应急指挥物联网系统架构与关键技术

应急指挥物联网是智慧城市建设的重要内容,是惠及面广、所需支撑技术丰富、产业带动全、服务示范性效应大的物联网应用领域之一。以灾害现场救援态势图的构建为出发点,围绕突发事件现场应急救援指挥问题,借鉴战场联合搜救网络、战术互联网体系结构,提出包含身体局域网、现场指挥网与远程接入网的应急指挥物联网系统架构,论述了应急指挥物联网建设面临的复杂环境单兵跟踪定位、穿戴式生命体征监测、移动自组织网络以及短波天波远程通信4个关键问题,并以城市消防和山区自然灾害救援两种场景为例,分析设计了应急指挥物联网系统集成应用方案,对构建新一代应急指挥信息系统、推进智慧城市建设提供有益探索。

面向用户最大覆盖的多空中基站布局方法

以无人机为平台的空中基站(unmanned aerial vehicle base station,UAV-BS)部署灵活、通视较好,在应急通信场景中具有独特优势,但是UAV-BS位置对通信组网效能具有重要影响,如何优化UAV-BS部署位置,特别是多UAV-BS位置布局是一个关键问题。本文考虑对地面终端用户最大化的覆盖且尽可能降低基站发射功率,提出多UAV-BS定位模型。首先,基于通信区域视线(line-of-sight,LoS)和非视线(non-line-of-sight,NLoS)传输统计特性计算最大覆盖半径及相应UAV-BS定位的高度。在此基础上,将基站水平定位布局视为多圆覆盖问题,构建覆盖用户数最多的非线性约束优化模型,并在保持用户覆盖最大化的前提下,进一步优化各UAV-BS发射功率。然后,基于最小覆盖圆问题和遗传算法对定位模型进行求解,计算具有低阶多项式的时间复杂度。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性,结果表明所提方法能够实现UAV-BS组网3D布局,并能最大化用户覆盖和降低基站功率。

非正交-码索引调制方法

针对码索引调制(Code Index Modulation, CIM)相对于直接序列扩频在提升频谱利用率时,造成误比特率性能明显下降的问题,该文提出非正交-码索引调制(Non-orthogonal-Code Index Modulation, N-CIM)。发射端信息比特分割为伪随机(Pseudo Noise, PN)码映射块和调制信息块,并分别映射为PN码的索引和调制符号,调制符号的实部与虚部再选择相同的激活的PN码进行扩频。仿真与分析结果表明,在相同频谱效率时,N-CIM的误比特率性能比CIM在加性高斯白噪声信道中当误比特率为10–5时具备约2～3 dB的优势,在瑞利衰落信道中当误比特率为10–2时具备约2 dB的优势。

直接序列扩频广义码索引调制

针对码索引调制(code index modulation,CIM)在通过增加映射比特数目的方式提升信息传输速率时,需要耗费大量的伪随机(pseudo noise,PN)码资源的问题,提出了广义码索引调制(generalized code index modulation,GCIM)。发射端的信息比特分割为映射比特和调制比特,并分别映射为PN码组的索引和调制符号。调制符号的同相部分和正交部分再分别选择激活的PN码组进行扩频。通过增加每个传输时隙PN码的激活个数,可提高映射比特数目,提升系统的频谱效率和能量效率。仿真结果表明,在相同频谱效率时,该方案相对于CIM会造成高斯信道中约2 d B和瑞利衰落信道中约1 d B的误比特率性能的不足,但是GCIM耗费更少的PN码资源。

二维空码索引调制算法

针对正交空间调制(QSM)提升传输速率时天线的使用数量增加,需要耗费大量资源且实现困难的问题,提出二维空码正交索引调制(SCOIM)。发射端信息比特分别映射为伪随机(PN)码的索引、天线的索引以及调制符号,调制符号的同相部分和正交部分再分别选择激活的PN码进行扩频,并各自通过激活的天线将信号发射出去。分析和仿真结果表明,相同传输速率时,SCOIM比正交空间调制节约至少一半的索引资源且随着传输速率的提升节约效果成倍增加,并且当误码率为10^(-4)时具备约5 d B的性能优势。

面向远海岛礁环境监测的天波超视距传输技术

针对远海岛礁远离本土能源供给严重受限及环境监测缺乏低成本、高可靠的远程传输手段问题,依托陆地广泛分布的移动通信基站,提出一种基于广域协作接收的天波超视距接入网络传输框架,从物理层、网络层、感知层3个方面分别解决远海岛礁环境监测天波超视距传输面临的信道衰落、链路非对称与频谱拥挤问题。典型天波信道环境下链路传输波形与多通道融合算法的仿真结果表明,只需要通过3个接入节点的协作接收,即可保障3 000 km范围内远海岛礁低功率电台的可靠接入,对国家远洋船舶监测、边防交通隘口监测等也有一定的参考价值。