[发明专利]一种面向预测控制的短包无线传输方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种面向预测控制的短包无线传输方法。本发明提出了一种基于能量的数据传输方法，通过求解已发数据包中每个时刻的功率大小，选出一个功率最小的时刻来发送新的数据包；同时，在对各个时刻进行筛选时，必须要满足该时刻的错误概率小于等于中断概率。本发明的有益效果在于，牺牲了系统的较小功率，来使得中断的次数更少，大大提高了系统传输数据的稳定性。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种面向预测控制的短包无线传输方法。

背景技术

在预测控制系统中，数据包包含了当前时刻和预测的未来时刻的数据。当执行器接收到数据包时，执行当前时刻的命令，同时存储未来时刻的命令。如果在传输过程中，出现数据包不能及时到达或者数据包丢失的情况，就执行之前存储的命令。如果传输成功，就更新旧的数据，并将新的数据进行缓存。因此这种预测控制系统能够保证较低的中断概率和延迟，并且还能提升系统的稳定性。

同时在未来的无线通信系统中，相当数量的“事物”，例如传感器和执行器，预计将被连接在一起。在“第五代”(5G)蜂窝网络中，为了使分组预测控制能够更好地实现实时控制，提出了超可靠和低延迟通信(URLLC)。这种通信可以以实时方式与物理世界进行交互，它的目标是使端到端等待时间低至1ms，可靠性高于99.999％。在这种通信方式中，传统的长包传输不再适用，因此有关长包的所有公式都不能使用。需要针对短包进行重点的研究。

在传统的数据包传输过程中，每个时刻都要对数据进行传输，如果数据发送失败会造成系统的中断，这极大地影响了系统的性能。因此结合预测控制系统可以降低发送失败的概率，极大提高系统的稳定性。不仅如此，由于每个时刻都要进行数据的传输，这会产生极大的能量损耗，因此需要在传输上进行改进。使得一方面提高系统的可靠性，一方面还能降低系统传输数据所消耗的能量。

发明内容

本发明的目的是解决在预测控制系统中短包的数据传输，当一个数据包发送成功以后，下一个数据包在什么时刻进行传输，并且需要以什么样的方式来进行传输。针对上述问题，本发明提出了一种基于能量的数据传输方法。通过求解已发数据包中每个时刻的功率大小，选出一个功率最小的时刻来发送新的数据包。同时，在对各个时刻进行筛选时，必须要满足该时刻的错误概率小于等于中断概率。

本发明的技术方案如下：

一种面向预测控制的短包无线传输方法，定义数据包包含r个时刻的数据，u₁表示当前时刻对应的控制指令，u₂到u_r为预测的未来时刻的控制指令，为该数据包的总长度，H为数据包头部，L为控制指令位长度；并设定：可以预测的未来时刻比数据包中包含的未来时刻多，即在已经传输的数据包中，可以预测到每个时刻对应的数据的比特数；其特征在于，所述短包无线传输方法包括以下步骤：

S1、获取每个时刻的丢包概率，设p_e为丢包概率，p_s为控制中断概率，设定通信系统需满足：

其中，K为控制指令个数；

丢包概率需满足：

其中，Q(·)为高斯Q函数，R是单位带宽的短分组通信容量：

表示短分组容量中的高阶项，C是单位带宽的香农容量：

C＝log₂(1+γ)

γ是信噪比：

其中，P₀代表发送功率，B代表系统带宽，N₀是加性高斯白噪声(AWGN)的功率谱密度，G是无线信道增益并设定G是已知的；且