一種針對超短波電臺接入網的混合信道接入方案

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提供了一種混合信道接入方案，方案借鑒了民用接入技術的一些先進理念，并結合軍用跳頻電臺網絡的特殊業務應用需求，采用了一種靜態TDMA、動態TDMA和頻分多址FDMA的混合信道接入策略，實現了多用戶多業務傳輸的QOS保障，滿足了軍用業務的特殊傳輸需求。

關鍵詞：超短波跳頻電臺；無線接入網；混合信道接入

0 前言

由于超短波頻段（30MHz～512MHz）頻段較低，在無線信道傳輸的衰落特性較好，同時具備更好地應對復雜電磁環境，因此成為了軍用戰術通信的一個專用通信頻段。

在該頻段的通信系統中，類似于民用基站系統的無線接入網是一種常見的組網方式，差異性主要體現在民用基站系統是復雜的廣域多小區通信系統，不同的小區基站之間通過光纖進行連接；而軍用的無線接入網一般網絡節點規模較小，如單個車載形態或升空形態的移動基站和幾十個地面移動節點，覆蓋半徑區域一般要求幾十公里。

1 軍用業務的特殊傳輸需求

無線通信網絡的性能表現直接取決于網絡所應用的特定環境和業務特點。歸納起來，影響網絡性能的環境和特點包括節點移動模型（運動模型）、信道模型、業務流量模型等因素。同時，組網協議（如路由協議和信道接入控制協議等）的設計也要充分考慮網絡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。

在軍用接入網中，影響信道接入方案的設計思路主要取決于業務模型。為設計出合適的接入方案，文獻［2］通過分析相關業務應用的具體需求，總結起來主要有如下幾點：

①數據和話音的組播和廣播業務的傳輸占據重要地位；

②話音為軍隊中特有的半雙工聲碼話，需要高質量的編碼器，業務速率2400bps；

圖1 混合多址接入時隙設計示意圖

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的話音的緩沖區是較佳選擇；

④業務種類多樣，包括一些可預測的業務和大量突發業務；

⑤優先級高的用戶或業務需要優先提供資源。

2 基于混合多址接入協議的設計

2.1 混合多址接入協議。混合信道接入機制可以融合了競爭隨機接入機制和固定分配機制的優點，成為了目前無線信道接入技術的主流設計思路。通信空閑時段，利用競爭接入機制的MAC協議，減少緊急業務的等待延時；通信繁忙時段，則通過固定分配機制的MAC協議，實現無分組碰撞，增大吞吐量。

本文考慮信道訪問的有效性，設計了一種面向語音、數據等周期性業務的動態時隙預約策略。進行語音、數據業務傳輸時，語音、數據時隙的按需分配機制首先要求節點進行時隙預約操作，時隙預約成功，己預約的時隙才可以為語音、數據發送節點的專用時隙，可以按照TDMA方式實現語音、數據業務周期性無沖突的傳輸；當語音、數據業務傳輸結束時，發送節點進行取消己預約時隙操作。

2.2 混合多址接入策略分析。常用的超短波跳頻電臺網絡主要包括無中心自組織網、接入網兩種，接入網能很好地解決用戶隨遇接入問題而逐漸普及。本文將基于接入網的網絡形式，提出混合多址接入的設計策略，其中，中心站發起的業務為下行業務、采用寬帶的多載波傳輸技術，移動站發起的業務為上行業務、采用窄帶的單載波傳輸技術。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、語音和數據同傳、兼顧大容量及小容量兩種數據業務的傳輸時延、抗干擾性能等。為提高業務的信道利用率，將時隙資源分為固定時隙和預約時隙兩類，采用動態TDMA、靜態TDMA、窄帶時頻二維接入等協議進行混合接入的優化策略。固定時隙根據組網節點配置情況預先為每個節點固定分配若干上行時隙，用于語音、實時性強的突發數據業務的傳輸；預約時隙適用于具有大容量通信業務傳輸的通信節點，當通信節點需要發起大容量通信業務（如多媒體）時，首先進行時隙預約，公告所發起的多媒體業務持續時間、種類和優先級等信息，預約成功后即一直占用若干的預約時隙，直到業務結束或更高優先級業務搶占。

2.2.1 上行語音業務的通信

每個子幀固定預留了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（FDMA）實現J路語音的傳輸，即每個子幀同時支持6×J路上行語音業務的傳輸，語音業務傳輸時延不大于Y毫秒，每個時元X秒內支持6×J×N路上行語音業務的傳輸。語音業務可分多個優先級，高優先級語音可強插。

2.2.2 上行數據業務的通信

每個子幀固定預留了6個上行固定分配數據時隙（E20～E25），每個數據信道可采用窄帶頻分多址技術（FDMA）實現K路小容量的窄帶數據傳輸，即每個子幀同時支持6×K路上行窄帶數據業務的傳輸，可保證窄帶數據業務的實時性，每個時元X秒內支持6×K×N路上行窄帶數據業務的傳輸，可保證多個節點同時接入時傳輸窄帶數據業務的實時性。

每個子幀設置了5個動態分配寬帶時隙（C09～C13），供部分存在大容量數據業務需求的節點臨時預約使用，每個時元X秒內支持5×N路寬帶時隙，可滿足多個節點同時接入時傳輸大容量數據業務的需求。

2.2.3 下行廣播時隙

每個子幀固定預留了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實現勤務信息的傳輸。

2.2.4 下行語音/數據時隙

每個子幀固定預留了5個下行語音/數據時隙（B04～B08），每個時隙可采用寬帶傳輸技術實現下行語音/數據的廣播。

2.3 混合多址協議架構設計。如圖2所示。在網絡分層結構中，多址接入控制功能劃分在數據鏈路層。設計過程，根據混合多址接入協議原理，對各功能部分進行細化。圖2中對網絡鏈路層的部分功能進行劃分，網絡鏈路層主要包括MAC層和LLC層協議，MAC層負責無線信道訪問控制，包括TDMA時隙控制、網絡同步控制、時隙動態預約控制、CSMA競爭接入控制、物理收發控制等模塊；LLC層主要包括鏈路收發管理機制模塊，負責數據差錯控制，提供重傳確認機制。

圖2 混合多址協議架構

3 結論

本文對超短波跳頻電臺多址接入技術進行了分析，通過采用靜態TDMA、動態TDMA、頻分多址FDMA等混合接入的優化策略，實現了多節點同時接入時的語音、小容量數據、大容量數據等多種優先級業務的實時傳輸。與靜態TDMA接入策略相比，該混合接入策略具有網絡節點容量大、傳-輸時延小、支持業務種類豐富等優點，同時，通過對多址接入參數的靈活調整，可滿足不同使用需求的通信業務的傳輸，大大提升網絡的吞吐量、業務傳輸的實時性。

參考文獻

［1］查加林.超短波跳頻電臺多址接入技術分析［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研發［D］.西安電子科技大學，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，學士，無線電通信技術研發

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，通信與信息系統博士，數字語音信號處理