面向山地密林应急救援应用的Pruned-DFT-s-FBMC波形设计方法技术

本发明专利技术公开了一种面向山地密林应急救援应用的Pruned

【技术实现步骤摘要】
面向山地密林应急救援应用的Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC波形设计方法


[0001]本专利技术涉及应急救援的移动通信
，尤其是涉及一种面向山地密林应急救援应用的Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC波形设计方法。

技术介绍

[0002]近年来地震、森林火灾、泥石流等重大自然灾害频发，而自然灾害的发生通常会使事发地丧失应急通信能力，造成应急通信的中断，对人民群众的生命和财产安全带来严重威胁。如2019年的四川凉山木里县雷击火导致的森林火灾，着火点在海拔3800米左右，地形十分复杂、坡陡谷深，火场山高林密，救火队员在转场途中，受瞬间风力风向突变影响，突遇山火爆燃，致使通信中断，几十名救火队员失去联系，造成了本不必要的巨大伤亡。目前，山地密林环境下多径严重、信号覆盖差、宽带信道模型缺失和应急救援终端功率受限等问题，严重影响了应急救援的通信。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种面向山地密林应急救援应用的Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC波形设计方法，解决了山地密林多径严重、带宽窄、穿透性低、通信距离短的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向山地密林应急救援应用的Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC波形设计方法，步骤如下：r/>[0005]S1、设计20阶的Hermite滤波器函数，其数学表达式如下所示：
[0006][0007]式中，F为子载波间隔，系数a
i
分别为：
[0008]a0＝1.412692577,a4＝
‑
3.0145
×
10
‑3,a8＝
‑
8.8041
×
10
‑6,
[0009]a
12
＝
‑
2.2611
×
10
‑9,a
16
＝
‑
4.4570
×
10
‑
15
,a
20
＝1.8633
×
10
‑
16
.
[0010]H
i
{}表示Hermite多项式，源于Hermite方程，其n阶解的表达式为：
[0011][0012]S2、在数学仿真软件MATLAB中，设定系统一帧内包含K个FBMC符号，一个符号包含L个子载波个数，正交幅度调制(QAM)信号阶数为M，生成个M阶的QAM符号，分别提取这些QAM符号的实部和虚部，得到K
×
L个由QAM符号实部和虚部数据提取的实数符号，在此基础上，生成裁剪DFT扩展编码算法的输入数据符号；
[0013]S3、在步骤S2中得到裁剪DFT扩展编码算法的输入数据后，计算发射端的发射信号
s(t)：
[0014]S4、在步骤S3得到发射端的发射信号后，计算信号的峰均比(PAPR)，并在MATLAB中绘制信号的互补累计分布函数(CCDF)与信号峰均比之间的关系曲线图，得到信号的峰均比出现概率不超过千分之一处的门限值为papr(dB)；
[0015]S5、引入山地密林的信道模型，根据信道模型提供的参数计算得到相应的信道矩阵H；
[0016]S6、将发射信号引入山地密林的信道模型中，并添加功率为P
n
的噪声n，计算接收端的接收信号：y
k
＝Q
H
Hs+n；
[0017]S7、计算单抽头信道矩阵：
[0018]S8、计算MMSE均衡器的均衡向量：
[0019]S9、对接收信号做均衡处理：S9、对接收信号做均衡处理：表示均衡后的输出信号；
[0020]S10、根据步骤S9中得到的输出信号，统计出系统在山地密林信道下的误码情况，在MATLAB中绘制误码率与信噪比的关系曲线；
[0021]S11、设定相关参数，计算Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC系统在山地密林环境下的传输距离。
[0022]优选的，步骤S2中，生成裁剪DFT扩展编码算法的输入数据符号过程如下：
[0023](1)生成DFT的扩展矩阵W；
[0024](2)根据步骤(1)中生成的20阶Hermite滤波器，计算出FBMC系统每个符号对应的的综合滤波器组矩阵G
k
和分析滤波器组矩阵Q
k
，表达式如下：
[0025][0026](3)计算辅助向量
[0027](4)在设定的辅助向量a中，找出较大的一部分元素并获取对应位置处的索引；
[0028](5)计算缩放向量：
[0029](6)计算裁剪的DFT扩展编码矩阵：
[0030](7)将输入的数据向量裁剪保留一半，得到
[0031](8)计算系统的频率扩展矩阵：
[0032](9)计算Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC系统最后输入的数据符号：
[0033]优选的，步骤S11中，Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC系统在山地密林环境下的传输距离计算过程如下：
[0034]A、在步骤S1的基础上，计算出信号的带宽B和通信速率R；
[0035]B、计算接收的灵敏度；
[0036]C、设定工程上常用的参数，收发端天线增益G
t
，密林环境为了增强信号的波长设定载波频率为f
c
，发射机1dB压缩点功率为P
‑1(dBm)，减去步骤S4中的峰均比门限值papr(dB)得到发射端的实际发射功率P(dBm)；
[0037]D、计算最大路径损耗PL(dB)，PL(dB)为步骤C中得到的发射端实际发射功率减去接收机灵敏度的值；
[0038]E、将步骤D中得到的最大路径损耗带入到对应的密林信道模型下，计算出Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC在山地密林的环境中能达到的传输距离。
[0039]因此，本专利技术采用上述一种面向山地密林应急救援应用的Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC波形设计方法，提供了一种面向山地密林的高可靠高功放效率多载波信号增强技术。
[0040]基于偏移正交幅度调制的滤波器组多载波(FBMC
‑
OQAM)是面向未来移动通信的一种波形调制技术，具有时频聚焦性高、带外辐射低、抗多径衰落能力强、配置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向山地密林应急救援应用的Pruned
‑
DFT
‑
s
‑
FBMC波形设计方法，其特征在于，步骤如下：S1、设计20阶的Hermite滤波器函数，其数学表达式如下所示：式中，F为子载波间隔，系数a
i
分别为：a0＝1.412692577,a4＝
‑
3.0145
×
10
‑3,a8＝
‑
8.8041
×
10
‑6,a
12
＝
‑
2.2611
×
10
‑9,a
16
＝
‑
4.4570
×
10
‑
15
,a
20
＝1.8633
×
10
‑
16
.H
i
{}表示Hermite多项式，源于Hermite方程，其n阶解的表达式为：S2、在数学仿真软件MATLAB中，设定系统一帧内包含K个FBMC符号，一个符号包含L个子载波个数，正交幅度调制(QAM)信号阶数为M，生成个M阶的QAM符号，分别提取这些QAM符号的实部和虚部，得到K
×
L个由QAM符号实部和虚部数据提取的实数符号，在此基础上，生成裁剪DFT扩展编码算法的输入数据符号；S3、在步骤S2中得到裁剪DFT扩展编码算法的输入数据后，计算发射端的发射信号s(t)：S4、在步骤S3得到发射端的发射信号后，计算信号的峰均比(PAPR)，并在MATLAB中绘制信号的互补累计分布函数(CCDF)与信号峰均比之间的关系曲线图，得到信号的峰均比出现概率不超过千分之一处的门限值为papr(dB)；S5、引入山地密林的信道模型，根据信道模型提供的参数计算得到相应的信道矩阵H；S6、将发射信号引入山地密林的信道模型中，并添加功率为P
n
的噪声n，计算接收端的接收信号：y
k
＝Q
H
Hs+n；S7、计算单抽头信道矩阵：S8、计算MMSE均衡器的均衡向量：S9、对接收信号做均衡处理：S9、对接收信号做均衡处理：表示均衡后的输出信号；S10、根据步骤S9中得到的输出信号，统计出系统在山...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，丁传飞，卜祥元，杨凯，李焕新，宋金鹏，李睿德，安建平，刘珩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：