机器类通信流量建模与过载控制

机器类通信(或MTC通信)定义为通过蜂窝网络进行数据传输的机器通信,作为未来泛在网络的重要组成部分,具有广阔的应用前景和市场潜力。为评估MTC接入时的网络性能,以3GPP参考流量模型和G/M/1队列模型的通解为基础,为MTC通信建立Beta/M/1队列模型;通过推导形状参数为任意正整数的Beta分布的概率生成函数的解析解,给出Beta/M/1模型性能评估的求解过程;利用数值分析,给出Beta/M/1模型的主要特征。为解决MTC接入时系统面临的过载问题,提出了3个解决办法,分别是:1)不同属性终端间聚类;2)改变MTC终端到达时间间隔分布;3)分段均匀随机退避算法。所提Beta/M/1模型及分段均匀随机退避算法可作为物联网/MTC通信/海量终端入网性能分析及过载控制的参考模型。

窄带物联网覆盖类别更新机制性能分析与优化

以覆盖类别为状态变量建立了窄带物联网(NB-IoT, narrow-band internet of things)覆盖类别更新机制的马尔可夫链模型,给出了平均接入失败概率和平均功耗的优化模型及求解办法,分析了前导码重复次数、系统负载、全局最大传输次数对各覆盖类别最大传输次数最优取值的影响。数值分析表明:常规覆盖类别和扩展环境覆盖类别的最大传输次数对系统性能影响较大,最大传输次数取值范围应分别控制在[1,5]和[1,7]之间;极端环境覆盖类别的最大传输次数对系统性能影响不大,可取[1,10]之间的任意值,建议取值为1;所提的引入覆盖类别回退机制的覆盖类别更新机制的平均功耗比协议模型低约95%。

窄带物联网非连续接收机制功耗模型与优化

针对窄带物联网(NB-IoT)的3种典型业务场景(周期自动报告、异常自动报告和软件升级/重配置业务),为NB-IoT扩展型非连续接收(eDRX)机制建立了以终端工作状态为状态变量的马尔可夫模型,并给出相应的功耗与时延模型。其中,连接态被分为随机接入态和数据收发态,以细化因海量用户并发入网产生碰撞而带来的额外能耗。鉴于周期自动报告(MAR-P)业务的发生频次最高,重点分析了MAR-P业务激励时NB-IoT eDRX机制的电池使用寿命及其优化设计方案。数值表明,传输周期、最大随机接入次数、最大数据重传次数和系统负载直接决定电池使用寿命,上述参数合理配置可有效延长电池使用寿命。这为NB-IoT终端行为级建模与优化设计提供了参考。

改进的多信道S-ALOHA暂态性能分析办法及其应用

海量机器类终端(或MTC终端)同步入网时,其业务呈现瞬时突发性,这使得基于齐次或复合泊松假设的多信道S-ALOHA稳态性能分析办法难以直接应用。该文以第i个随机接入时隙内第j次进行随机接入的用户数Mi(j)作为状态变量,提出了一种沿Mi(j)的j方向迭代进行多信道S-ALOHA暂态性能分析的办法及其近似形式。该迭代办法可建立第i个随机接入时隙内第j次进行随机接入的用户数与第x个随机接入时隙内新到用户数的直接关系(其中x<i),也可给出接入时延概率密度函数、概率分布函数和均值的求解办法。以3GPP MTC业务参考模型进行数值仿真,验证了所提迭代办法及其近似形式的有效性。相关研究可为承载网络的优化设计提供参考。

机器类通信流量建模与接入控制研究进展

简要介绍了机器类通信的发展历史、业务特征及面临的技术挑战。采用分类对比的方法,重点介绍了海量机器类终端同步入网时机器类通信流量建模与接入控制的国内外研究进展。结合ITU和ITC建议的完善新业务流量分析理论的工作流程,阐述了"机器类通信业务特征分析、流量建模、接入控制"3个方面亟待解决的核心问题,以期为承载网络的性能评估和优化设计提供解决思路,为物联网和泛在网的推广应用及标准化工作提供参考。

多信道S-ALOHA功率攀升机制的性能分析

针对海量机器类终端同步入网时因重传带来的功耗急剧增加问题,以第i个时隙内进行第j次随机接入的用户数作为状态变量,给出了带功率攀升机制的多信道S-ALOHA的暂态性能分析办法(尤其是功耗与时延模型)及其接入强度稳定时的近似形式。以3GPP机器类通信两种业务模型进行数值仿真,验证了所提性能分析办法及其近似形式的正确性,给出了用户数、退避区间、最大重传次数对功率攀升机制的性能影响,提出了适当增大退避窗口以时延换取能耗的优化策略。

带冲突检测的两阶段无连接接入协议最优资源分配

无连接接入协议允许机器类终端不需要建立无线承载就进行小数据传输,以降低系统信令开销与终端能耗。两阶段无连接接入协议可通过合理分配调度请求阶段和数据传输阶段的资源提高系统吞吐量,特别适合中高负载场景。基于此,完成了一类称作带冲突检测的两阶段无连接接入协议的性能极限与最优资源分配策略的理论分析,并设计了一种不需要用户数估计的动态资源分配算法。数值分析验证了上述理论分析的正确性,表明了所提动态资源分配算法与已知每个接入周期内用户数的理想算法的性能差异可控制在4%以内。上述结果可为面向海量机器类通信的无线接入协议的优化设计提供参考。

高空核爆电磁脉冲对便携式监护仪的辐射效应

高空核爆电磁脉冲(HEMP)对电子和电气设备构成严重威胁,但是目前针对军队急救医疗卫生装备的电磁脉冲(EMP)耦合效应及防护研究还比较薄弱。因此以某款当前军队医院所使用的便携式监护仪为研究对象,利用有界波电磁脉冲模拟器模拟产生HEMP进行辐射试验,评估HEMP对监护仪的辐射效应,在各种试验条件下测量干扰场强阈值,分析HEMP对监护仪的作用机理。试验表明:HEMP辐射场对监护仪的工作状态会造成严重干扰,上升时间短、持续时间短的电磁脉冲对设备的干扰能力更强。结合监护仪结构、辐射试验结果、HEMP对监护仪的作用机理可得出以下结论:①场线耦合是引入电磁脉冲干扰的主要途径,当导联线与入射电场方向平行时耦合效应增强,导联线的屏蔽层结构对屏蔽效能有显著的影响;②监护仪外壳的屏蔽效能较差,电磁脉冲可由显示屏和空隙直接渗透至监护仪内部形成干扰,加强导联线和外壳的屏蔽效能将有效提高监护仪抗HEMP的能力。

基于高阶统计量的L-DACS1系统自适应干扰消除技术研究

针对L-DACS1(L-band Digital Aeronautical Communication System Type 1)与DME(Distance Measuring Equipment)信号在时域、频域和低阶统计域干扰抑制不理想的问题,本文将L-DACS1与DME时频域交叠的干扰场景建模为确定性信号叠加高斯有色噪声的干扰量化模型,根据两者在高阶统计域的差异特性,提出基于三阶累积量的自适应滤波算法,并引入对数螺线函数改进变步长机制,实现自适应DME干扰消除.仿真结果表明:所提算法具有更高的干扰抑制比和更低的误比特率,但复杂度较高.相关结论可为L-DACS1系统的实际部署提供参考.

κ-μ阴影衰落信道下非数据辅助的误差矢量幅度性能分析

κ-μ阴影衰落信道下系统性能预测是无线通信中一个具有挑战性的问题,严重影响着传输机制设计。针对此问题,提出一种采用非数据辅助的误差矢量幅度(NDA-EVM,nondata-aided error vector magnitude)对κ-μ阴影衰落信道进行性能分析的理论方法。选取NDA-EVM作为反映信道变化的评估参量,采用最大似然准则推导阴影衰落信道下不同调制阶数NDA-EVM统一的计算模型,并以衰落因子为中间变量,建立NDA-EVM与κ-μ分布的联系,据此推导NDA-EVM在κ-μ阴影衰落信道的理论下限,并化简给出几种典型信道的性能界限。对所得结论进行理论分析和数值仿真模拟,结果表明:相较传统的DA-SNR(data-aided signal to noise ratio)和DA-EVM(data-aided error vector magnitude),NDA-EVM对κ-μ阴影衰落信道的评估具有最小均方根误差;推导的下限与理论值有很高的吻合度,特别是在低SNR时为紧下界;下限与κ-μ阴影衰落信道参数均呈负相关特性,对信道变化非常敏感。

D2D通信中一种基于非数据辅助误差适量幅度的同信道干扰控制方法及其性能分析

针对D2D通信系统中广泛存在的同信道干扰问题,该文提出一种基于非数据辅助误差矢量幅度(NDA-EVM)进行同信道干扰分析的方法。以NDA-EVM作为信道质量评估参量,推导信号在M-QAM调制下的NDA-EVM统一计算模型,利用信道增益建立NDA-EVM同信道干扰分布模型,并进一步求解该模型的性能上限,从而量化同信道干扰。理论分析和仿真实验表明,相对于传统算法,该文所提上限的计算时间复杂度由O(M2)降为O(M),提高了信道评估时效性;推导性能上限与理论值吻合度高,特别是在低SNR时为紧上界,两者最小均方根误差RMSE低至0.2615。

快时变信道下非数据辅助误差矢量幅度的自适应调制算法

针对快时变信道下无线通信频谱利用率降低的问题,提出一种基于非数据辅助的误差矢量幅度的自适应调制(NDA-EVM-AM,nondata-aided error vector magnitude based adaptive modulation)算法,选取NDA-EVM作为反映快时变信道变化的特征参量并给出不同调制阶数的统一计算模型,建立不同调制阶数NDA-EVM与误码率(BER)之间的关系并据此设计MQAM(multilevel quadrature amplitude modulation)调制阶数的快速调整机制。以高铁通信的快时变信道场景为例,数值仿真表明,相比DA-EVM(data-aided error vector magnitude)和信噪比估计,NDA-EVM估计具有最小均方根误差;NDA-EVM-AM算法可提高信道质量评估与调制阶数选择的准确性,相较于DA-EVM-AM(data-aided error vector magnitude based adaptive modulation)算法,调制阶数选择的正确率可提升7.9%,频谱利用率可提高0.53 bit·s^(-1)·Hz^(-1);相较于SNR-AM(signal to noise ratio based adaptive modulation)算法,调制阶数选择的正确率可提升15.7%,频谱利用率可提高0.82 bit·s^(-1)·Hz^(-1)。

Nakagami-m衰落信道下D2D通信自适应调制算法研究

针对Nakagami-m衰落信道中,D2D(device to device)通信频谱利用率低的问题,设计一种基于非数据辅助误差矢量幅度(NDA-EVM, nondata-aided error vector magnitude)的自适应调制算法。以NDA-EVM作为信道质量评估参量,根据最大似然准则建立NDA-EVM与误码率(SER, symbol error ratio)的定量关系,据此设计SER约束下的MQAM调制方式切换机制;结合有限状态马尔可夫信道模型以及数据缓存处理,分析系统的分组丢失性能和频谱利用率。理论分析和仿真实验表明,基于NDA-EVM的自适应调制算法在不同调制方式的阈值下的准确性,明确系统QoS与分组丢失率的关系;在保持低算法复杂度的同时,提高了系统频谱利用率,对比传统算法,频谱利用率提升了0.752 bit·(s·Hz)-1。

基于多点协作联合传输的超密集组网性能分析

超密集组网的基站高密度特性会带来严重的小区间干扰,多点协作联合传输应用于超密集组网进行干扰管理是目前的研究热点,该文对多点协作联合传输时基站密度对网络性能的影响进行了分析。首先采用随机几何方法推导了3维空间基站与用户距离的概率密度函数,为选取距离用户最近的多个基站联合传输的协作机制提供了基础;然后结合有界双斜率路径损耗模型,进行用户下行链路的干扰建模,进一步推导出用户下行链路覆盖率和网络区域频谱效率的表达式,并分析了协作基站数、基站密度等参数对网络性能的影响。数值仿真表明:协作基站数为2时就可使下行链路覆盖率增加10%,且实现2到3倍的频谱效率的增益,当协作基站数为3时,费效比更优,同时可得到多点协作下的基站密度极限使区域频谱效率最高。该文工作可为下一代移动通信网络的基站部署提供理论支持。

便携式监护仪的电磁辐射抗扰度试验研究

报告以某款目前军队医院所使用的便携式监护仪为对象,分别进行了混响室射频辐射试验和超宽带(UWB)电磁脉冲辐射试验,测试其抗干扰能力。试验表明:UWB电磁脉冲对监护仪干扰严重,需重点进行防护;所选用的监护仪对射频连续波辐射具有一定的抗干扰能力,异常状态多表现为测量波形基线漂移、畸变;监护仪对于不同频率的电磁干扰具有不同的电磁敏感性,所选用的监护仪对390MHz左右的电磁干扰最为敏感。

认知无线电中频谱空洞统计特性分析与分配

针对动态网络场景的频谱空洞可用带宽存在时变性,传统基于静态特性的认知无线电资源分配方式难以直接应用的问题,推导了频谱空洞可用带宽概率密度函数通用表示形式,并联合随机多背包模型提出基于频谱空洞统计特性的离散频谱分配策略,实现了考虑频谱空洞可用带宽统计特性的资源分配.数值仿真表明,与传统算法相比,所提算法在频谱空洞变化频繁场景下,能有效减少频谱变化产生的冲突,具有较高的网络利用率.

多波束小基站协作通信的资源分配和位置规划

针对小基站加载多波束阵列天线后协作提供通信覆盖的资源分配与位置规划问题,建立了以最小化基站总功耗以及基站间负载均衡为目标函数的多目标混合整数非凸优化模型;给出了一种迭代优化算法,将问题分为用户关联、功率分配和位置部署3个子问题,在固定基站位置和波束功率下通过改进的鲸鱼算法求解出用户与波束的关联关系,在此基础上利用连续凸逼近法和改进差分进化算法交替优化功率分配和基站位置部署。数值仿真表明,多波束小基站与所提迭代算法可灵活适应复杂业务需求分布,降低网络功耗和均衡基站间负载。可为小基站加载阵列天线增强通信覆盖提供参考。

非稳态三维散射场景的时域自相关特性分析

结合航空移动通信环境的三维非稳态特征,推导了立体空域内散射体相对于收发节点随机运动散射场景的时域自相关函数的数学表达式。该表达式为有限区间内的高维积分,结合蒙特卡洛高维积分法和射线跟踪法验证了该表达式的正确性。数值结果表明:节点运动速度、散射体速度和散射体数量越大,相应的时域自相关函数衰减越快。该表达式和求解办法具有较强的推广性,通过降维可等效为二维散射场景,令散射体相对于收发节点静止可等效为稳态散射场景。相关结论可为下一代航空移动通信宽带传输体制的相干时间与相干距离的确定提供理论支撑。

监护仪壳体的EMP屏蔽效能研究

目的:分析不同形状孔缝结构对壳体电磁脉冲屏蔽性能的影响,为金属壳体的医疗设备电磁脉冲防护设计提供参考。方法:以带有不同形状孔缝的监护仪壳体结构为研究对象,通过试验方法,对壳体内部电场和磁场脉冲的幅值-时间参数进行测量。结果:在加载波形为0.1 ms/10 ms的外部电场时,正方形孔耦合的电场最大,圆形孔耦合的最小;在加载波形为2μs/50μs的外部磁场时,细窄矩形孔耦合的磁场强度最大,圆形孔耦合的最小。结论:通过以上试验可以得出结论,在设计医疗电子设备的金属壳体时,应采用圆形散热孔以减少电磁脉冲的干扰。

一种两步频率捕获和跟踪的载波频率恢复方案

针对正交频分复用(OFDM)系统中的载波频率恢复,本文提出了一种两步频率快速捕获和精确跟踪的恢复方案。首先基于半解析方法分析了频率偏移量对接收机性能的影响,然后基于最大似然估计器提出了频率偏移量的估计算法。最后,对于粗略频率捕获,方案利用单个同步序列的已知符号作为数据辅助捕获,一旦捕获结束,电路切换到判决导向跟踪模式来执行精细的频率跟踪,从而实现可靠的数据解调;对捕获算法在锁定频率范围的扩大和正确锁定性能方面进行了评价,同时在稳态频率误差的偏差和方差方面对跟踪性能进行了评价。最后给出了频率控制回路设计的基本原则和在捕获以及跟踪模式下回路参数的选择准则,并通过仿真验证了所提出的频率恢复系统的性能。