[D].2008-05-01
[4]Hochwald B M,ten Brink S.Achieving near-capacity on a multiple-antenna channel.IEEE Transactions on Communicati on,2003,51(03):389-399.
物理信道 篇6
目前XX通信模拟训练系统的研发已经基本完成, 进入调试、完善阶段。在对其深入研究后发现系统在一定程度上仍然不能完全满足训练的需要, 系统中还是普遍存在一个问题:原模拟训练系统中信道控制器对于通信效果的判决上方法较为简单粗糙, 即采用手动输入设置通信质量等级的方式来反映通信效果的好坏, 1 到10 个等级, 依次代表通信质量从好到坏的程度, 这种方式人为因素占主导, 也就是只能通过导调人员下达的导调方案来手动进行设置, 不能真实地反映通信的实际效果, 使得训练效果大打折扣。
基于以上考虑, 就需要对信道控制软件进行改进和完善。利用信道模型计算出通信质量等级来取代目前手动输入通信质量等级的方式。这种方式可以通过数据客观地反映出通信质量, 模拟通信效果, 满足贴近实战的训练要求, 有效地提高训练水平。
1 信道控制软件
1.1 信道控制软件概述
信道控制软件是XX通信模拟训练系统中重要的组成部分, 它能够支持多种无线通信手段的通信装备和组网训练, 涉及范围广, 软件多, 组网复杂, 不仅对系统研发人员提出了更高的要求, 并且能使受训人员能熟练地操作通信装备, 灵活地进行组网。
信道控制软件利用通信网络控制技术在系统中起着承上启下的作用, 对下管理设备, 对上形成拓扑, 响应导控命令, 配合指控运行。对组成的通信网内中各模拟训练器设备的参数状态进行监控、以及通过模拟训练装备之间的通信参数匹配实现在有线环境下模拟训练装备之间无线通信的功能, 即监控当前各模拟训练装备当前状态、各类分系统间协议转换与数据交互、模拟设备参数收集、设备监管与网络拓扑识别等主要功能。
1.2 信道控制软件的组成
信道控制软件主要由设备处理模块、公共构件、通信专业构件和拓扑生成模块以及基于UDP和TCP的网络通信接口和数据库接口等基础支持接口组成。如图1 所示。
(1) 设备处理模块。设备处理模块主要处理模拟设备的注册、注销、入网、退网、心跳等一系列通信协议。
(2) 通信专业模块。通信专业模块是信道控制软件对实现各类模拟 (或虚拟) 设备的注册登记、协议转换、参数交换、实时管控等功能, 是实现各类通信网系有机融合的关键部件, 由无线电台构件、交换路由构件、接力通信构件、微波接力构件、移动通信构件、卫星通信构件等组成。不同的模拟设备具有不同的组网特性, 信道控制软件以模块化方式将不同专业的通信构件进行封装组合、用以支持模拟设备运行。
(3) 拓扑生成模块。拓扑生成模块主要由单网系拓扑生成和多网系拓扑生成组成。单网系拓扑生成主要是基于通信专业模块的结果生成。多网系拓扑生成主要是基于单网系拓扑、通信路由、地理气象环境仿真、电磁环境仿真以及网络状态生成。
(4) 公共模块。公共模块主要为模拟设备训练提供外部的环境支撑, 包括战场环境响应构件、路由判断构件和SIP语音控制构件等一系列公共构件的支持。
(5) 模拟训练装备通信接口。模块训练设备通信接口主要实现信道控制软件与模拟训练装备UDP通信, 进行UDP通信的开、关、收、发等功能。
(6) 数据库通信接口。数据库通信接口主要实现信道控制软件与数据库的通信, 进行数据库连接、数据库关闭、数据库读、数据库写等功能。
1.3 信道控制软件工作流程
信道控制软件工作流程参见图2 信道控制软件工作流程图所展示。信道控制软件与外部设备的互联关系是模拟训练装备通过通信接口与信道控制软件互联, 导控系统和指控网络控制器通过数据库接口与信道控制软件互联, SIP语音服务通过SIP控制接口与信道控制软件互联。信道控制软件内部之间的各模块通过主程序进行集成和互联。
首先, 导调人员通过通信业务控制席位计算机上安装的信道控制软件界面设置操作, 选择训练模式, 并根据导调指令设置模拟训练器设备间的通信质量等级。
其次, 在模拟训练装备开机后, 其注册请求通过网络接口传送到信道控制软件的网卡, 并进入信道控制软件的网络数据接收模块, 该模块把数据分发到数据处理模块队列中, 等待通信专业模块进行处理, 同时信道控制软件回复模拟训练装备数据已经安全收到, 回复数据也进入队列排序, 等待处理。模拟训练装备收到注册命令回复后, 回复应答命令, 表示设备在线, 以数据包的方式上报当前设备参数并且在参数变化后也需要上报。信道控制计算机对已注册的模拟训练装备要实时查询其在线状态。所有产生的数据信息通过数据接口全部存储在系统数据库中已被调用。
再次, 通信专业模块通过获取数据包的类型进行同类型间或不同类型间的参数比对, 进而对模拟训练装备进行通信参数匹配, 发出组播地址, 将不同通信方式划分到一个子网中。
最后, 信道控制软件会通过信令下发模块把之前手动设置的通信质量等级下发到相应的模拟训练装备。模拟训练装备根据接收到的通信质量等级来确定通断状态, 从而模拟出通信效果。
2 信道仿真应用的实现方案
通过对信道控制软件的介绍, 从中看出信道控制软件在信道质量的判定上设计比较简单, 判别通信效果仍然依靠手动输入设置通信质量, 没有利用现有的信道模型, 仿真水平低, 远远不能满足当前训练的需要。故需要对其进行改进和完善。
2.1 信道仿真应用的实现设计方案
本文所构想的应用方案是在原信道控制软件的通信专业模块的基础上, 新添加一个功能模块, 叫做信道判决模块。信道判决模块主要由无线传播模型和数据处理模型组成, 如图3信道判决模块构成图所示。
存储在数据库中的自然环境信息、电磁环境信息以及设备参数由导控网发送给无线传播模型和数据处理模型, 先经过无线传播模型计算出无线传播路径损耗, 再将路径损耗值输入数据模型中计算信噪比、误码率, 然后根据既定标准估算出通信质量等级经过SIP控制接口发送给模拟训练装备, 模拟出相应的通信效果。
通信专业模块中不同方式的通信构件众多, 且工作流程基本相似, 所以仅以电台组/退网构建为例, 介绍信道判决模块在信道控制软件中的工作流程, 如下图4 信道判决模块工作流程图所示。
在XX通信模拟训练系统中, 系统数据库提供了大量各模拟训练装备的自然环境信息和复杂电磁环境信息, 而且模拟训练装备开机向信道控制软件注册时, 上报了各模拟训练装备的位置、IP地址、工作模式、频率、功率等信道参数信息, 这些信息会实时存储在模拟训练系统数据库中, 并且信道控制软件可以通过导控网读取这些信息。
模拟训练装备通过通信接口将参数信息上传到参数解析模块。参数解析模块将设备参数存入系统数据库, 并将合法参数进行解析放入对应的参数比对模块。参数比对模块将设备参数进行参数比对, 形成一个电台子网, 并将比对结果放入信道判决模块。
信道判决模块利用建立的信道模型结合设备参数、通信距离、地形环境、气象环境和电磁环境等各种数据信息进行处理后, 计算出误码率、信噪比等, 近似地描绘出通信设备的通信质量等级, 信道判决模块将估算后的通信质量等级采用UDP封装的方式, 通过SIP控制接口下发通断判决指令给目的模拟训练装备执行, 模拟产生相应的通信效果。
信道控制软件通过导控网读取这些数据参数时, 只要设备参数、环境信息和复杂电磁环境信息等发生改变, 信道判决模块就要重新计算通信质量。参数改变一方面包括导控系统数据库更新参数, 另一方面也包括设备参数变更时, 模拟训练装备重新组网, 设备环境、电磁参数出现变更, 都要重新计算通信质量。
这样就使得信道控制软件控制输入信号的过程贴近实际, 取代以往单纯地依靠导调指令手动输入通信质量等级来决定信号的通断, 以客观数字作为依据来反映两个通信模拟训练装备能否互相连通。
3 总结
物理信道 篇7
在无线通信的发展过程中,合作通信是近几年来发展最快的研究领域之一。这一技术的核心思想是网络中多个节点进行资源共享,从而实现整个网络节约资源的目的。只要网络中终端数目超过两个,就有可能采用中继协作方式进行通信[1]。
采用中继协作方式进行通信时,协作伙伴的选择是一个关键的问题。关于协作伙伴的选择也有很多策略如Song Wenmiao等提出了基于最小错误率的伙伴选择方法[2];Nam Soo Kim等根据接收端接收到的中继信号的强弱选择[3]等。信道容量是系统性能的重要参量之一,研究以信道容量最大为约束条件时合作伙伴的选择是有意义的。中继节点个数,位置和天线的根数对信道容量均有很大的影响,文章主要研究中继节点位置对信道容量的影响。
文章通过分析模型构造了一个特定函数,并从该函数的特点出发,得出了信道容量的表达式。通过分析计算和系统仿真可知,中继节点位置存在使信道容量最大的唯一最优值,这一结论有效的缩小了中继节点位置选择的范围,有助于提高协作伙伴选择的效率。文章通过仿真还讨论了信道衰落模型中传输吸收常数和路径损失指数对信道容量的影响。仿真表明随着传输吸收常数和路径损失指数的增大,中继节点的最优位置将更加靠近目的节点,但对应的信道容量的最大值将减小。
本文组织如下:首先在第一部分给出系统模型;第二部分从数学公式角度分析了中继节点的位置对无线信道容量的影响,得出了信道容量的具体表达式,并试图寻找以容量最大为约束条件时,中继节点的最优位置;第三部分给出一个具体的数值例子,通过系统仿真表明本文的分析方法正确,并进一步分析了信道传输吸收常数和路径损失指数对信道容量和中继节点最优位置的影响;第四部分总结全文。
2 系统模型
无线通信中继信道模型如图1所示。该中继信道是由三个终端组成的传输信道。这些终端分别定义为源节点(Source)、中继节点(Relay)和目的节点(Destination)。源节点以功率1P发射信号Xs,中继节点接收到的信号为rY,然后对rY进行某种检测和(或)解码,再编码后以功率2P发送信号Xr;目的节点接收的信号记为dY。信号在传输的过程中同时受到衰减和噪声的影响。假设中继节点接收机接收到的噪声为Zr~N(0,Nr),目的节点接收到的噪声为Zd~N(0,Nd)。
源节点和目的节点的距离设为d,假设源节点和中继节点之间的距离为x,不失一般性和简化考虑,中继节点和目的节点的距离为(d-x)。信号衰减系数表达式为:h(x)=e-γx(1+x)δ,其中γ≥0是传输吸收常数(γ只有在真空环境下等于0),δ>0是路径损失指数(一般情况下取值为2~6)[4]。源节点和目的节点之间的信道衰减系数为:hsd=h(d)=e-γd(1+d)δ,源节点和中继节点之间的信道衰减系数为hsr(x)=h(x)=e-γx(1+x)δ,中继节点和目的节点之间的信道衰减系数为hrd(x)=h(d-x)=e-γ(d-x)(1+(d-x))δ。由上面的表达式可知hsr(x)是x的单调减函数,hrd(x)是x的单调增函数。对应的边界条件为:h sr(0)=hrd(d)=1,hsr(d)=hrd(0)=hsd。
3 信道容量分析
3.1 容量计算
Cover和Gamal已经证明了退化无线中继信道容量为[5]:
根据式(1),经过计算可得到信道容量为[6]:
3.2 分析计算C(x)和xopt
把可取到容量最大值的x记为xopt,最大容量值记为Cmax。
由hsr(x)的表达式可知h sr(x)是x的单调减函数,而hrd(x)是x的单调增函数,从而f(α,x)是x的单调增函数,同时f(α,x)是α的单调减函数;同样g(α,x)是x的单调减函数,是α的单调增函数。令y(x)=f(1,x)-g(1,x),0≤x≤d,对于确定的x来说,f(1,x)是f(α,x)的最小值,g(1,x)是g(α,x)的最大值,因此y(x)是表达式(f(α,x)-g(α,x))的最小值。由f(α,x)和g(α,x)关于x的单调性可知y(x)是x的单调增函数。
因为y(x)是x的严格单调函数,利用高等数学连续函数零点定理可知,如果y(0)⋅y(d)>0,则y(x)=0在区间[0,d]上无实数根;如果y(0)⋅y(d)≤0,则y(x)=0在区间[0,d]上有且只有一个实数根。下面对y(0)和y(d)分情况讨论。
对于∀x∈[0,d]均有y(x)>0成立,即
故有C(x)=max0≤α≤1min{f(α,x),g(α,x)}=g(1,x)
即:
即
由式子(9)和式子(13)可得
4 系统的仿真分析
4.1 仿真条件
源节点和中继节点发射信号功率比值为:P1 P2=1.25,中继节点和目的节点接收噪声方差比为:Nr Nd=1,源节点和目的节点的距离设定为:d=1,路径吸收常数γ=0,0.1,0.2,0.5,0.8,1,2,路径损失指数δ=1.8,2,3,4 5,。
4.2 仿真结果分析
1.按照公式(2)和依据本文结论公式(16.1)仿真的得到的信道容量曲线对比图如图2所示。
从仿真图形上可以看出两条曲线基本重合。各自得到的协作中继位置的最佳值分别为xopt=0.4600和xopt=0.4610。仿真结果说明了本文所得结论的正确性。
2.运用本文结论,通过仿真计算得出不同γ和δ下信道容量最大值Cmax(见表1)和对应的中继最优位置xopt的值(见表2)。图3给出γ=1,δ=1.8,2,3,4 5,时信道容量曲线。图4给出γ=0,0.1,0.2,0.5,1,2,δ=2时信道容量曲线。
从表1,表2和图3,图4可看出,随着传输吸收常数γ和路径损失指数δ的增大,中继最优位置xopt的取值变大,而信道容量的最大值Cmax变小。这个结论与从物理模型得到的直观结果一致。
4 结束语
本文通过构造特定方程的方法分析了中继节点位置对信道容量的影响,同时仿真说明了信道衰落参数对信道容量的影响。给出了一个数值例子,通过系统仿真,得出了信道衰落模型中不同的传输吸收常数和路径损失指数下信道容量的最大值和中继节点的最优位置。这对中继位置的选择有指导意义。仿真表明,当传输吸收常数和路径损失指数增大的时候,中继节点的最优位置向目的节点移动,同时信道容量的最大值减小,这个结论具有很直接的物理意义。
参考文献
[1]FRANK H.P.FITZEK,MARCOS D.KATZ编,程卫军,闫晓东等译.无线网络中的合作原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2009.
[2]SONG WEN MIAO,LI YONG QIAN,LI BAOGUANG,HU JIAN DONG.Cooperative partners selectionin the cooperative diversity ad-hoc network[A].The Second International Conference on Mobile Technology,Applica-tions and Systems[C].UK,2005,4.
[3]NAM SOO KIM,YOUNG SANG KIM.Cooperativediversity with combining in Rayleigh fading for wirelessad-hoc networks[A].8th International Conference on Ad-vanced Communication Technology[C].NJ,USA,2006,1:4.
[4]XIE LIANG LIANG,KUMAR P.R.A Network In-formation Theory for Wireless Communication:Scaling Lawsand Optimal Operation[J].IEEE Transactions on Informa-tion Theory,2004,50(5):748-766.
[5]COVER T M,GAMAL A A,Capacity Theorems forthe Relay Channel[J].IEEE Transactions on InformationTheory,1979,25(6):572-584.
物理信道 篇8
自从Hyacinth[3]与Ramon[4]提出了多接口多信道技术后，已经有很多人对静态信道分配算法进行了研究。在文献[2,5]中，一个集中的信道分配和路由算法是被提出，它主要是链路被遍历时按照某种顺序，同时不同链路的结尾节点必须使用相同的信道。如果两条相邻链路的末端节点分配的信道不同，此时必须对一条链路的末端节点进行重新分配信道，保证整个网路的连通性。在文献[6]中，一个混合的信道分配算法是被提出，它主要是使一些射频接口被固定的分配信道，另一些射频接口没有与固定的信道绑定，可以频繁的进行信道切换。在文献[7]中，提出了一种根据流过链路流量大小来对节点进行分优先级，然后根据优先级的高低来对链路进行信道分配。文献[8]提出了一种集中式信道分配算法，它以网络受到总干扰量最小为目标，每个节点贪婪的选择使用后对自己干扰最小的信道来进行信道分配。在文献[9,10]提出一种考虑网络中链路负载的信道分配算法，它假定每条链路上的流量为一个常量，与实际网络中局部流量过大会出现随机冲突产生的情况不符。
总之上面提到的多信道分配方法虽然在一定程度上改善了网络的性能，但它们都很难满足以下的条件要求:
1)当分配一条信道给一个射频接口时，这个信道分配算法不能仅仅依据在这个节点附近是否存在干扰，还要根据此时该节点附近的流量情况做出选择。忽略节点间的相互影响和网络中实际的带宽分配情况往往得到的不是最优解，往往还会伴随着发生由于射频接口的限制出现的信道数大于射频接口数的情况，需要对信道进行重新分配如图1所示。
2)信道分配算法应该独立于任何特定的链路带宽分配。因为依据特定的带宽分配情况而得到的信道分配方案，往往没有什么意义。因为对于实际的网络而言，它的网络带宽情况不同于特定的网络，这样之前的所做的信道分配就会变得与依据实际带宽情况分配的信道不同。
在这里我们提出一种集中式的信道分配算法用来解决这些问题。这个算法分成两个阶段，分别是对链路进行分组和对组进行信道分配的信道分配方法。这个信道分配方法不依赖于任何特定的链路带宽进行信道分配。
1 问题定义
无线Mesh的路由节点相对固定，客户端节点可以移动。客户端节点传送数据给路由节点，路由节点再向有线网转发数据。在这里我们定义每个路由节点u共有k(u)个射频接口，同时有|C|个可用的信道数。每个射频传输的最大距离和干扰距离分别为rT和rI。定义无线Mesh拓扑图GI=(V,EI)，节点u,v∈V，无向边uv∈EI，只有在d(u,v)≤rT时，这个边才存在，d(u,v)定义了u和v间的距离，c(u,v)定义了边u和v间能传输的最大的数据量。定义节点集合VAV是网络中充当路由节点的集合，定义集合VGV是路由节点中充当网关节点的集合。
定义一个信道分配集合R，其中R(u)定义为节点u所代表的信道数，其中|R(u)|≤k(u),u∈V。R信道分配方案会出现一个新的图G=(V,E)。两个节点使用同一信道在彼此的通信范围时，它们的边才存在。即当d(u,v)≤rT和R(u)∩R(v)≠同时成立时，uv∈E边才存在。当xy∈E和uv∈E中x、y、u,v共4个节点中存在任意一个节点在另一个节点的链路的干扰范围内时，同时它们有共同的信道即R(u)∩R(v)∩R(x)∩R(y)≠时，两条链路才会出现干扰。
所有的信道分配结果都会出现一个连通图，我们要在这些连通图中选择一个网络吞吐量最大的连通图。不同的连通图的网络性能不一样的原因是不同的连通图选择的边的子集不一样，不同的信道分配会使链路受到的干扰程度也不一样。
2 网络结构
2.1 网络拓扑
考虑到一些环境恶劣的地方如地震救灾现场、自然保护区的生态监测等地的客观原因，在这些地方部署无线Mesh网往往需要在不同的区域同时设置多个节点。为了避免一些节点失效，导致整个网络瘫痪。这里采用分层的网络拓扑进行组网，如图2所示。
2.2 协议干扰模型
对于任意两个接口u和v，能成功通信的条件为，接口u和接口v之间的物理距离小于通信距离，并且接收节点在所有其他发送数据的节点的干扰范围之外。在协议干扰模型中，假设两节点间的通信距离为r，干扰距离为RI，在k-跳协议干扰模型[11,12]中RI=kr，即在单个节点k跳通信范围内的所有节点都会受到干扰。
在图3所示的网络中，节点集合为V={v1,v2,v3,v4,v5,v6}，链路集合为E={(v1,v2),(v1,v4),(v2,v3),(v2,v5),(v3,v6),(v4,v5),(v5,v6)}，虚线圆形分别为节点v1和节点v4的干扰范围。考虑链路(v1,v4)，在协议干扰模型下，除了链路(v3,v6)，其余所有链路都为链路(v1,v4)的干扰链路。
3 信道分配
为了最大化网络的整体吞吐量和减少关键链路受到干扰的程度，我们对于承载更多流量的关键链路优先分配信道，对于数据很少经过的链路最后分配信道。原因是优先分配信道的链路，受到的干扰少，而干扰往往是链路吞吐量下降的主要因素[13]。链路吞吐量[14]主要取决于这条链路所能承载的最大流量的能力和网络的拓扑结构GI和它们的射频传输数据的能力。
3.1 链路分组
为了确定关键链路，利用最大流最小割定理[15,16]计算出在图GI中从客户端节点到网关节点的关键链路。利用最大流最小割定理，把无线Mesh网络这个多个源节点多个目的节点的网络N=(V,E,c,X,Y)，将其等价为一个单个源节点单个目的节点的网络N'=(V',E',c',X',Y')，其中(1)V'=V∪{s,t}，s,t分别是N'的源节点与目的节点;(2)E'=E∪{(s,x)|x∈X}∪{(y,t)|y∈Y};(3)c'=c(e),e∈E;c'(s,x)=",x∈X,c'(y,t)=",y∈Y。也就是说，添加两个超级节点在Mesh网中分别当作源节点VA和网关节点VG，现在形成了一个新的单个源节点单个目的节点的有向图G'I=(V',E'I),V'节点集中包含集合V中的所有节点包括节点VA和VG。E'I边集合包含集合EI中的所有边和节点VA、VG与其他节点所构成的边。最大流最小割计算的结果可以用fG'I(u→v)来表示链路所承载的带宽。
为了避免网络中节点出现信道数大于射频接口需要重新递归解决和减少关键链路的干扰的情况。我们把信道分配算法分成两部分，第一部分根据链路所负载的带宽进行分组，一个组内可以包括很多不同的链路，同时每个节点所在的组数不能超过它的射频接口数。第二部分分配信道根据组内流量大小优先选择的组。
首先对所有的链路进行分组，如表1所示。
定义L(e)∈N,e∈EI，起始阶段所有的链路都没有分组。neigh(u)是任意节点u在图GI中的邻居节点，同时任意节点u所在的不同组的集合可以用g表示，经过任意节点u的所有链路的流量总和为Ftot，任意节点u所在的所有链路中分到一个组的链路流量之和定义为Floc。在对链路进行分组时，如果一个节点所包含的组数超过了它的射频接口数，那我们就需要对它所在的组进行合并，直到其组数最多和射频接口数相等。合并的原则是在该节点所在的组集合g中，找出所承载的流量最少的两个组进行合并，直到组数不超过节点的接口数为止(line 9—14)。把节点u承载的所有流量Ftot均分成k(u)份，经过节点u的所有链路按照链路流量的大小进行降序排序。把排序的链路依次分到一个组，直到该组的流量Floc超过Ftot/k(u)为止。按照这样的方法，对经过节点u的所有链路进行分组。若分组结束后，还有经过节点u的链路没有分组，那么就把剩下的流过流量较少的链路都分到最后一组(line 15—35)。这样做会使最后一个组的链路比较多。虽然它们使用一个共同的信道时，会出现很大的链路干扰，但可以保证前面降序排序的关键链路不会因为使用相同的信道的链路比较多，出现严重干扰。这样网络中的关键链路就不会成为限制网络性能的瓶颈。
3.2 对组内链路分配信道
由于已经对所有的链路进行了分组，这样可以保证每个节点上的接口数始终大于信道数，接下来我们只需对组进行分配信道，如表2所示。
为了保证网络的连通性，对每条链路的末端节点都分配一个相同的信道。当一条链路的末端节点在另一条链路中的节点干扰范围内时，两条链路可能出现干扰。定义εc为所有分配信道c的链路的集合，P(g)为与组g中链路存在干扰的所有链路的集合。集合I为组g中的所有链路的末端节点的集合。S(g,c)为组g分配信道c后与其干扰的链路的集合。如果S(g,c0)是空集，则表示没有链路与g存在干扰在使用信道c0。此时分配信道c0时，要使分配c0信道的链路尽可能的多。如果S(g,c0)不是空集时，那么我们在给c0分配链路时，在干扰不可避免的情况下应该尽量在S(g,c0)中选择干扰最小的链路给它分配信道c0。这个信道分配算法是对流量多的链路所在的组优先进行信道分配，这样尽可能地避免关键链路出现链路干扰。总之，在进行信道分配时，首先以链路所承载的流量降序排序所有的链路，对承载流量越多的链路优先分配信道。
3.3 信道分配的时间复杂度
定义网络中共有n个节点，共有m条链路。在链路分组阶段:当合并分组时，每条链路上的节点都需要检查其所在的组数是否超过它的接口数时，超过时需要合并节点所在的组，这总共需要o(m)，由于共有m条链路，则整个过程共需要o(m2)。同时在利用最大流最小割原理[7]确定关键链路需要消耗时间，这一过程总需要时间。在信道分配分配阶段:给每个组分配一个信道，同时每个组内的链路都使用相同的信道。计算链路分组的数目消耗时间o(m)，在计算与每个组g存在干扰的链路集合P(g)需要时间o(mn)，在这一阶段可以看作总的消耗时间为o(mn+m)=o[m(n+1)]≈o(mn)。故而该算法两个阶段总共需要消耗时间o(m2+mn)≈o(m2n)。
4 实验仿真与分析
本文采用ns2仿真软件来比较基于链路分组优先的信道分配算法(LD-CCA)和集中信道分配[2](CCA)的性能。仿真场景如下:25个节点均匀分布在110 m×110 m区域，分别随机选取5个源节点和目的节点。5个源节点分别按照特定速率产生udp数据流为240 Kb/s、430 Kb/s、350 Kb/s、280Kb/s、130 Kb/s，同时设置源节点发数据的速率在原来的基础上从1到10倍的变化，然后随机选择目的节点并向其发送数据。设置各数据包固定长度L=100 Byte，其中物理层宽带选用2 Mbps。多信道MAC协议的最小退让窗口CWmin=32，最大窗口值为CWmax=1 024。源节点发送数据在链路层最大重传3次。网络采用AODV路由协议，信道分配算法分别采用信道分配算法LD-CCA和CCA。实验采用分层的网络拓扑(图2)。为了保证实验结果的正确性，文中所有实验重复30次。实验中的平均吞吐量和平均丢包率分别指的是统计5个目的节点的平均值。可以得到结果如图4和图5所示。
从图4和图5，可以看出在网络带宽较少时，信道分配方法LD-CCA与OCCA的性能差别不是特别大，但是当网络的带宽继续变大时，OCCA的网络丢包率开始变得明显比LD-CCA多。原因是由于LD-CCA在信道分配时优先保证承载带宽较大的链路选择干扰较少的信道，同时该算法不是针对任何预先特定的链路带宽分配进行的信道分配。它对于复杂多变的实际网络情形具有很好的适应性。网络吞吐量和丢包率都很一致，差别不是特别大在丢包率和吞吐量上信道分配算法LD-CCA的性能优于OC-CA。
5 结论