混合OFDM调制在强化纯电动汽车通信信号中的应用

荆旭龙

(无锡南洋职业技术学院汽车工程与管理学院，江苏 无锡 214081)

0 引言

伴随着纯电动汽车的快速发展，纯电动汽车通信信号的优化控制受到人们的极大关注，通过对纯电动汽车通信信号的优化控制和识别，结合信号检测和特征提取技术，进行纯电动汽车通信的强化处理，提高纯电动汽车通信的信号转换和控制指令传输能力[1]。研究纯电动汽车通信信号强化识别方法，在提高纯电动汽车的通信信号传输控制能力方面具有重要意义。纯电动汽车通信信号的强化识别是建立在信道的均衡设计基础上的，建立纯电动汽车通信信道均衡模型，采用信号特征提取和参数自适应识别方法，实现纯电动汽车通信信号的调制解调处理，提高纯电动汽车通信抗干扰能力[2]。提出基于混合OFDM调制的纯电动汽车通信信号强化调制方法。构建纯电动汽车通信信号的传输模型，采用混合OFDM调制方法实现对纯电动汽车通信信号的自适应调制，提高纯电动汽车通信信号传输和自适应波束形成能力，最后，进行仿真实验分析，展示证实了该方法在提高纯电动汽车通信信号的强化控制能力方面的优越性能。

1 纯电动汽车通信信号模型和预处理

1.1 纯电动汽车通信信号分析

为了实现混合OFDM调制在强化纯电动汽车通信信号中的应用，构建纯电动汽车通信信号自动检测识别模型，采用纯电动汽车通信信号分析方法，结合传输信号分析，对纯电动汽车通信信号进行特征提取和自适应匹配，实现纯电动汽车通信信号识别和多尺度分解，构建纯电动汽车通信信号检测模型，进行纯电动汽车通信的信道均衡处理，实现纯电动汽车通信信道识别，根据上述分析，构建纯电动汽车通信的信号传输模型如图1所示。

图1 纯电动汽车通信的信号传输模型

根据图1所示的原理结构图，首先进行纯电动汽车通信信号分析，设原始输入的纯电动汽车通信信号特征序列为x=[x(0)，…，x(N-1)]，其中x(n)为有限长的离散纯电动汽车通信信号，0≤n≤N-1，则纯电动汽车通信信号特征序列x的离散傅里叶变换(DWT)定义如式(1)：

(1)

式中0≤k≤N-1，表示纯电动汽车通信信号的长度，对采集的信号采用时频特征分解方法实现纯电动汽车通信信号从时域向频域转换，提取纯电动汽车通信信号的包络幅值特征量[4]，设信号x(n)经离散正交小波变换后，用X=DFT{x}来表示纯电动汽车通信信号离散序列x的DFT，即

X=[X(0)，…，X(N-1)]。

(2)

(3)

(4)

式中1≤j≤J，表示尺度系数，根据上述纯电动汽车通信的信号模型构建，采用多分辨的特征识别和自适应滤波检测方法，实现纯电动汽车通信信号的传输和自适应控制。

1.2 纯电动汽车通信信道的均衡调制

构建纯电动汽车通信信号传输模型，运用离散调制解调方法进行纯电动汽车通信信道的均衡调制，构建纯电动汽车通信信道均衡控制模型[6]，采用混合OFDM调制方法对纯电动汽车通信信号进行离散分离处理，对Zn(N为帧数)，纯电动汽车通信信号的频谱分布特征量为：

(5)

其中：

(6)

(7)

对纯电动汽车通信信号系统采用混合OFDM调制方法进行信道均衡设计[7]，采用时频特征分解和匹配滤波的方法实现纯电动汽车通信信号的滤波检测，得到纯电动汽车通信信号的短时能量谱特征量En为：

(8)

根据纯电动汽车通信信号通信系统传输信号的包络幅值响应进行特征分离，得到传递系数：

(9)

式中：N表示纯电动汽车通信信号的频谱长度；J为信号采样频率，采用阈值函数进行信号的扩频序列调制，为：

j=1，2，…，J+1，

(10)

(11)

(12)

式中dj(k)表示欧式距离，根据特征提取结果，实现纯电动汽车通信信道的均衡调制。

2 纯电动汽车通信信号的强化调制优化

2.1 纯电动汽车通信信号的特征分离

C(0)←DFT{x}，

(13)

(14)

w(j)←DFT-1{W(j)}，

(15)

c(J)←DFT-1{C(J)}，

(16)

式中：1≤j≤J，表示纯电动汽车通信信号的采样长度；在滤波器组合中，用c(J)、w(j)分别表示纯电动汽车通信的自适应匹配滤波函数，由此得到纯电动汽车通信传输的逆变换式表示如式(17)～(20)：

C(J)←DFT{c(J)}，

(17)

W(j)←DFT{w(j)}，

(18)

C(j-1)←SFB(C(j)，W(j)，N(j))，

(19)

y←DFT-1{C(0)}，

(20)

式中1≤j≤J，采用匹配滤波检测方法进行纯电动汽车通信信号检测[9]，得到传输信道脉冲展宽为：

(21)

阈值函数：

(22)

采用纯电动汽车通信信号的特征优化分离方法，实现信号调制解调，系统结构如图2所示。

图2 纯电动汽车通信信号调制解调系统模型

2.2 纯电动汽车通信信号传输优化

(23)

Rxx=E{X(k)XT(k)}，

(24)

假设纯电动汽车通信信号传输的过程函数为n(t)，在频域上进行电动汽车通信信号传输的均匀配置[10]，得到输出能量密度谱特征满足：

(25)

(26)

当σ2=1时，纯电动汽车通信信号混合OFDM调制的均值和方差为：

(27)

(28)

(29)

式(29)中，x′(t)和s′(t)分别为：

x′(t)=x(t)×hw(t)，

(30)

s′(t)=s(t)×hw(t)。

(31)

根据上述分析，实现了纯电动汽车通信的混合OFDM调制和信号传输控制。

3 仿真实验与结果分析

为了测试本文方法在实现纯电动汽车通信的混合OFDM调制和信号增强中的应用性能，进行仿真实验，实验仿真工具为Matlab 7，纯电动汽车通信信号传输的频谱带宽分布为8～24 kHz，原始纯电动汽车通信信号的载波频率为120 kHz，信号传输的干扰强度为-12 dB，信号的采样样本长度为1 024，快拍数为200，根据上述仿真环境和参数设定，进行纯电动汽车通信信号的强化调制，得到纯电动汽车通信输入信号波形如图3所示。

以图3的纯电动汽车通信信号模型为测试对象，提取纯电动汽车通信信号的包络幅值特征量，采用时频特征分解方法实现纯电动汽车通信信号的特征分离，采用混合OFDM调制方法实现对纯电动汽车通信信号的自适应调制，得到信号的调制输出信号如图4所示。

图3 纯电动汽车通信输入信号波形

图4 纯电动汽车通信信号调制输出

分析图4得知，采用本文方法能有效实现对纯电动汽车通信信号调制处理，在频率为140 Hz和870 Hz两点处有明显的谱峰值，测试不同方法进行纯电动汽车通信信号检测的准确性，得到对比结果如图5所示，分析图5得知，本文方法进行纯电动汽车通信信号强化处理，信号的检测准确率较高，提高了通信信号的强化调制能力。

图5 性能对比

4 结语

对纯电动汽车通信信号的优化控制和识别，结合信号检测和特征提取技术，进行纯电动汽车通信的强化处理，提高纯电动汽车通信信号的转换和控制指令传输能力。提出基于混合OFDM调制的纯电动汽车通信信号强化调制方法。构建纯电动汽车通信信号检测模型，进行纯电动汽车通信的信道均衡处理，采用多分辨的特征识别和自适应滤波检测方法，实现纯电动汽车通信信号传输和自适应控制。采用时频特征分解方法实现纯电动汽车通信信号的特征分离，采用混合OFDM调制方法实现对纯电动汽车通信信号的自适应调制，提高纯电动汽车通信信号传输和自适应波束形成能力，研究得知，该方法进行纯电动汽车通信信号强化处理的检测能力较好，提高了信号的自动传输控制能力。