张 震，张佑春

(安徽工商职业学院 应用工程学院，安徽 合肥 231131)

随着网络信息传输技术的发展，采用无线多跳网络实现大数据信息传输，能降低数据传输过程中的干扰作用，提高网络通信的保真性，无线多跳网络由于信道配置和节点组网的自组织性，导致无线多跳网络在信道分配过程中容易产生多径干扰，需要对无线多跳网络进行信道分配的均衡配置，建立无线多跳网络的心信道均衡配置模型，采用自适应的链路转发控制方法进行无线多跳网络的信道均衡设计，提高无线多跳网络的均衡性，相关的无线多跳网络的信道分配方法研究在优化网络通信质量方面具有重要意义[1]。

对无线多跳网络信道分配方法主要是建立在对网络的信道优化配置和均衡设计基础上，建立无线多跳网络信道传输模型，采用无线自组网方法进行无线多跳网络信道的自适应调度[2]，传统方法中，无线多跳网络信道分配方法主要有基于频域均衡方法、时域均衡分配方法以及基于机器学习的无线多跳网络信道均衡分配方法等[3，4]，上述方法采用自适应调制解调方法进行无线多跳网络信道输出的均衡调度，构建无线多跳网络的输出信道传输链路集，采用干扰抑制方法进行滤波处理，提高无线多跳网络信道分配的抗干扰性，但上述方法在进行无线多跳网络信道分配过程中存在自学习性不好和输出误码率较高的问题。针对上述问题，本文提出基于判决反馈均衡的无线多跳网络信道分配优化算法，首先构建无线多跳网络信道模型，根据信道多径扩展覆盖的码元数进行网络信道分配过程中的前馈滤波调制，利用直接序列扩频方法进行无线多跳网络信道的线性均衡配置，然后采用自适应的梯度学习算法实现信道分配均衡设计，基于判决反馈均衡技术实现无线多跳网络信道分配优化。最后进行仿真实验分析，展示了本文方法在提高无线多跳网络信道分配优化能力方面的优越性能。

1 信道模型及干扰抑制

1.1 无线多跳网络信道模型

为了实现无线多跳网络信道分配优化，首先构建无线多跳网络信道，在无线多跳网络通信中，采用信道均衡调度方法，进行传输链路的优化分配，假设无线多跳网络的传输节点由N=2P个抽头节点组成，在无线多跳网络的传输信道中，抽头间隔为MT/N，其中M和N为整数，且M

(1)

其中，si(t)为无线多跳网络传输节点的多径分量，xm(t)为无线多跳网络基础阵元m接收到的频谱特征量，给出无线多跳网络的冲激响应模型为：

(2)

上式中，θit表示无线多跳网络通信传输信道中超出奈奎斯特频率以外的多径成分，时间采样的长度为T，则以波特率进行采样的冲激响应特征量和多径特征分量可以表示为：

(3)

(4)

构建无线多跳网络的流量动态迁移模型[6]，在多径扩展信道中，信道的动态负载均衡模型表达为：

(5)

其中，an(t)是第n条路径上无线多跳网络的扩展损失，τn(t)为第n条通信信道的传输时延，无线多跳网络传输学习函数为：

(6)

在多径信道中采用频谱响应特征分离方法，构建无线多跳网络的抽头间隔均衡模型，采用链路随机分配方法进行无线多跳网络频率响应特征分析，无线多跳网络通信的信道均衡配置示意图如图1所示。

图1 无线多跳网络通信的信道均衡配置示意图

根据上述分析，构建无线多跳网络通信的信道模型，根据信道的多径分配特征集进行信道自适应配置，提高信道分配的均衡性[7]。

1.2 前馈滤波调制及干扰抑制

为了提高信道分配过程中的抗干扰能力，根据信道多径扩展覆盖的码元数进行网络信道分配过程中的前馈滤波调制，提取无线多跳网络在信道就均衡配置下的多径特征量，结合判决反馈均衡控制方法实现网络传输过程中的干扰滤波[8，9]，在强干扰下，无线多跳网络的无线通信链路模型表示为：

xt=Astri+ntθi

(7)

上式中，ri，θi分别为无线多跳网络在散射簇在可视区域的切谱宽度和相位特征，分析传播距离引起的相位变化量，得到空间波谱密度RMDMMA(k)满足：

(8)

在远场区和近场区，建立无线多跳网络的散射路径估计模型[10，11]，得到无线多跳网络的散射路径的传递误比特率估计误差en，信号和噪声能量关联因子为μn之，计算前馈滤波互相关函数表示：

(9)

其中，ck为前馈滤波调制系数，N为信号衰减因子，P表示无线多跳网络的码间干扰强度，T'=MT/N。在信号归一化处理下，得到网络传输的码元速率为Ra，码元宽度为Ta，Ta=1/Ra，对输入声源信号进行白化处理，得到网络的前馈滤波调制及干扰抑制方程描述为：

(10)

(11)

2 信道分配优化算法

2.1 信道均衡

在上述构建无线多跳网络信道模型，并采用判决反馈均衡器进行无线多跳网络信道分配过程中的干扰抑制和多径补偿的基础上，进行无线多跳网络信道均衡分配设计，本文提出基于判决反馈均衡的无线多跳网络信道分配优化算法，在信道扩频过程中，得到无线多跳网络的共轭特征解为：

(12)

式中：

(13)

采用多频载波加载方法，构建无线多跳网络的信道均衡调度模型，采用奇异值分解方法得到无线多跳网络的信道判决反馈均衡控制误差函数为：

(14)

(15)

化简得：JMMDMMA=JMMDMMA_R+JMMDMMA_I

(16)

提取无线多跳网络流量的关联特征量，对网络输出端产生的随机序列c'(t)与输入的免混频信号c(t)同步混频处理，有c(t)=c'(t)，采用信号调制方法进行信道均衡，时域的传输时延为：

e(k)=z(k)[z(k)2-R]

(17)

对无线多跳网络信道输出的频域值进行迭代求解，在迭代步长固定下，采用判决反馈均衡器实现信道均衡设计，如图2所示。

图2 判决反馈均衡器

2.2 无线多跳网络信道分配输出

利用直接序列扩频方法进行无线多跳网络信道的线性均衡配置，采用自适应的梯度学习算法实现信道分配均衡设计[13]，无线多跳网络信道的线性均衡迭代函数为：

fF(k+1)=fF(k)-μ·fF(k)JMMDMMA

=fF(k)-μ·fF(k)(JMMDMMA_R+JMMDMMA_I)

=fF(k)-μF[ρ(k)eMDMMA(k)+(1-ρ(k))e(k)]y*(k)

=fF(k)-μF[ρ(k)(eMDMMA_R(k)+jeMDMMA_I(k))+

(1-ρ(k))(eR(k)+jeI(k))]y*(k)

(18)

根据直接序列扩频原理，得到无线多跳网络的直接序列扩频载频分量为：

y(k)=a(k)h(k)+n(k)

(19)

其中，n(k)为频域值分量，h(k)为第i条传输信道上的估计时延，a(k)为对频域滤波调制分量，采用频域并行结构方法进行时延扩展，得到扩展函数表达为：

JMDMMA=ρ·E[(z(k)2-RMDMMA(k))2]

(20)

结合离散傅里叶变换，得到无线多跳网络信道分配的优化输出为：

f(k+1)=f(k)-μ·ρ·eMDMMA(k)y*(k)

(21)

上式中：

eMDMMA(k)=z(k)[z(k)2-RMDMMA(k)]

(22)

迭代误差为：

pri(t)=p(t)*hi(t)+npi(t)

(23)

式中，hi(t)为p(t)中的信道冲激响应函数，综上分析，实现无线多跳网络信道均衡分配优化。

3 仿真实验与结果分析

为了测试本文算法在实现无线多跳网络信道分配优化中的应用性能，进行试验分析。

3.1 实验环境与参数设置

实验在处理器为Intel Core-M480I5CPU@2.67GHz，内存为4GB，操作系统为32位，版本为Windows7系统的硬件条件下进行。实验时间统一设置为60min，以某科技公司为实验数据采集点，选取该公司60台通用型计算机，运用所提方法对上述设备进行测试。为保障实验结果的可靠性与有效性，设置无线多跳网络的最大覆盖半径Rmax为200m，传输时延为0.15s，多径干扰的信噪比为-12dB，脉冲宽度1ms，载波频率1200KHz，信号符号速率为1200Mbps。由于实验过程中会受到各种因素的影响，从而使实验数据产生误差，为避免误差给实验结果带来的影响，会进行反复测定，求取平均值，以此来降低误差带来的影响。

3.2 实验结果分析

根据上述参数设定，进行无线多跳网络的信道分配优化设计，得到网络传输的发送码元序列时域波形如图3所示。

图3 无线多跳网络传输发送码元序列的时域波形

以上述发送码元序列为测试样本，采用判决反馈均衡器进行无线多跳网络信道分配过程中的干扰抑制和多径补偿，根据信道多径扩展覆盖的码元数进行网络信道分配过程中的前馈滤波调制，实现信道均衡分配，得到优化分配输出如图4所示。

图4 信道分配优化输出

分析图4得知，采用本文方法能有效实现对无线多跳网络的信道分配优化。以通信误比特率(Bit Error Rate，BER)为测试参量集，测试本文方法和传统方法进行无线多跳网络信道分配的输出误比特率，得到对比结果如图5所示，分析图5得知，本文方法进行无线多跳网络信道分配，输出误比特率较低，提高了通信质量。

图5 输出误比特率对比

4 结语

无线多跳网络由于信道配置和节点组网的自组织性，导致无线多跳网络在信道分配过程中容易产生多径干扰，需要对无线多跳网络进行信道分配的均衡配置，本文提出基于判决反馈均衡的无线多跳网络信道分配优化算法。构建无线多跳网络信道模型，采用判决反馈均衡器进行无线

多跳网络信道分配过程中的干扰抑制和多径补偿，根据信道多径扩展覆盖的码元数进行网络信道分配过程中的前馈滤波调制，利用直接序列扩频方法进行无线多跳网络信道的线性均衡配置，采用自适应的梯度学习算法实现信道分配均衡设计，基于判决反馈均衡技术实现无线多跳网络信道分配优化。分析实验结果可知，与传统方法相比，本文方法的输出误比特率较低，说明本文方法在进行无线多跳网络信道分配时能够有效降低多径干扰带来的影响，有效提高通信输出性能。未来研究将以信道分配速率为重点，进一步对所提方法进行完善。