部隊(duì)演習(xí)訓(xùn)練時(shí)，需要對(duì)參與人員進(jìn)行考核及對(duì)在役裝備進(jìn)行性能等評(píng)估，作為前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備和后臺(tái)指揮中心的評(píng)估考核系統(tǒng)之間橋梁——無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)包括了衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，公用無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)趨于完善，基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)全覆蓋。但是某些情況下，仍然需要搭建私有無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)。在部隊(duì)演習(xí)或科目訓(xùn)練考核期間，由于保密、成本等原因，需要搭建臨時(shí)的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將移動(dòng)車載前端采集的數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)回傳到指揮中心，為指揮人員和組織人員提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。本文針對(duì)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站的功能設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，以及對(duì)基站中頻域均衡算法、基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的信道估計(jì)方法、天線分集接收等技術(shù)進(jìn)行了探討。

一、無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站功能設(shè)計(jì)

（一）廣域覆蓋

根據(jù)部隊(duì)演習(xí)、訓(xùn)練場(chǎng)所的一般范圍、電磁特性，設(shè)計(jì)范圍半徑3km～5km。選型基站的工作頻段為300MHz～1GHz，這個(gè)頻段的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站可達(dá)到10km的覆蓋半徑，滿足部隊(duì)一般演習(xí)和訓(xùn)練考核的需求。

為了保證通信基站有較大的有效通信范圍，提高通信效率，無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站采用雙天線分集接收技術(shù)以充分利用空間分集能力。傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)（如Wi-Fi、藍(lán)牙等），只是單純的熱點(diǎn)接入與覆蓋，而不能稱之為局域網(wǎng)。本文探討的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)定位于更容易組成局域網(wǎng)，使得無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋范圍內(nèi)通信設(shè)備之間享受獨(dú)立的、快速的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

（二）高速數(shù)據(jù)傳輸

本文描述的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)單基站系統(tǒng)設(shè)計(jì)在4M帶寬下提供高達(dá)4.2Mbps的凈數(shù)據(jù)吞吐量。因此系統(tǒng)了無(wú)線通信新技術(shù)，比如采用雙天線接收結(jié)構(gòu)、CDMA、單載波頻域均衡傳輸?shù)燃夹g(shù)，使基站能夠在一定的有限帶寬下提供相對(duì)高速的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

（三）支持同頻組網(wǎng)

無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站支持同頻組網(wǎng)。本文探討的實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)為了在有限的頻率資源的條件下組較大規(guī)模的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)同時(shí)使得傳輸基站及網(wǎng)內(nèi)覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備在通信時(shí)具有良好的抗同頻干擾能力，無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸基站可采用動(dòng)態(tài)信道分配等新技術(shù)。而應(yīng)用其他信道分配技術(shù)的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在同頻組網(wǎng)性能指標(biāo)方面具有一定的劣勢(shì)。

（四）支持非視距傳輸

無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站與網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備在數(shù)據(jù)通信時(shí)需要具有良好的非視距傳輸能力，網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)對(duì)空曠場(chǎng)所和有遮擋物場(chǎng)所具有良好有效的通信范圍覆蓋。由于在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，無(wú)線接入的很多應(yīng)用場(chǎng)景在室內(nèi)或者有遮擋物，因此非視距傳輸能力是衡量一個(gè)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要指標(biāo)。

（五）支持大量用戶并發(fā)

演習(xí)、訓(xùn)練戰(zhàn)場(chǎng)由于通信設(shè)備眾多，因此對(duì)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的并發(fā)容量提出很高要求，多設(shè)備可能會(huì)同時(shí)通過(guò)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式包括：圖像、語(yǔ)音、文本等，同時(shí)，在演習(xí)、訓(xùn)練的過(guò)程時(shí)間可能會(huì)相對(duì)比較長(zhǎng)，這就帶來(lái)了通過(guò)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的通傳數(shù)據(jù)量大的問(wèn)題，也就是通信鏈路的數(shù)傳容量會(huì)很大?；谶@一需求，本文探討的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站設(shè)備采用TDMA時(shí)分多址進(jìn)行帶寬的動(dòng)態(tài)分配同時(shí)支持雙向255個(gè)并發(fā)信道，滿足了通信要求。

（六）支持移動(dòng)性

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，演習(xí)、訓(xùn)練的進(jìn)程中，通過(guò)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)慕K端、數(shù)據(jù)采集裝置等通常被安裝在移動(dòng)車輛（步戰(zhàn)車、指揮車等）上，因此針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)這一特殊環(huán)境，對(duì)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站的選型、設(shè)計(jì)需要考慮無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸終端的移動(dòng)性，需滿足移動(dòng)環(huán)境下的寬帶無(wú)線接入需求。

二、無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站主要技術(shù)

（一）收發(fā)模塊

無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站收發(fā)模塊主要功能包括基站下行數(shù)據(jù)和上行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。接收數(shù)據(jù)時(shí)，信號(hào)從兩根天線接入，分別進(jìn)行濾波、放大、混頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換等操作。

射頻前端模塊接收通道采用兩次變頻來(lái)完成的。兩次變頻的中頻信號(hào)都設(shè)計(jì)成相近頻率，這樣可以采用相同的元器件，以保證設(shè)計(jì)的一致性。每個(gè)信道在設(shè)計(jì)時(shí)考慮射頻通道的寬頻點(diǎn)、可配置性、可擴(kuò)展性等功能，按照信號(hào)的最大傳輸帶寬設(shè)置濾波器，使用寬帶的混頻器和頻率綜合器等模擬器件，用戶只需要更改頻率綜合器的頻率控制字，就可以產(chǎn)生所需信道的本振信號(hào)，頻率控制字由單片機(jī)控制輸入，如圖1。這樣可以接收到寬頻模擬信號(hào)，體現(xiàn)了系統(tǒng)的靈活性和可配置性。

（二） 處理模塊

無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)處理模塊完成雙向數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)發(fā)送接收以及協(xié)議棧運(yùn)行。本文采用單載波頻域均衡技術(shù)進(jìn)行上行幀的發(fā)送和下行幀的接收。

1.數(shù)據(jù)發(fā)送

數(shù)據(jù)發(fā)送原理如圖2：

無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)處理模塊的發(fā)射過(guò)程簡(jiǎn)單描述為：首先是信道編碼，即信號(hào)信息在輸入端完成二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，編譯成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)；經(jīng)過(guò)信道編碼后的信號(hào)通過(guò)映射包括插入保護(hù)間隔，再經(jīng)過(guò)脈沖整形，D/A變換完成由最初的數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)變，最后調(diào)制包括變頻到射頻信號(hào)。

2.數(shù)據(jù)接收

數(shù)據(jù)接收原理如圖3：

天線是無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站的最后發(fā)射端和最初接收端，無(wú)線射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)天線的接收并通過(guò)下變頻變換成中頻模擬信號(hào)。而基站內(nèi)部只能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，因此，基站接收到的數(shù)據(jù)還需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成處理板能夠處理的數(shù)字信號(hào)。與發(fā)射過(guò)程相反，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)時(shí)間、頻率同步、信道估計(jì)等操作通過(guò)傅里葉逆變換、解映射、解碼等過(guò)程，完成由最初的射頻信號(hào)到二進(jìn)制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

3.頻域均衡算法

在信號(hào)處理的過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生符號(hào)間干擾，但是如何消除或者是減輕這些干擾是尤為重要的。無(wú)論是時(shí)域還是頻域均衡最終的目的是為了消除或者減輕符號(hào)間干擾。

本文的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)基站探討的使用頻域均衡器來(lái)消除符號(hào)間干擾。頻域均衡器主要是在頻域的范圍內(nèi)進(jìn)行信號(hào)的均衡補(bǔ)償。在這個(gè)過(guò)程中首先需要將時(shí)域信號(hào)通過(guò)傅里葉變換成頻域信號(hào)，在頻域完成均衡后再通過(guò)反傅里葉變換成時(shí)域信號(hào)。在這一系列過(guò)程中，大多計(jì)算處理集中在傅里葉和反傅里葉計(jì)算過(guò)程中。這種均衡方法就是使用一些濾波器的頻率特性去補(bǔ)償衰減的基帶系統(tǒng)的頻率。最終使得基帶系統(tǒng)基本保持不失真。

為了在均衡時(shí)保證噪聲功率不會(huì)被放大，根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則可以得到最小將均方誤差頻域均衡的均衡器系數(shù)為：

式中H*（k）為信道傳輸函數(shù)，SNR 為信噪比。信號(hào)通過(guò)頻域均衡器后可以表示為：

4.信道估計(jì)算法

目前針對(duì)信道估計(jì)算法通常有：1.基于訓(xùn)練序列（導(dǎo)頻）的估計(jì)；2.盲估計(jì)?；谟?xùn)練序列的估計(jì)和盲估計(jì)兩種算法兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)?；谟?xùn)練序列的估計(jì)在發(fā)送端定時(shí)發(fā)送特定格式的序列，這個(gè)序列也稱為訓(xùn)練序列，而接收端則根據(jù)序列通過(guò)信道的變化計(jì)算出信道的反應(yīng)。基于訓(xùn)練序列的估計(jì)算法優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果準(zhǔn)確可靠，估計(jì)過(guò)程迅速，缺點(diǎn)是由于發(fā)送端不停的周期性發(fā)送序列，導(dǎo)致浪費(fèi)了部分帶寬資源。而盲估計(jì)不需要發(fā)送訓(xùn)練序列，因此也不會(huì)浪費(fèi)帶寬資源，盲估計(jì)是根據(jù)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性完成信道參數(shù)的估計(jì)。缺點(diǎn)是盲估計(jì)算法復(fù)雜度高。

本文描述的是基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的信道估計(jì)方法。關(guān)鍵是產(chǎn)生訓(xùn)練序列，訓(xùn)練序列采用固定結(jié)構(gòu)的幀頭。單載波頻域均衡系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)的首尾插入相同長(zhǎng)度的訓(xùn)練序列，每一段傳輸數(shù)據(jù)與后面的訓(xùn)練序列組成一個(gè)數(shù)據(jù)塊，訓(xùn)練序列的插入使得傳輸數(shù)據(jù)塊具有理想的周期性的自相關(guān)特性。每一個(gè)數(shù)據(jù)塊前面的訓(xùn)練序列可以克服前一幀數(shù)據(jù)對(duì)該幀數(shù)據(jù)的干擾。

如果已知訓(xùn)練序列頻域 X （k）的值，一種簡(jiǎn)單的想法是利用LS進(jìn)行頻域信道估計(jì)。

其中Y （k），k = 0，1，2，N-1為接收信號(hào)的頻域形式， H （k），k = 0，1，2，…N -1為信道頻率響應(yīng)的實(shí)際值。

這種信道估計(jì)方法稱為最小二乘（LS）信道估計(jì)方法，其特點(diǎn)是運(yùn)算簡(jiǎn)單，當(dāng)合理選擇訓(xùn)練序列x（n）時(shí)能夠達(dá)到工程上可接受的估計(jì)精度。

5.天線分集接收

分集接收技術(shù)是移動(dòng)通信的一種抗衰落技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，分集接收技術(shù)就是采用多副接收天線來(lái)接收信號(hào)，然后進(jìn)行合并。在某一接收天線所對(duì)應(yīng)的無(wú)線傳播路徑中經(jīng)歷了深度衰落時(shí)，其他天線的接收信號(hào)中仍可能包含著較強(qiáng)的有用信號(hào)，因此可以對(duì)多路接收信號(hào)進(jìn)行合并，這樣就有效降低了信道衰落的影響，改善了傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

分集接收技術(shù)在不增加發(fā)射功率或犧牲通信帶寬的情況下提高了傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，為實(shí)時(shí)圖像傳輸提供了強(qiáng)有力的保障。

本文描述的最大比合并分集接收算法，是將兩個(gè)天線信號(hào)相位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)對(duì)齊后再進(jìn)行處理，也就是說(shuō)通過(guò)兩個(gè)天線信號(hào)產(chǎn)生各自的輸出信噪比，將兩路信噪比合并為最終的輸出信噪比。當(dāng)其中某路天線信號(hào)產(chǎn)生偏離或者不可用時(shí)，最大比合并算法依然可以通過(guò)另一路的天線信號(hào)合并成一個(gè)符合要求的輸出信噪比信號(hào)。

6.協(xié)議棧

軟件協(xié)議程序貯存在硬盤上，運(yùn)行時(shí)調(diào)入內(nèi)存執(zhí)行。主要分為注冊(cè)、同步、尋呼等過(guò)程。

三、結(jié)語(yǔ)

由于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、使用通信設(shè)備眾多等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、多用戶并發(fā)接入、抗震性高等功能性能指標(biāo)。演習(xí)、訓(xùn)練場(chǎng)地頻繁更換導(dǎo)致無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有可快拆裝、便攜等特點(diǎn)。在無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸基站設(shè)計(jì)過(guò)程中頻域均衡器、信道估計(jì)算法的選擇尤為重要，同時(shí)分集接收技術(shù)是一種用相對(duì)較低廉的投資就可以大幅度改進(jìn)無(wú)線鏈路性能的強(qiáng)有力的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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（作者簡(jiǎn)介：范彬，陸軍裝備部駐上海地區(qū)航空軍事代表室。）