一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法，在水位监测系统中同一河道有多个水位监测点，每个监测点到基站的距离不同，基站对监测点的信道条件进行估计后再配对分组，将多址接入信道的频域划分成多个正交子信道，每个子信道上至少两个监测点共享，它们之间采用非正交传输。基站按照一定的功率分配算法给每个子信道上的监测点分配功率，各监测点接收机通过串行干扰消除技术完成消息解码。本发明专利技术实施提供的方案既不影响水位系统监测质量，同时创造性地解决洪涝时频谱资源不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法
本专利技术涉及洪涝灾害应急通信
，特别是一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法。
技术介绍
由于无线通信的快速发展，频谱资源的短缺始终是数据速率和服务质量提高的瓶颈，寻找一种既能满足用户体验需求又能提高频谱效率的移动技术成为当务之急，在这种背景下，非正交多址接入技术应运而生。传统的无线通信系统模型采用的多址接入技术包括时分多址、码分多址、频分多址等，这些技术按时间轴、码字轴、频率轴将信号空间的维分割成正交用户。非正交多址接入技术打破了正交多址技术的禁锢，利用用户间的信道差异来实现同频、同时传输数据。非正交多址接入在发送端通过一定的功率分配算法给用户分配不同功率，采用叠加编码技术主动引入干扰信息。采用叠加码进行数据传输时，在接收端采用串行干扰消除技术依次解调多个用户叠加的信号，并依次消除已解调信号对后续用户的干扰，因此不同信道条件的用户解码的顺序也不一样。与正交多址接入技术相比，虽然非正交多址接入系统中的接收机复杂度有待提升但获得了更高的频谱效率和系统容量。在发生洪涝灾害时现有技术中存在频谱资源短缺的问题，发生洪涝灾害时，大量用户突发接入基站占用大量频谱资源，严重影响重点河道监测站点的防汛报警及监控数据传输等操作。现有的数据方式采用正交多址接入技术，每个子信道只有一个用户占用，忽略了频谱资源的充分利用，无法保证大量用户突发接入时，在有限频谱资源下每个监测站点都能正常工作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法，极大的提高了频谱利用率。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法，包括以下步骤：步骤一、在每个河道上配有多个监测点，多个监测点间隔分布，且监测点距基站的距离都不同；基站接收河道上不同监测点采集的水位监测数据，再发送至后端数据处理中心；步骤二、后端数据处理中心对水位监测数据进行分析，若水位超过设定的预警水位阈值，后端数据处理中心发出操控信号到基站；步骤三、基站接收到后端数据处理中心发出的操控信号后，采用非正交多址接入技术将操控信号发送至各监测点；采用非正交多址接入技术将操控信号发送至各监测点的具体方法如下：基站根据各监测点到基站的距离进行监测点分组配对，每个分组至少有两个监测点且同一分组里的监测点到基站的距离不同，按照监测点到基站的距离由远到近所分配的功率由大到小的原则，基站将发送给不同监测点的操控信号调制成一个叠加编码信号，发送至各监测点；步骤四、各监测点通过串行干扰消除技术解调叠加编码信号。作为本专利技术所述的一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法进一步优化方案，所述操控信号包括用于控制报警鸣笛的操控信号、用于控制监测点中的摄像头多角度旋转的操控信号、用于设置监测点中的摄像头拍摄时长的操控信号和用于设置监测点中的摄像头拍摄范围的操控信号。作为本专利技术所述的一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法进一步优化方案，步骤三中叠加编码信号x为：其中，P(i)是第i个监测点分得的功率，m是监测点的个数；x(i)是基站发送给第i个监测点的叠加编码信号。作为本专利技术所述的一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法进一步优化方案，步骤四中第i个监测点接收到的信号为:yi＝hix+ni(2)其中，hi是第i个监测点与基站之间的信道系数，ni为监测点接收到的高斯噪声与干扰之和。作为本专利技术所述的一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法进一步优化方案，监测点的个数大于2。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术所提出的基于非正交多址接入技术的洪涝灾害数据传输方法，能够提高频谱利用率；(2)利用监测点到基站的距离远近不一，将信道条件差异明显的监测点分组配对共享一个子信道；与传统正交多址传输方式相比，极大的提高了频谱利用率。附图说明图1是基于非正交多址接入技术的洪涝监测数据传输流程图；图2是基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输示意图；图3是正交多址接入与非正交多址接入的方案比较图；其中，(a)是正交多址接入技术传输方案；(b)是非正交多址接入技术传输方案；图4是两个监测点的SIC解码过程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术按照图1所示流程来进行洪涝监测数据传输，具体步骤如下所示：步骤一：城市每个河道都配有多个监测点，多个监测点间隔分布,且到到基站的距离都不同。每次暴雨后，各监测点的摄像头采集水位监测数据，基站再传给后台数据处理中心。步骤二：后台数据处理中心接收到基站发送的水位监测数据，工作人员参照设定的预警水位阈值判断出该河道是否会发生洪涝灾害，若水位接近预警水位阈值，后台数据处理中心要发出摄像头多角度拍摄、摄像头拍摄范围扩大等操控信号到基站，若水位超过预警水位阈值，后台数据处理中心将发送警报操控信号到基站。步骤三：基站接收到后台数据处理中心发出的操控信号后，基站通过对河道不同监测点距离进行预估，依照信道条件差异将监测点分组配对，保证同一分组里的监测点到基站的距离不同。如图2所示，假设同一河道的两个监测点1与监测点2相距一定距离，监测点1距离基站较近信道条件好，监测点2距离基站远信道条件较差，将这两个监测点分为一组。采用图3中的(a)方法无法使频谱资源得到充分利用，为保证各监测点在有限频谱资源下可以正常工作，现采用图3中的(b)所示方法，给距离相对较远的监测点2分配较多的功率，距离基站较近的监测点1反而分配较少的功率。设基站发送的叠加编码信号为：其中，P(i)是第i个监测点分得的功率；基站发射总功率其中m是监测点的个数；x(i)是基站发送给第i个监测点的叠加编码信号。步骤四：第i个监测点接收到的信号为:yi＝hix+ni(2)其中hi是第i个监测点与基站之间的信道系数，ni为监测点接收机接收到的高斯噪声与干扰之和,其功率谱密度为N0,i。在非正交多址的下行链路中，串行干扰消除在接收端由监测点接收机完成，当其他监测点解码后，便可以消除对本监测点的干扰，本监测点就可以正确解码。此处，如图4所示由于分配给监测点2的信号功率大于分配给监测点1的信号功率，根据公式(2)监测点2接收机接收的信号为因为弱信号x(1)对于监测点2来说相当于噪声，因此可以先解码出强信号x(2)，再通过接收到的信号y1减去x(2)得到无干扰的x(1)，因此监测点1解码x(1)时就已经去除了x(2)的干扰，监测点1就可以正确解码，完成水位监测的数据传输。以下是对上述步骤的概述：步骤一：第1步：各监测点采集水位监测数据，执行第2步。第2步：各监测点将水位监测数据发送至基站。步骤二：第3步:基站接收水位监测数据后再发送至后台数据处理中心，执行第4步。第4步:后台数据处理中心分析不同监测点的水位监测数据，发送操控信号到基站。步骤三：第5步：基站接收操控信号后，将监测点分组配对，按照公式(1)进行功率分配，执第6步。第6步：基站给各监测点发送叠加编码信号。步骤四：第7步：根据公式(2)求出监测点2接收的叠加编码信号，执行第8步。第8步：串行解码出发给监测点2的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在每个河道上配有多个监测点，多个监测点间隔分布，且监测点距基站的距离都不同；基站接收河道上不同监测点采集的水位监测数据，再发送至后端数据处理中心；步骤二、后端数据处理中心对水位监测数据进行分析，若水位超过设定的预警水位阈值，后端数据处理中心发出操控信号到基站；步骤三、基站接收到后端数据处理中心发出的操控信号后，采用非正交多址接入技术将操控信号发送至各监测点；采用非正交多址接入技术将操控信号发送至各监测点的具体方法如下：基站根据各监测点到基站的距离进行监测点分组配对，每个分组至少有两个监测点且同一分组里的监测点到基站的距离不同，按照监测点到基站的距离由远到近所分配的功率由大到小的原则，基站将发送给不同监测点的操控信号调制成一个叠加编码信号，发送至各监测点；步骤四、各监测点通过串行干扰消除技术解调叠加编码信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于非正交多址接入的洪涝监测数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在每个河道上配有多个监测点，多个监测点间隔分布，且监测点距基站的距离都不同；基站接收河道上不同监测点采集的水位监测数据，再发送至后端数据处理中心；步骤二、后端数据处理中心对水位监测数据进行分析，若水位超过设定的预警水位阈值，后端数据处理中心发出操控信号到基站；步骤三、基站接收到后端数据处理中心发出的操控信号后，采用非正交多址接入技术将操控信号发送至各监测点；采用非正交多址接入技术将操控信号发送至各监测点的具体方法如下：基站根据各监测点到基站的距离进行监测点分组配对，每个分组至少有两个监测点且同一分组里的监测点到基站的距离不同，按照监测点到基站的距离由远到近所分配的功率由大到小的原则，基站将发送给不同监测点的操控信号调制成一个叠加编码信号，发送至各监测点；步骤四、各监测点通过串行干扰消除技术解调叠加编码信号。2.根据权利要求1所述的一种基于非正交多址接...

【专利技术属性】
技术研发人员：程崇虎，胡洁，夏巍，陆怡琪，杨洁，熊健，桂冠，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32