【正文】 n2(i)=^i。 end p2=m/(1000/(5*rp))^2。 抗干擾方式 :中速跳頻 。另一方面其主從節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)維護(hù)方式 ,增加了信道的開銷 ,因此不適用于目前的超短波通信系統(tǒng) .而 PRMA/TDD技術(shù) ,雖然沒有主從節(jié)點(diǎn)的限制 ,而且也突破了一幀時(shí)隙數(shù)量的限制 ,但由于它所采用的動(dòng)態(tài)預(yù)約的理論基礎(chǔ)仍建立在簡單的 ALOHA協(xié)議之上 ,缺少優(yōu)化的時(shí)隙選擇策略 ,容易產(chǎn)生信道沖撞 ,難以在高數(shù)據(jù)量的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用 .相比之下 ,SOTDMA 技術(shù)由于是建立在自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用基礎(chǔ)上 ,網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)沒有重要和次要之分 ,從而可以防止一旦控制中心被破壞而引起的全網(wǎng)癱瘓的危險(xiǎn) ,節(jié)點(diǎn)間通過無線信道形成的 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以隨時(shí)發(fā)生變化 ,更適應(yīng)部隊(duì) 動(dòng)中通 的作戰(zhàn)使用需求 .而且 ,SOTDMA 技術(shù)采用了優(yōu)化的時(shí)隙選擇策略 ,有利于減少信道控制開銷 ,提高信道利用率 .同時(shí) ,由于采用了自組織接入技術(shù) ,可以根據(jù)超短波電臺性能特點(diǎn)設(shè)計(jì)自組織接入算法的參數(shù) ,也有助于最大限度的避免信道的碰撞和不必要的空閑 ,從而進(jìn)一步提高對信道的利用率 .因此 ,SOTDMA技術(shù)非常適合目前陸軍超短波無線通信系統(tǒng)的使用 . 3 基于 SOTDMA技術(shù)的超短波無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 時(shí)隙選擇策略 SOTDMA 的一個(gè)重要特征是它采用一種為一個(gè)新傳輸或?yàn)閷?傳輸而進(jìn)行時(shí)隙預(yù)定的接入方法 .當(dāng)信道不忙時(shí) ,時(shí)隙的選擇是直接的 ,因?yàn)楹苋菀拙湍苷业經(jīng)]有被其它站臺預(yù)定的時(shí)隙 .當(dāng)信道變忙而不容易找到未預(yù)定的時(shí)隙時(shí) ,SOTDMA技術(shù)允許一個(gè)站臺根據(jù) Robin Hood 準(zhǔn)則使用已被另一個(gè)遠(yuǎn)距離站臺預(yù)定的時(shí)隙 .這種時(shí)隙選擇方法的益處是時(shí)隙的選擇可以由所有移動(dòng)站臺自主完成 ,而不需要由控制站進(jìn)行信道資源管理 .時(shí)隙選擇的策略如下 : (1)當(dāng)一個(gè)站臺發(fā)射數(shù)據(jù)或?yàn)閷戆l(fā)射數(shù)據(jù)而進(jìn)行時(shí)隙預(yù)定時(shí) ,首先確定將要選擇時(shí)隙的范圍 ,SI 一般取 150 個(gè)時(shí)隙 ,大約相當(dāng)于 4s。作為 PR 的一種具體實(shí)現(xiàn) ,ALOHA協(xié)議早在 1973年就被用于衛(wèi)星通信 [8].PR網(wǎng)絡(luò)是 Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò) [7]的前身 .由于各用戶需要發(fā)送信 息而接入信道的時(shí)刻是隨機(jī)的 ,所以這種多址方式又被稱為隨機(jī)多址(RA).當(dāng)然也有不少文獻(xiàn) (如 [6][8])將多址方式 RA 看作是一種將可用信道切割之后如何分配給用戶的一種信道分配方式 ,這樣它就屬于信道的一種隨機(jī)分配方式 .根據(jù) PR 的原理 ,PR 解決通信資源共享的方法是在多個(gè)用戶之間引入簡單的競爭與裁決機(jī)制 .此外 ,PR 中用戶的隨機(jī)接入與競爭行為必然是在信號空間的特定維上進(jìn)行的 。此時(shí) ,式 1中的自變量 x應(yīng)為時(shí)間 ,可以共享頻帶資源 ,因此頻譜利用率高 ,系統(tǒng)容量較大 .同樣是由于用戶工作的非連續(xù)性 ,所以電源效率高 .TDMA 系統(tǒng)的發(fā)射和接收均在不同的時(shí)隙 ,所以無須雙工器 .而且 TDMA 系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶需求靈活地進(jìn)行時(shí)隙分配 .TDMA 系統(tǒng)的缺陷是由于發(fā)射速率較高 ,為了消除碼間干擾的影響需要采用自適應(yīng)均衡 。C 為信號速率 。 c) 協(xié)議要能夠?yàn)椴煌瑑?yōu)先級的業(yè)務(wù)提供不同的服務(wù)質(zhì)量 QoS(如緊急業(yè)務(wù)的優(yōu)先級要高于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù) ,實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級要高于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù) )。用于同步控制等的系統(tǒng)開銷小 。也就是說對于處于同一波束內(nèi)的不同用戶再用這些多址方式加以區(qū)分 . 擴(kuò)頻多址 (SSMA)/碼分多址 (CDMA) 擴(kuò)頻多址 (SSMA)系統(tǒng)的共同特點(diǎn)之一是擴(kuò)頻 ,也就是說用于傳輸信息的信號帶寬遠(yuǎn)大于信息帶寬 。但擴(kuò)頻 ALOHA 的最大不同是所有用戶均使用相同的擴(kuò)頻碼 ,也就是說 ,擴(kuò)頻 ALOHA的擴(kuò)頻碼不再具有地址碼的功能 .擴(kuò)頻 ALOHA 具有較好的抗碰撞和抗干擾性能 ,同時(shí)可以降低信道的平均功率 .擴(kuò)頻ALOHA的主要應(yīng)用領(lǐng)域有 VAST 網(wǎng)、 PCN和 LAN等 . 目前使用的幾種時(shí)分多址接入技術(shù)比較 DTDMA技術(shù) 概述 在傳統(tǒng)的 TDMA 協(xié)議中通常是給固定的節(jié)點(diǎn)分配了固定的時(shí)隙 ,這意味著 MAC(Medium Access Control)協(xié)議不能支持動(dòng)態(tài)的接入和退出 ,也不能支持超過一幀時(shí)隙數(shù)量的用戶組成的網(wǎng)絡(luò) .例如 ,一幀時(shí)隙數(shù)量為 20 個(gè)時(shí)隙 ,利用靜態(tài) TDMA協(xié)議組成的網(wǎng)絡(luò) ,用戶數(shù)最多為 20個(gè) ,不可能超過 20個(gè) .因此 ,一些動(dòng)態(tài) TDMA協(xié)議就被提出以解決上述問題 .在這些協(xié)議的基礎(chǔ)上 ,DTDMA協(xié)議結(jié)合了以往動(dòng)態(tài) TDMA的優(yōu)點(diǎn)并提供了較高的吞吐量 . 時(shí)隙結(jié)構(gòu) SOF CSSSi Si1 Si2 Si3 Si4 Si5 … SiM SOF:用作幀同步的頭標(biāo)志 CSSSi:主節(jié)點(diǎn)用來發(fā)送時(shí)隙分配包的時(shí)隙 Sij:第 i幀的第 j個(gè)時(shí)隙 M:最大的時(shí)隙數(shù) 主節(jié)點(diǎn)的功能 分配時(shí)隙 主節(jié)點(diǎn)維持著一張時(shí)隙分配表 ,它記錄了每一個(gè)時(shí)隙的狀態(tài) ,并根據(jù)從節(jié)點(diǎn)的請求來更新該表 . 時(shí)隙號 狀態(tài) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)地址 接收節(jié)點(diǎn)地址 1 idle / busy 000001 000010 2 idle / busy 000010 000001 … … … … M idle / busy 000011 000100 主節(jié)點(diǎn)管理著一個(gè)隊(duì)列 ,它記錄了從節(jié)點(diǎn)發(fā)出的請求信息 .該請求信息包括發(fā)出時(shí)隙請求的節(jié)點(diǎn)地址和所需的數(shù)量 . 作為一個(gè)主節(jié)點(diǎn) ,它總是監(jiān)聽著網(wǎng)絡(luò)中發(fā)出的信息包 .當(dāng)它發(fā)現(xiàn)一個(gè)時(shí)隙請求的信息包在某個(gè)空閑時(shí)隙被某個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)出 ,它就會把該信息加到時(shí)隙請求隊(duì)列的尾部 . 在每一幀的開始部分 ,主節(jié)點(diǎn)會根據(jù)時(shí)隙請求隊(duì)列頭部的記錄信息進(jìn)行分析 .假定根據(jù)時(shí)隙請求隊(duì)列頭部的信息得知時(shí)隙請求的數(shù)量為 N,網(wǎng)絡(luò)中還保留了 S個(gè)空閑時(shí)隙 ,那么主節(jié)點(diǎn)將會對請求信息作如下處理 : if S=N then 分配最初的 N個(gè)空閑時(shí)隙給從節(jié)點(diǎn) 消除時(shí)隙請求隊(duì)列當(dāng)前頂部的消息 讀取時(shí)隙請求隊(duì)列新的頭部信息 ,并返回 a End if 通知從節(jié)點(diǎn) 在 CSSSi時(shí)隙 ,主節(jié)點(diǎn)會廣播 P信息包來通告該幀各個(gè)時(shí)隙的狀態(tài) ,具體格式如下 : P F Ai1 Ai2 Ai3 … AiM L A1 … AL FCS F P:開始序列 Aij:被允許在第 i幀的第 j個(gè)時(shí)隙發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)的地址 (如果沒有節(jié)點(diǎn)得到該時(shí)隙就是 0) FCS:幀校驗(yàn)序列 F:幀標(biāo)志 ,兩個(gè) F之間即為一幀 L:指那些雖然已提出請求 ,且請求已被發(fā)現(xiàn) ,但尚未分配時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)的總數(shù)量 Ai:指那 些雖然已提出請求 ,且請求已被發(fā)現(xiàn) ,但尚未分配時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)的地址 釋放時(shí)隙 主節(jié)點(diǎn)會以以下兩種方式釋放應(yīng)分配到節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙 : 主動(dòng)釋放 主動(dòng)釋放是指主節(jié)點(diǎn)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)聽到某個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)出釋放時(shí)隙的信息后 ,自動(dòng)釋放該節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙 . 被動(dòng)釋放 被動(dòng)釋放是指主節(jié)點(diǎn)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)超過三次未聽到某個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息 ,則自動(dòng)釋放該節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙 . 從節(jié)點(diǎn)的功能 和主節(jié)點(diǎn)一樣 ,每個(gè)從節(jié)點(diǎn)也維持著一張時(shí)隙狀態(tài)表 ,記錄了所有時(shí)隙的狀態(tài) ,但該表的信息只包含了時(shí)隙序列號、時(shí)隙的狀態(tài) (閑或忙 ),并由一個(gè)布爾變量表 示該時(shí)隙是否是該從節(jié)點(diǎn)本身的 . 只要從節(jié)點(diǎn)聽到一個(gè) P信息包發(fā)送 ,就會立即更新時(shí)隙狀態(tài)表 . 時(shí)隙號 狀態(tài) 是否是本節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙 1 busy / idle Y/N 2 busy / idle Y/N … … … M busy / idle Y/N 請求時(shí)隙 如果某個(gè)從節(jié)點(diǎn)的用戶希望申請一些時(shí)隙來給其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ,它將核對自己的時(shí)隙狀態(tài)表找出是否存在一些空閑時(shí)隙可以發(fā)送時(shí)隙請求的信息 ,如果還存在 S 個(gè)空閑時(shí)隙可以用來請求 ,從節(jié)點(diǎn)則會在 1到 S之間取一個(gè)隨機(jī)數(shù) ,并根據(jù)該隨機(jī)數(shù)發(fā)送一個(gè)時(shí)隙請求信息 ,請求該時(shí)隙 . 在下一幀的 CSSSi時(shí)隙中 ,剛剛發(fā)出請求時(shí)隙信息的從節(jié)點(diǎn)會根據(jù)主節(jié)點(diǎn)廣播的 P 信息來確認(rèn)是否該請求已經(jīng)被主節(jié)點(diǎn)聽到 .最好的情況就是發(fā)送的請求被聽見 ,而且所需要的時(shí)隙也已經(jīng)被給與 ,從節(jié)點(diǎn)將可以在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送信息 .但如果申請的時(shí)隙未獲得 ,從節(jié)點(diǎn)將一直等待 ,直到主節(jié)點(diǎn)釋放了某個(gè)時(shí)隙 ,并分配給它 .最壞的情況是從節(jié)點(diǎn)的請求甚至沒有被聽到 ,從節(jié)點(diǎn)將會根據(jù)當(dāng)前幀的情況重新發(fā)送請求時(shí)隙的信息 . 發(fā)送請求時(shí)隙信息的時(shí)隙和隨機(jī)數(shù)之間的關(guān)系如下 : 發(fā)送和接收信息 在請求時(shí)隙內(nèi) ,從節(jié)點(diǎn)會發(fā)送一 個(gè)請求時(shí)隙信息包 .而在已分配的時(shí)隙內(nèi) ,從節(jié)點(diǎn)會發(fā)送一包數(shù)據(jù)信息 .當(dāng)數(shù)據(jù)信息已經(jīng)發(fā)完 ,并且該從節(jié)點(diǎn)不再需要改時(shí)隙去發(fā)送數(shù)據(jù)信息 ,它就會在原先發(fā)送數(shù)據(jù)信息的時(shí)隙中發(fā)送一包要求釋放時(shí)隙的信息包 .這 3種信息包 (數(shù)據(jù)信息報(bào)、時(shí)隙請求信息包、時(shí)隙釋放信息包 )的格式是一樣的 ,僅在控制域上有所區(qū)別 . P F AS Ad Control L Data FCS F As:源地址 Ad:目的地址 Control:控制信息 L:數(shù)據(jù)信息包時(shí) ,為數(shù)據(jù)長度 。 SI:選擇間隔 ,指站位報(bào)告候選時(shí)隙的選擇范圍 。 時(shí)隙間隔 :60ms. 采用 SOTDMA技術(shù)進(jìn)行超短波無線通信組網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù) SOTDMA 技術(shù) ,信道時(shí)間被分為固定長度的時(shí)間間隔 .超短波電臺的一個(gè)幀周期通過擴(kuò)展可以設(shè)計(jì)為 1000個(gè)時(shí)隙 ,跨度為 ,如圖 6所示 . 0 1 … 19 20 … 39 40 … … 999 0 1 … 19 20 … … 根據(jù)目前超短波電臺的性能特性 ,算法所涉及的主要參數(shù) NSS、 NS、 NI、 RR、 SI、 NTS 和TMO的設(shè)計(jì)如表 1所示 . 表 1 SOTDMA接入算法的參數(shù) 符號 名稱 說明 最小值 最大值 NSS 標(biāo)稱開始時(shí)隙 系統(tǒng)在鏈路上傳輸?shù)牡谝粋€(gè)時(shí)隙 0 999 NS 標(biāo)稱時(shí)隙 選擇時(shí)隙的參考中心 0 999 NI 標(biāo)稱增量 標(biāo)稱時(shí)隙間的時(shí)隙數(shù) 20 500 RR 報(bào)告率 每幀中理想的戰(zhàn)車報(bào)告數(shù)量 2 50 SI 選擇間隔 戰(zhàn)車報(bào)告候選時(shí)隙的選擇范圍 4 100 NTS 標(biāo)稱傳輸時(shí)隙 在選擇間隔 SI內(nèi)選中的時(shí)隙 0 999 TMO 超時(shí) 連續(xù)占據(jù)某時(shí)隙的次數(shù) 3 7 戰(zhàn)車電臺在開機(jī)后首先進(jìn)入 1min的初始化階段 .在此階段 ,系統(tǒng)要監(jiān)視 SOTDMA信道上的時(shí)隙占用情況 ,了解信道的活動(dòng)狀態(tài) ,確定其它站臺的身份 、當(dāng)前時(shí)隙分配和其他用戶報(bào)告的位置 ,建立在整個(gè)鏈路上運(yùn)行的所有站臺的通信目錄和反映信道活動(dòng)狀態(tài)的時(shí)隙表 .1min 后 ,系統(tǒng)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)登陸階段 ,開始根據(jù)不斷刷新的時(shí)隙表進(jìn)行信號發(fā)射 . 通信系統(tǒng)建模與仿真 仿真工具的選擇 本文中對通信系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真的目的主要在于分析不同報(bào)告率 RR 的情況下 ,通信系統(tǒng)中發(fā)生時(shí)隙碰撞的概率或是連續(xù)發(fā)生時(shí)隙碰撞的概率 ,最終驗(yàn)證在目前我軍超短波電臺組成的無線通信系統(tǒng)中采用 SOTDMA 技術(shù)后的信道傳輸質(zhì)量 ,為下一步通信系統(tǒng)在鏈路層設(shè)計(jì)中正式采用 SOTDMA技術(shù) ,提供理論依 據(jù) . 因此 ,本文采用了由 MATHWORK公司推出的 MATLAB7作為分析通信系統(tǒng)中時(shí)隙碰撞情況的仿真工具 .與 Fortran和 C等高級語言比較 ,MATLAB的語法規(guī)則更簡單 ,更重要的是其貼近人思維方式的編程特點(diǎn) ,使得用 MATLAB編寫程序更易于實(shí)現(xiàn) .而且 ,現(xiàn)在的 MATLAB新版本早已不只停留在工程計(jì)算的功能上 ,它由主包、 SIMULINK以及功能各異的工具箱組成 ,以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ) ,把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)簡單易用的交互式工作環(huán)境中 .用MATLAB可以方便的實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算、算法研究、符號運(yùn)算、建模和仿真 、原型開發(fā)、數(shù)據(jù)分析既可視化、科學(xué)和工程繪圖、應(yīng)用程序設(shè)計(jì) (包括圖形用戶界面設(shè)計(jì) )等等功能 . 用于通信系統(tǒng)性能仿真的代碼實(shí)現(xiàn)及仿真 進(jìn)行兩輛戰(zhàn)車在一個(gè)時(shí)隙選擇中發(fā)生碰撞情況的仿真 假設(shè) ,兩輛戰(zhàn)車的報(bào)告率 RR 分別從 2到 50,則發(fā)生一次碰撞的概率如下 . 當(dāng) RR=2,則 NI=500,SI=*500=100. 100 99 P3X=∑(P1*P2)= ∑(2*(3*100+M+1)/(4*100+1)2*M/10000)+1/401*1/100 M=1 M=1 當(dāng) RR=25,則 NI=40,SI=*40=8. 8 7 P3Y= ∑(P1*P2)=∑(2*(3*8+M+1)/(4*8+1)2*M/64)+1/33*1/8 M=1 M=1 當(dāng) RR=50,則 NI=20,SI=*20=4. 4 3 P3Y=∑(P1*P2)= ∑(2*(3*4+M+1)/(4*4+1)2*M/16)+1/17*1/4 M=1 M=1 代碼實(shí)現(xiàn)如下 : p3=0。 n2(i)=factorial(100)*[()^i]*[()^(100i)]/[factorial(i)*factorial(100