基于U-V频段的数据链中继问题研究.doc

基于U/V频段的数据链中继问题研究 1 引言 当数据链工作在U/V频段时，其通信为视距通信，其通信距离有限。而飞机飞出一定距离后受地球半径曲率影响，不能与地面保持联络，尤其是直升机，经常超低空飞行，受地形影响更大，通信距离更加有限。因此如何通过中继有效增大通信距离是数据链研究中一个重要课题，需要进行深入研究1。中继示意图如图1所示。 图1 中继示意图2 中继的基本思想 假定数据链采用TDMA，同频组网工作模式。首先，根据飞机的相对位置和实际需要，地面主站指定中继机和被中继机，并分配相应的时隙。而后当地面主站需要给被中继机发送信息时，先将其发送给中继机，再由中继机将其存储后转发给被中继机。这其中最基本的形式是双时隙中继。即在分配时隙时将发射时隙块与接收时隙块配成对，称其为中继时隙对，而两者之间形成的固定位移称为中继延迟。双时隙中继示意图如图2所示。 图2 双时隙中继示意图 其中中继延迟的设计要考虑两点，一是考虑电台的收发转换时间，处理数据的时间，即中继延迟不能太短；二是要考虑发送数据的实效性，即中继延迟不能过长，中继必须在一帧之内完成。 被中继机对收到信息有两种处理情况2：一是收到信息后不应答；二是收到信息后需要应答。第一种情况，出现在情报态势的分发，这类信息更新速率快，被中继机即使偶尔几次没有收到，也不影响对战场态势的把握，即不必应答是否收到。第二种情况，出现在指挥引导指令和一些重要网络管理指令的发送，需要被中继机的应答是否收到，如无收到，还需重发。同时，应答数据传送给地面主站也需要中继机的转发。3 单用户被中继时的时隙分配 单用户被中继是指被中继机只有一架情况。如图3所示，假设有A、B、C三个节点，A为源节点，B为中继节点，C为目标节点，A发送信息，经B中继转发后，C才收到该指令；同样C发送的应答信息，也经B转发后，A才能收到。 图3 单用户被中继示意图 对于源节点所发送的信息不同，目标节点处理起来是不同的，而在网络设计的初期并不能知道实战中这两类信息量的大小，设计时可统一假定目标节点需应答源节点发送的每一信息，来确定所需分配时隙的大小，以牺牲有效性来换取可靠性。 假设源节点A的时隙块为（m0，n0 ）3，全部用来发送中继信息，中继节点B的时隙块为（m1，n1），目标节点C的时隙块为（m2，n2 ），一帧中有X个时隙（X=2m，m为整数）。则其中各参数应满足以下条件： 式（1）说明中继节点的时隙块大小等于源节点和目标节点的时隙块大小之和。 式（2）说明源节点的时隙块大小与目标节点相同，中继时，中继时隙块不能超过log2x-1，否则根据式 （1）、（2）当n1log2x-1时，2n0+2n12n2X，超过一帧的时隙数。 式（3）说明中继延迟要在个时隙以上，这是基于电台一般采用半双工工作方式，通常处于接收状态，仅在自己的发送时隙发送消息，需要考虑收发转换时间和处理时间，的取值应根据现有装备的性能选择，越小越好；同时的取值不能大于源节点发送时隙间隔的一半即X/2n0+1，如果大于的话，目标节点发送的应答，在下一次源节点发送之前，也没有被中继转发给源节点。 式（4）表示目标节点的时隙，要在转发应答信息的中继时隙之前，在转发源节点信息的中继时隙之后。4 多个用户被中继的时隙分配 以上考虑的是被中继机只有一架的情况，但在实际情况下，被中继机可能有多架，也需进行研究。多被中继机示意图如图4所示。 图4 多被中继机示意图 同单被中继机的分析一样，假定被中继机都需要应答。这里假设有K个被中继机（c1,c2,c3.ck）需要中继。其中源节点A发送每一中继信息的时隙块为（m0，n0 ），中继节点B的时隙块为（mr，nr），目标节点c1的时隙块为（m1，n1）， c2的时隙块为（m2，n2），c3的时隙块为 （m3，n3） ck的时隙块为（mk，nk）。一帧中有X个时隙（X=2m，m为整数）。时隙块各参数满足以下条件： 式（5）表示中继时隙块的大小是源节点时隙块大小和被中继节点时隙块的大小的总和。 式（6）表示源节点时隙块大小和每一个被中继节点时隙块大小相同。 式（7）表示被分配的时隙块总和不能超过一帧的大小。式（8）表示中继时隙与源节点时隙间隔要不小于个时隙。在源节点两个时隙之间，中继时隙为源节点和K个目标节点各提供一个中继时隙，用作信息的转发。 式（9）表示目标节点发送时隙后，安排中继节点时隙转发。5 系统中继容量分析 下面简单分析系统中继的容量。假设一个地面主站，一架中继机，K架被中继机组成的网络中，一帧中有X个时隙（X=2m，m为整数）。并且假设参战单元电台收发转换时间和数据处理时间忽略不计，即取零。则根据式（5）（6）（7）可得一帧中最大被中继机的数量K为： （10） 式（10）表示系统最大的中继容量与一阵中的时隙数成正比，与源节点发送每一中继时隙所需的时隙数成反比。6 结束语 在地空数据链中，通过中继转发来扩大通信距离是一种十分有效的方法，本文通过对被中继用户数的不同进行了初步的探讨，下一步将根据实际对多中继机等情况进行深入研究。参考文献 1王立强，李炯.数据链在陆航典型作战样式中的应用J. 电讯技术. 2004.（6）：18-20 2戴苏榕，徐晓辉，王瑾. 地空数据链“传输内容的研究J. 现代电子技术. 2005.（21）：28-32 3黄凯，毛玉泉，苗强等.STDMA数据链系统的动态时隙分配研究J. 航空电子技术. 2005.36（3）：25-29