由美国标准MIL-STD-188-141A和FED-STD-1045定义的第二代短波自动链路建立系统(2G-ALE,2 Generation-Automatic Link Establishment),使用户可以组建抗毁性强、设备简单的交互式短波通信系统,但随着短波通信网络的增长,用户迫切需要更有效的短波通信管理协议。1999年诞生的第三代短波自动链路建立系统(3G-ALE)协议(MIL-STD-188-141B)支持第二代协议规定的话音通信和小型网络的前提下,有效地支持大规模、数据密集型快速高质量的短波通信系统,标准的确立又一次掀起了世界性的短波通信研究高潮。在国内,随着最新的微处理器/DSP技术和理枪的发展以及软件无线电技术的发展,也开始致力于第三代短波自动链路建立系统协议的研究、仿真及实现。
1、第三代短波自动链路建立系统概述
3G-ALE系统协议共分5个方面:链路建立管理(ALEM),数据流管理(TM)、数据连接管理、电路连接管理和物理层管理,其中数据连接管理包括高速数据连接管理(HDL)和低速数据连接管理(LDL)。链路建立管理负责建立链路连接,接着由数据流管理负责真正的数据流通信。根据数据流类型,可分别由高速数据管理、低速数据连接管理或电路连接管理接管。
2、第三代短波自动链路建立系统的特性
相对于第二代短波自动链路建立系统,第三代短波自动链路建立系统进行了许多改进,采用了许多新技术,主要表现为:数字PSK调制解调方式、突发波型BW(Burst Waveform)系列波形传输、呼叫信道的同步扫描、将网络内的电台划分为不同的驻留组、信道分离、时间片信道访问方式、信道使用前采用载波监听技术避免冲突、提供了与Internet协议的接口等。这些新技术的应用,使第三代短波通信网络的性能有了很大的提高,如支持大数据量的高速传输、提高了输出信噪比、在低输入信噪比的情况下保证正常通信、通道效率高、速度快等。
第三代短波自动链路建立系统有以下技术特点:
1)波型:3G-ALE自动链路建立和数据传输使用同样的突发波BW(由MIL-STD-188-101A定义),从而提高了系统的灵活性。所使用的突发波有BW0~BW4五种,其特性详见下表2-1。
表2-1:3G-ALE中突发波型BW特性表
2)信道分离:3G-ALE将呼叫信道与数据流信道分离并保持数据流与呼叫信道相邻,以使他们在传输特性上相近。
3)链路建立的同步行:3G-ALE中提供了异步和同步两种线路建立方式,尤以同步模式的性能更优,延时更小,因为在这种模式下某一时间内电台的驻留信道是确定的。
4)驻留组划分:3G-ALE系统同步链路建立系统中引入驻留组(Dwell Group)的概念这种技术将网络中所有电台划分成多个组。同一时间,同一DG内的电台工作在同一信道上,而不同的DG工作在不同的信道上,这样可以降低系统的阻塞。电台信道驻留计算公式如下(式中,D为驻留信道,其值为0~C-1;T为时间;G为驻留组个数;C为扫描信道的个数):
D =(T/4+G)MOD C
5)划分时间片:3G-ALE的另一个减少呼叫信道拥挤的方法是划分时间片技术。电台在一个信道上驻留的时间为4s(5 x 800ms)。3G-ALE将其划分为5个时间片,详见下图2-5。Slot 0为调谐和监听时间片,Slot 1~ Slot 4四个时间片统称为呼叫及应答时间片,用于呼叫和应答PDU(协议数据单元)的传送。
图2-5:3G-ALE的时间片划分
6)简单的ARQ:3G-ALE的ARQ相对2G-ALE来说要简单的多,因为3G所采用的技术,使通信出错的几率减少,没有必要通过ARQ来保证通信的质量,而对于小数据量的通信或复杂信道情况下的通信,可选用增强型ARQ协议来通信。
7)探测信号的作用:在2G中探测信号在评价信道质量的作用至关重要,但在3G中因其提供了良好的链路质量分析机制,即可通过日常的通信连接情况的积累得到即使详尽的链路质量资料(尤其在同步通信机制中),使探测信号的作用大大降低。当然系统空闲时也可以在时间片4中发出探测信号,起到对通信质量进行进一步监控的作用。
三、关于ALE码字格式
在短波通信中,进行线路质量分析LQA(Link Quality Analysis)时,是首先要发送探测信号的。而探测信号是将原始自动线路建立ALE(Automatic Link Establishment)码字进行分组、编码、交织、三倍冗余、8PSK调制后而产生。因此ALE码字是探测信号的基础。原始ALE码字由指定的最高有效位(MSB)到最低有效位(LSB)共24bit组成,分为一个3bit的报头和三个单独的7bit字符共四部分,各部分和整个码字的MSB都是在最左边,并且最先发送。其ALE码字格式详见下图3-1。ALE码字的报头类型分为8种,其编码和含义详见下表3-1;各种类型报头的名称及用途详见下表3-2。
图3-1:ALE码字格式
表3-1:ALE码字报头类型的编码及含义
表3-2:各种类型报头的名称及用途
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