无线紫外光协作车辆编队中继通信研究

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无线紫外光(Ultraviolet,UV)通信技术具有低窃听率、高保密性和抗干扰能力强等特点,适用于车辆编队在复杂战场环境中执行隐秘通信任务。中继通信技术协助源节点转发信息,不仅可以提高通信系统的传输容量和传输可靠性,还可以降低通信网络的通信中断概率,并延长有效通信距离。将中继技术应用到无线紫外光通信中,既增强编队间通信链路的抗毁性,又通过中继通信的多跳传输特点,满足了无线紫外光长距离通信的需求。本文以紫外光非直视单次散射通信链路模型为基础,对无线紫外光中继通信中串行中继模型的最优跳数和并行中继模型的最佳中继进行了研究。具体的研究内容如下:(1)分析了车辆编队在串行模型下的等距离分布(Equidistant Distribution,ED)和随机分布(Random Distribution,RD)两种行驶模型的紫外光最优多跳中继。根据紫外光通信信道容量和路径损耗模型,得到车载紫外光通信在ED和RD模型下,紫外光收发仰角与最优跳数关系的近似表达式,仿真分析了两种模型下收发角度对最优跳数的影响。仿真结果表明,不同收发角度都对应特定最优跳数,小发射仰角和大接收仰角的中继几何结构,能够使多跳中继通信系统获得较高的传输能力。紫外光长距离通信时,系统性能并不随着协作中继数的增加而提高。在ED模型下,当发射功率小于25mW时,与最优能量计算方法相比,最大频谱效率计算方法的信息传输能力高出约7%,同时也可以达到节约功率的需求。(2)针对作战车辆编队并行中继模型下的最佳中继通信链路选择问题,利用门限决策和信道状态信息,研究了无线紫外光单源多中继的最佳中继选择算法,仿真分析了信噪比、中继节点数、中继位置和中继几何结构对通信性能的影响。仿真结果表明,选取适当的信噪比门限可选择最佳中继节点建立稳定可靠的紫外光非直视中继通信链路。在不同中继几何结构下,系统获得最佳通信性能的中继节点位于靠近源节点的位置。最后对最佳中继位置进行了实验,实验结果验证了仿真结论的正确性。
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