一种针对超短波电台接入网的混合信道接入方案

黄伟强，谢映海（.广州海格通信集团股份有限公司，50663）



一种针对超短波电台接入网的混合信道接入方案

黄伟强1，谢映海1
（1.广州海格通信集团股份有限公司，510663）

摘要：为超短波电台接入网提供了一种混合信道接入方案，方案借鉴了民用接入技术的一些先进理念，并结合军用跳频电台网络的特殊业务应用需求，采用了一种静态TDMA、动态TDMA和频分多址FDMA的混合信道接入策略，实现了多用户多业务传输的QOS保障，满足了军用业务的特殊传输需求。

关键词：超短波跳频电台；无线接入网；混合信道接入

0 前言

由于超短波频段（30MHz～512MHz）频段较低，在无线信道传输的衰落特性较好，同时具备更好地应对复杂电磁环境，因此成为了军用战术通信的一个专用通信频段。

在该频段的通信系统中，类似于民用基站系统的无线接入网是一种常见的组网方式，差异性主要体现在民用基站系统是复杂的广域多小区通信系统，不同的小区基站之间通过光纤进行连接；而军用的无线接入网一般网络节点规模较小，如单个车载形态或升空形态的移动基站和几十个地面移动节点，覆盖半径区域一般要求几十公里。

1 军用业务的特殊传输需求

无线通信网络的性能表现直接取决于网络所应用的特定环境和业务特点。归纳起来，影响网络性能的环境和特点包括节点移动模型（运动模型）、信道模型、业务流量模型等因素。同时，组网协议（如路由协议和信道接入控制协议等）的设计也要充分考虑网络的上述各种模型和特定需求，从而达到尽可能贴近实用的目标。

在军用接入网中，影响信道接入方案的设计思路主要取决于业务模型。为设计出合适的接入方案，文献［2］通过分析相关业务应用的具体需求，总结起来主要有如下几点：

①数据和话音的组播和广播业务的传输占据重要地位；

②话音为军队中特有的半双工声码话，需要高质量的编码器，业务速率2400bps；

图1 混合多址接入时隙设计示意图

③话音的低时延和低抖动的QoS要求非常重要。500ms的端到端话音的最大时延是可忍受的，因此200ms的话音的缓冲区是较佳选择；

④业务种类多样，包括一些可预测的业务和大量突发业务；

⑤优先级高的用户或业务需要优先提供资源。

2 基于混合多址接入协议的设计

2.1 混合多址接入协议。混合信道接入机制可以融合了竞争随机接入机制和固定分配机制的优点，成为了目前无线信道接入技术的主流设计思路。通信空闲时段，利用竞争接入机制的MAC协议，减少紧急业务的等待延时；通信繁忙时段，则通过固定分配机制的MAC协议，实现无分组碰撞，增大吞吐量。

本文考虑信道访问的有效性，设计了一种面向语音、数据等周期性业务的动态时隙预约策略。进行语音、数据业务传输时，语音、数据时隙的按需分配机制首先要求节点进行时隙预约操作，时隙预约成功，己预约的时隙才可以为语音、数据发送节点的专用时隙，可以按照TDMA方式实现语音、数据业务周期性无冲突的传输；当语音、数据业务传输结束时，发送节点进行取消己预约时隙操作。

2.2 混合多址接入策略分析。常用的超短波跳频电台网络主要包括无中心自组织网、接入网两种，接入网能很好地解决用户随遇接入问题而逐渐普及。本文将基于接入网的网络形式，提出混合多址接入的设计策略，其中，中心站发起的业务为下行业务、采用宽带的多载波传输技术，移动站发起的业务为上行业务、采用窄带的单载波传输技术。超短波跳频电台的接入策略需要考虑同时支持多路语音用户接入、语音和数据同传、兼顾大容量及小容量两种数据业务的传输时延、抗干扰性能等。为提高业务的信道利用率，将时隙资源分为固定时隙和预约时隙两类，采用动态TDMA、静态TDMA、窄带时频二维接入等协议进行混合接入的优化策略。固定时隙根据组网节点配置情况预先为每个节点固定分配若干上行时隙，用于语音、实时性强的突发数据业务的传输；预约时隙适用于具有大容量通信业务传输的通信节点，当通信节点需要发起大容量通信业务（如多媒体）时，首先进行时隙预约，公告所发起的多媒体业务持续时间、种类和优先级等信息，预约成功后即一直占用若干的预约时隙，直到业务结束或更高优先级业务抢占。

2.2.1 上行语音业务的通信

每个子帧固定预留了6个上行固定分配语音时隙（D14～D19），每个语音时隙可采用窄带频分多址技术（FDMA）实现J路语音的传输，即每个子帧同时支持6×J路上行语音业务的传输，语音业务传输时延不大于Y毫秒，每个时元X秒内支持6×J×N路上行语音业务的传输。语音业务可分多个优先级，高优先级语音可强插。

2.2.2 上行数据业务的通信

每个子帧固定预留了6个上行固定分配数据时隙（E20～E25），每个数据信道可采用窄带频分多址技术（FDMA）实现K路小容量的窄带数据传输，即每个子帧同时支持6×K路上行窄带数据业务的传输，可保证窄带数据业务的实时性，每个时元X秒内支持6×K×N路上行窄带数据业务的传输，可保证多个节点同时接入时传输窄带数据业务的实时性。

每个子帧设置了5个动态分配宽带时隙（C09～C13），供部分存在大容量数据业务需求的节点临时预约使用，每个时元X秒内支持5×N路宽带时隙，可满足多个节点同时接入时传输大容量数据业务的需求。

2.2.3 下行广播时隙

每个子帧固定预留了3个下行固定分配广播时隙（A01～A03），每个广播时隙可采用宽带传输技术实现勤务信息的传输。

2.2.4 下行语音/数据时隙

每个子帧固定预留了5个下行语音/数据时隙（B04～B08），每个时隙可采用宽带传输技术实现下行语音/数据的广播。

2.3 混合多址协议架构设计。如图2所示。在网络分层结构中，多址接入控制功能划分在数据链路层。设计过程，根据混合多址接入协议原理，对各功能部分进行细化。图2中对网络链路层的部分功能进行划分，网络链路层主要包括MAC层和LLC层协议，MAC层负责无线信道访问控制，包括TDMA时隙控制、网络同步控制、时隙动态预约控制、CSMA竞争接入控制、物理收发控制等模块；LLC层主要包括链路收发管理机制模块，负责数据差错控制，提供重传确认机制。

图2 混合多址协议架构

3 结论

本文对超短波跳频电台多址接入技术进行了分析，通过采用静态TDMA、动态TDMA、频分多址FDMA等混合接入的优化策略，实现了多节点同时接入时的语音、小容量数据、大容量数据等多种优先级业务的实时传输。与静态TDMA接入策略相比，该混合接入策略具有网络节点容量大、传-输时延小、支持业务种类丰富等优点，同时，通过对多址接入参数的灵活调整，可满足不同使用需求的通信业务的传输，大大提升网络的吞吐量、业务传输的实时性。

参考文献

［1］查加林.超短波跳频电台多址接入技术分析［J］.通信世界，2015，7（14）：56

［2］安姗姗.超短波电台混合多址接入技术研发［D］.西安电子科技大学，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

作者简介

黄伟强，1980.2，男，汉族，广东省肇庆市，广州海格通信集团股份有限公司，工程师，学士，无线电通信技术研发

谢映海，1983.7，男，汉族，福建省莆田市，广州海格通信集团股份有限公司，高级工程师，通信与信息系统博士，数字语音信号处理