黃偉強，謝映海（.廣州海格通信集團股份有限公司，50663）

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一種針對超短波電臺接入網(wǎng)的混合信道接入方案

黃偉強1，謝映海1
（1.廣州海格通信集團股份有限公司，510663）

摘要：為超短波電臺接入網(wǎng)提供了一種混合信道接入方案，方案借鑒了民用接入技術(shù)的一些先進理念，并結(jié)合軍用跳頻電臺網(wǎng)絡(luò)的特殊業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，采用了一種靜態(tài)TDMA、動態(tài)TDMA和頻分多址FDMA的混合信道接入策略，實現(xiàn)了多用戶多業(yè)務(wù)傳輸?shù)腝OS保障，滿足了軍用業(yè)務(wù)的特殊傳輸需求。

關(guān)鍵詞：超短波跳頻電臺；無線接入網(wǎng)；混合信道接入

0 前言

由于超短波頻段（30MHz～512MHz）頻段較低，在無線信道傳輸?shù)乃ヂ涮匦暂^好，同時具備更好地應(yīng)對復(fù)雜電磁環(huán)境，因此成為了軍用戰(zhàn)術(shù)通信的一個專用通信頻段。

在該頻段的通信系統(tǒng)中，類似于民用基站系統(tǒng)的無線接入網(wǎng)是一種常見的組網(wǎng)方式，差異性主要體現(xiàn)在民用基站系統(tǒng)是復(fù)雜的廣域多小區(qū)通信系統(tǒng)，不同的小區(qū)基站之間通過光纖進行連接；而軍用的無線接入網(wǎng)一般網(wǎng)絡(luò)節(jié)點規(guī)模較小，如單個車載形態(tài)或升空形態(tài)的移動基站和幾十個地面移動節(jié)點，覆蓋半徑區(qū)域一般要求幾十公里。

1 軍用業(yè)務(wù)的特殊傳輸需求

無線通信網(wǎng)絡(luò)的性能表現(xiàn)直接取決于網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)用的特定環(huán)境和業(yè)務(wù)特點。歸納起來，影響網(wǎng)絡(luò)性能的環(huán)境和特點包括節(jié)點移動模型（運動模型）、信道模型、業(yè)務(wù)流量模型等因素。同時，組網(wǎng)協(xié)議（如路由協(xié)議和信道接入控制協(xié)議等）的設(shè)計也要充分考慮網(wǎng)絡(luò)的上述各種模型和特定需求，從而達到盡可能貼近實用的目標。

在軍用接入網(wǎng)中，影響信道接入方案的設(shè)計思路主要取決于業(yè)務(wù)模型。為設(shè)計出合適的接入方案，文獻［2］通過分析相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用的具體需求，總結(jié)起來主要有如下幾點：

①數(shù)據(jù)和話音的組播和廣播業(yè)務(wù)的傳輸占據(jù)重要地位；

②話音為軍隊中特有的半雙工聲碼話，需要高質(zhì)量的編碼器，業(yè)務(wù)速率2400bps；

圖1 混合多址接入時隙設(shè)計示意圖

③話音的低時延和低抖動的QoS要求非常重要。500ms的端到端話音的最大時延是可忍受的，因此200ms的話音的緩沖區(qū)是較佳選擇；

④業(yè)務(wù)種類多樣，包括一些可預(yù)測的業(yè)務(wù)和大量突發(fā)業(yè)務(wù)；

⑤優(yōu)先級高的用戶或業(yè)務(wù)需要優(yōu)先提供資源。

2 基于混合多址接入?yún)f(xié)議的設(shè)計

2.1 混合多址接入?yún)f(xié)議?；旌闲诺澜尤霗C制可以融合了競爭隨機接入機制和固定分配機制的優(yōu)點，成為了目前無線信道接入技術(shù)的主流設(shè)計思路。通信空閑時段，利用競爭接入機制的MAC協(xié)議，減少緊急業(yè)務(wù)的等待延時；通信繁忙時段，則通過固定分配機制的MAC協(xié)議，實現(xiàn)無分組碰撞，增大吞吐量。

本文考慮信道訪問的有效性，設(shè)計了一種面向語音、數(shù)據(jù)等周期性業(yè)務(wù)的動態(tài)時隙預(yù)約策略。進行語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸時，語音、數(shù)據(jù)時隙的按需分配機制首先要求節(jié)點進行時隙預(yù)約操作，時隙預(yù)約成功，己預(yù)約的時隙才可以為語音、數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點的專用時隙，可以按照TDMA方式實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)周期性無沖突的傳輸；當語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸結(jié)束時，發(fā)送節(jié)點進行取消己預(yù)約時隙操作。

2.2 混合多址接入策略分析。常用的超短波跳頻電臺網(wǎng)絡(luò)主要包括無中心自組織網(wǎng)、接入網(wǎng)兩種，接入網(wǎng)能很好地解決用戶隨遇接入問題而逐漸普及。本文將基于接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)形式，提出混合多址接入的設(shè)計策略，其中，中心站發(fā)起的業(yè)務(wù)為下行業(yè)務(wù)、采用寬帶的多載波傳輸技術(shù)，移動站發(fā)起的業(yè)務(wù)為上行業(yè)務(wù)、采用窄帶的單載波傳輸技術(shù)。超短波跳頻電臺的接入策略需要考慮同時支持多路語音用戶接入、語音和數(shù)據(jù)同傳、兼顧大容量及小容量兩種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸時延、抗干擾性能等。為提高業(yè)務(wù)的信道利用率，將時隙資源分為固定時隙和預(yù)約時隙兩類，采用動態(tài)TDMA、靜態(tài)TDMA、窄帶時頻二維接入等協(xié)議進行混合接入的優(yōu)化策略。固定時隙根據(jù)組網(wǎng)節(jié)點配置情況預(yù)先為每個節(jié)點固定分配若干上行時隙，用于語音、實時性強的突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸；預(yù)約時隙適用于具有大容量通信業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐ㄐ殴?jié)點，當通信節(jié)點需要發(fā)起大容量通信業(yè)務(wù)（如多媒體）時，首先進行時隙預(yù)約，公告所發(fā)起的多媒體業(yè)務(wù)持續(xù)時間、種類和優(yōu)先級等信息，預(yù)約成功后即一直占用若干的預(yù)約時隙，直到業(yè)務(wù)結(jié)束或更高優(yōu)先級業(yè)務(wù)搶占。

2.2.1 上行語音業(yè)務(wù)的通信

每個子幀固定預(yù)留了6個上行固定分配語音時隙（D14～D19），每個語音時隙可采用窄帶頻分多址技術(shù)（FDMA）實現(xiàn)J路語音的傳輸，即每個子幀同時支持6×J路上行語音業(yè)務(wù)的傳輸，語音業(yè)務(wù)傳輸時延不大于Y毫秒，每個時元X秒內(nèi)支持6×J×N路上行語音業(yè)務(wù)的傳輸。語音業(yè)務(wù)可分多個優(yōu)先級，高優(yōu)先級語音可強插。

2.2.2 上行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信

每個子幀固定預(yù)留了6個上行固定分配數(shù)據(jù)時隙（E20～E25），每個數(shù)據(jù)信道可采用窄帶頻分多址技術(shù)（FDMA）實現(xiàn)K路小容量的窄帶數(shù)據(jù)傳輸，即每個子幀同時支持6×K路上行窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，可保證窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實時性，每個時元X秒內(nèi)支持6×K×N路上行窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸，可保證多個節(jié)點同時接入時傳輸窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實時性。

每個子幀設(shè)置了5個動態(tài)分配寬帶時隙（C09～C13），供部分存在大容量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的節(jié)點臨時預(yù)約使用，每個時元X秒內(nèi)支持5×N路寬帶時隙，可滿足多個節(jié)點同時接入時傳輸大容量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。

2.2.3 下行廣播時隙

每個子幀固定預(yù)留了3個下行固定分配廣播時隙（A01～A03），每個廣播時隙可采用寬帶傳輸技術(shù)實現(xiàn)勤務(wù)信息的傳輸。

2.2.4 下行語音/數(shù)據(jù)時隙

每個子幀固定預(yù)留了5個下行語音/數(shù)據(jù)時隙（B04～B08），每個時隙可采用寬帶傳輸技術(shù)實現(xiàn)下行語音/數(shù)據(jù)的廣播。

2.3 混合多址協(xié)議架構(gòu)設(shè)計。如圖2所示。在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中，多址接入控制功能劃分在數(shù)據(jù)鏈路層。設(shè)計過程，根據(jù)混合多址接入?yún)f(xié)議原理，對各功能部分進行細化。圖2中對網(wǎng)絡(luò)鏈路層的部分功能進行劃分，網(wǎng)絡(luò)鏈路層主要包括MAC層和LLC層協(xié)議，MAC層負責無線信道訪問控制，包括TDMA時隙控制、網(wǎng)絡(luò)同步控制、時隙動態(tài)預(yù)約控制、CSMA競爭接入控制、物理收發(fā)控制等模塊；LLC層主要包括鏈路收發(fā)管理機制模塊，負責數(shù)據(jù)差錯控制，提供重傳確認機制。

圖2 混合多址協(xié)議架構(gòu)

3 結(jié)論

本文對超短波跳頻電臺多址接入技術(shù)進行了分析，通過采用靜態(tài)TDMA、動態(tài)TDMA、頻分多址FDMA等混合接入的優(yōu)化策略，實現(xiàn)了多節(jié)點同時接入時的語音、小容量數(shù)據(jù)、大容量數(shù)據(jù)等多種優(yōu)先級業(yè)務(wù)的實時傳輸。與靜態(tài)TDMA接入策略相比，該混合接入策略具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點容量大、傳-輸時延小、支持業(yè)務(wù)種類豐富等優(yōu)點，同時，通過對多址接入?yún)?shù)的靈活調(diào)整，可滿足不同使用需求的通信業(yè)務(wù)的傳輸，大大提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、業(yè)務(wù)傳輸?shù)膶崟r性。

參考文獻

［1］查加林.超短波跳頻電臺多址接入技術(shù)分析［J］.通信世界，2015，7（14）：56

［2］安姍姍.超短波電臺混合多址接入技術(shù)研發(fā)［D］.西安電子科技大學(xué)，2013.

［3］Narrow Band Voice Coder［S］， NATO Standard STANAG 4591， 2002.

For a VHF radio access network hybrid channel access scheme

Huang Weiqiang1，Xie Yinghai1
（1.Guangzhou Haige Communications Group Limited by Share Ltd 510663）

Abstract：For the VHF radio access network provides a hybrid channel access scheme，the method uses the civilian access technology of some advanced concepts，combined with military frequency hopping radio network of the special requirements of business applications， using a static TDMA，dynamic TDMA and frequency division multiple access FDMA hybrid channel access strategy， realize the multi-user and multi service transmission QoS guarantee，to meet the special transmission requirement of military operations.

Keywords：VHF radio；wireless access network；hybrid channel access

作者簡介

黃偉強，1980.2，男，漢族，廣東省肇慶市，廣州海格通信集團股份有限公司，工程師，學(xué)士，無線電通信技術(shù)研發(fā)

謝映海，1983.7，男，漢族，福建省莆田市，廣州海格通信集團股份有限公司，高級工程師，通信與信息系統(tǒng)博士，數(shù)字語音信號處理