儲(chǔ)彥文，馬云飛，程云鵬

（1.陸軍工程大學(xué)，江蘇 南京 210001；2.陸軍后勤部，北京 100072）

0 引言

第一代鏈路建立技術(shù)一般采用實(shí)時(shí)的信道評(píng)估系統(tǒng)，通過對(duì)電離層探測(cè)得到頻率優(yōu)選信息，并據(jù)此人工設(shè)定工作頻率。第二代鏈路建立技術(shù)是以美軍標(biāo)MIL-STD-188-141A[1]為代表的頻率自適應(yīng)技術(shù)，具備鏈路質(zhì)量分析（Link Quality Analysis，LQA）、自動(dòng)鏈路建立（Automatic Link Establishment，ALE）和自動(dòng)鏈路保持（Automatic Link Maintenance，ALM）功能，簡(jiǎn)稱2G-ALE。第三代鏈路建立技術(shù)改進(jìn)了第二代的不足，以美軍標(biāo)MIL-STD-188-141B[2]與MIL-STD-188-141C[3]為基礎(chǔ)（后一種為前一種的升級(jí)，可支持寬達(dá)24 kHz的短波信道），分為異步建鏈和同步建鏈兩種工作模式，支持高速數(shù)據(jù)鏈路功能，還支持更大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)和更多業(yè)務(wù)類型，并加入速率自適應(yīng)、跳頻以及動(dòng)態(tài)頻譜管理等技術(shù)，簡(jiǎn)稱3G-ALE。2017 年，美軍標(biāo)MIL-STD-188-141D[4]頒布，包含中高頻無(wú)線電系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出寬帶自適應(yīng)的ALE 機(jī)制，展開對(duì)第四代鏈路建立技術(shù)的研究。

第二代和第三代自動(dòng)鏈路建立實(shí)際上是狹義的頻率自適應(yīng)[5]，主要在于其工作頻率集大都是預(yù)先設(shè)定的。預(yù)先設(shè)定的頻率集頻點(diǎn)數(shù)有限且不能實(shí)時(shí)更新，當(dāng)所設(shè)定的工作頻率集均不可用時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鏈路建立失敗。現(xiàn)有的短波通信系統(tǒng)大都采用先建鏈后等待業(yè)務(wù)傳輸?shù)哪Ｊ?，建鏈成功后?huì)停留在當(dāng)前信道進(jìn)行通信直至結(jié)束，而后拆鏈。這種模式占用信道時(shí)間較長(zhǎng)，易造成有限的頻帶資源浪費(fèi)。在頻譜資源緊張的現(xiàn)下，圍繞智能化、寬帶化選頻用頻，實(shí)現(xiàn)真正意義上的頻率自適應(yīng)是下一代自動(dòng)鏈路建立技術(shù)的發(fā)展方向[6]。

當(dāng)使用寬帶信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，現(xiàn)有ALE 的時(shí)間開銷甚至超過了數(shù)據(jù)傳輸[7]，因此需要一種新的寬帶ALE 技術(shù)，既能夠比現(xiàn)有的ALE 技術(shù)更快地建立鏈路，又能選擇合適的數(shù)據(jù)波形和寬帶信道用于鏈路的建立。為實(shí)現(xiàn)短波通信系統(tǒng)的快速建鏈，針對(duì)實(shí)時(shí)話音、短消息和長(zhǎng)報(bào)文傳輸?shù)炔煌臉I(yè)務(wù)分別制定相應(yīng)的建鏈策略。話音和短消息數(shù)據(jù)量較小，可采用建鏈信道即業(yè)務(wù)信道的同頻快速建鏈、自動(dòng)拆鏈模式；長(zhǎng)報(bào)文數(shù)據(jù)量較大，為優(yōu)選合適的寬帶信道，可采用基于寬帶業(yè)務(wù)信道溝通的異頻寬帶建鏈模式。本文主要設(shè)計(jì)針對(duì)話音和短消息傳輸?shù)囊环N短波寬帶快速建鏈協(xié)議。首先，介紹基于全頻段接收的短波系統(tǒng)架構(gòu)；其次，設(shè)計(jì)寬帶建鏈協(xié)議，包括協(xié)議數(shù)據(jù)單元、狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程等，并詳細(xì)闡述協(xié)議數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和功能、探測(cè)和建鏈的實(shí)現(xiàn)流程；最后，設(shè)計(jì)建鏈波形及幀結(jié)構(gòu)并進(jìn)行性能仿真與分析，統(tǒng)計(jì)方案的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，PDU）錯(cuò)誤概率和建鏈成功率。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

近幾十年來(lái)，由于只在3 kHz 信道中分配短波頻段的慣例和短波技術(shù)的限制，短波無(wú)線電系統(tǒng)只能支持較低的數(shù)據(jù)速率。低傳輸速率僅能滿足語(yǔ)音和低速通信需求的應(yīng)用。隨著傳輸業(yè)務(wù)需求的增多和傳輸速率需求的增大，寬帶業(yè)務(wù)在短波通信中應(yīng)運(yùn)而生。增加帶寬是增加吞吐量的關(guān)鍵。為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)速率，使用一個(gè)更寬的信道可以提供更好的性能水平。在實(shí)際應(yīng)用中，有兩種可選方案：一是在允許犧牲一定信噪比的條件下，帶寬的增加可以換來(lái)信息傳輸速率的提高；二是在固定的傳輸速率的條件下，帶寬的增加可以換來(lái)所需信噪比的降低。本文將信號(hào)帶寬從傳統(tǒng)的3 kHz 發(fā)展到12 kHz，在傳輸速率不變的條件下可支持低信噪比下的業(yè)務(wù)傳輸。

數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器件（Analog-to-Digital Conversion，ADC）的應(yīng)用，大幅度提高了頻率探測(cè)與信號(hào)分析的速度，能夠連續(xù)監(jiān)視和描述多個(gè)寬帶信道的占用情況[8]，使得實(shí)時(shí)優(yōu)選短波頻率變得可行[9]。將短波全頻段接收機(jī)應(yīng)用于短波通信系統(tǒng)，呼叫方無(wú)論在哪個(gè)可通信道上發(fā)送信號(hào)，被叫方都可以實(shí)時(shí)接收信號(hào)。區(qū)別于以往的同步或異步鏈路建立過程，呼叫方無(wú)需等待駐留信道或在選定信道上呼叫足夠時(shí)間，可大幅度縮短鏈路建立時(shí)間，實(shí)現(xiàn)用戶間的快速建鏈和實(shí)時(shí)建鏈，使話音或短消息業(yè)務(wù)的即建即拆成為可能。

短波通信系統(tǒng)的硬件組成如圖1 所示，由電臺(tái)（接收機(jī)、發(fā)射機(jī)）、短波通信控制器以及計(jì)算機(jī)等組成。計(jì)算機(jī)端主要負(fù)責(zé)頻譜分析、頻率優(yōu)選以及用戶界面等模塊。

2 建鏈協(xié)議設(shè)計(jì)

2.1 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）

鏈路建立協(xié)議中使用的PDU 結(jié)構(gòu)如圖2 所示，共有3 種不同的數(shù)據(jù)類型，分為呼叫PDU、應(yīng)答PDU、拆鏈PDU。每個(gè)PDU 攜帶48 bit 有效載荷。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)臺(tái)站節(jié)點(diǎn)都被分配有一個(gè)獨(dú)立的16 bit的二進(jìn)制地址，用來(lái)代表身份。

圖2 PDU 結(jié)構(gòu)

呼叫PDU 是主叫站用來(lái)發(fā)起鏈路建立需求或探測(cè)通信鏈路質(zhì)量需求的信號(hào)，攜帶識(shí)別碼、主被叫地址、呼叫類型和業(yè)務(wù)類型。呼叫類型標(biāo)識(shí)探測(cè)信號(hào)或建鏈信號(hào)。當(dāng)選擇探測(cè)模式時(shí)，業(yè)務(wù)類型標(biāo)識(shí)單向LQA、雙向LQA、單呼、網(wǎng)呼或全呼等。當(dāng)選擇建鏈模式時(shí)，業(yè)務(wù)類型標(biāo)識(shí)模擬話音、短消息、短信捎帶、數(shù)據(jù)流、加密通信、單呼、網(wǎng)呼或全呼等。主叫站可在臺(tái)站空閑時(shí)自動(dòng)探測(cè)所分配信道，以儲(chǔ)備鏈路質(zhì)量信息。主控有建鏈需求時(shí)，根據(jù)前期鏈路質(zhì)量信息探測(cè)結(jié)果或?qū)崟r(shí)感知結(jié)果，選取一個(gè)可用的呼叫信道發(fā)送呼叫PDU 信號(hào)。

應(yīng)答PDU 是被叫站應(yīng)答主叫站建鏈請(qǐng)求或應(yīng)答主叫站探測(cè)鏈路質(zhì)量請(qǐng)求的信號(hào)，攜帶識(shí)別碼、主被叫地址、應(yīng)答類型和根據(jù)所收到的呼叫信號(hào)計(jì)算呼叫信道的信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）。應(yīng)答類型標(biāo)識(shí)探測(cè)應(yīng)答信號(hào)或建鏈應(yīng)答信號(hào)。SNR 為量化的6 bit 信息，代表-30～32 dB。000000 代表-30 dB，111111 保留。被叫站收到呼叫PDU 后，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行解析，并判斷被呼地址是否為本臺(tái)站。若是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單呼，則直接回復(fù)應(yīng)答PDU 信號(hào)。若是組內(nèi)網(wǎng)呼，則根據(jù)臺(tái)站所在組內(nèi)編號(hào)依次在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)回復(fù)應(yīng)答PDU 信號(hào)。若是網(wǎng)呼，被叫站收到呼叫信號(hào)后無(wú)需回應(yīng)。若不是呼叫本站，記錄下計(jì)算所得信噪比并保持等待狀態(tài)。主叫站收到建鏈應(yīng)答信號(hào)后即建立鏈路，開始傳輸相應(yīng)業(yè)務(wù)。

拆鏈PDU 是通知站點(diǎn)拆鏈或指示鏈路狀態(tài)的信號(hào)，攜帶識(shí)別碼、主被叫地址、拆鏈類型和根據(jù)所收到的應(yīng)答信號(hào)計(jì)算應(yīng)答信道的SNR 或終止?fàn)顟B(tài)。拆鏈類型標(biāo)識(shí)探測(cè)拆鏈信號(hào)或建鏈拆鏈信號(hào)。當(dāng)主叫站發(fā)送探測(cè)拆鏈信號(hào)時(shí)，后6 位標(biāo)識(shí)SNR，在被叫站收到探測(cè)拆鏈信號(hào)時(shí)，即雙向LQA 探測(cè)完畢；當(dāng)發(fā)送建鏈拆鏈信號(hào)時(shí)，后6位標(biāo)識(shí)終止?fàn)顟B(tài)，包括業(yè)務(wù)傳輸完畢、重新鏈接、未有回應(yīng)以及未有更多流量等。

2.2 建鏈狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程

本文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)話音或短消息的短波寬帶快速建鏈協(xié)議，分為探測(cè)模式和建鏈模式兩種。以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫為例，探測(cè)模式分為單向LQA 和雙向LQA。單向探測(cè)采用兩次握手，雙向探測(cè)采用3 次握手。雙向探測(cè)完成后，主叫和被叫均能知道該信道的質(zhì)量信息。建鏈模式分為話音建鏈和短消息建鏈，話音建鏈采用兩次握手方式，短消息建鏈采用4 次握手方式。主叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程如圖3 所示，被叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程如圖4 所示。

圖3 主叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程

圖4 被叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程

短波通信系統(tǒng)根據(jù)操作需求，在各種狀態(tài)中不斷切換。主控有探測(cè)或建鏈需求時(shí)，優(yōu)選雙向可用信道發(fā)送呼叫信號(hào)。增加超時(shí)機(jī)制[10]：當(dāng)主叫站等待應(yīng)答信號(hào)的時(shí)間超過最長(zhǎng)呼叫等待時(shí)間時(shí)，則切換頻率繼續(xù)呼叫，直到主叫站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到被叫站的應(yīng)答信號(hào)；當(dāng)主叫站等待拆鏈信號(hào)的時(shí)間超過最長(zhǎng)等待時(shí)間時(shí)，可選擇重發(fā)或退出建鏈，而后重新建鏈；當(dāng)被叫站等待業(yè)務(wù)傳輸?shù)臅r(shí)間超過最長(zhǎng)等待時(shí)間時(shí)，則自動(dòng)退出建鏈，回歸等待狀態(tài)。

主控選擇建鏈模式時(shí)，收到應(yīng)答信號(hào)即進(jìn)入建鏈成功狀態(tài)，可進(jìn)入下一步的業(yè)務(wù)傳輸。業(yè)務(wù)通信結(jié)束后立即拆除鏈路，回到等待狀態(tài)。當(dāng)臺(tái)站為等待狀態(tài)時(shí)，短波通信系統(tǒng)持續(xù)待機(jī)，等待主控操作或被呼請(qǐng)求，并連續(xù)記錄整個(gè)寬帶信道的占用情況。

2.3 探測(cè)過程

主控有探測(cè)需求時(shí)，操作主控控制面板，選擇建鏈呼叫指令，發(fā)送呼叫信號(hào)。呼叫信號(hào)標(biāo)識(shí)探測(cè)模式，以單呼、網(wǎng)呼的方式發(fā)送給被叫站。單呼為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫，被呼地址為單個(gè)臺(tái)站的地址；網(wǎng)呼為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)呼叫，被呼地址為一個(gè)組網(wǎng)的地址，被呼對(duì)象為組網(wǎng)內(nèi)的成員。

被叫站收到呼叫信號(hào)后，根據(jù)所收到的信號(hào)計(jì)算呼叫信道的信噪比，并將信噪比通過應(yīng)答信號(hào)發(fā)送給主叫站。若主叫站為單呼，被叫站在收到呼叫本站的呼叫信號(hào)后直接回復(fù)應(yīng)答信號(hào)；若主叫站為網(wǎng)呼，被叫站識(shí)別自己是否是組網(wǎng)內(nèi)成員，如是，則根據(jù)所在組內(nèi)編號(hào)依次在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。

若主叫站選擇單向LQA，在收到被叫站的應(yīng)答信號(hào)后，記錄下呼叫信道的信噪比，并根據(jù)應(yīng)答信號(hào)計(jì)算應(yīng)答信道的信噪比值，而后該頻點(diǎn)探測(cè)完畢；若主叫站選擇雙向LQA，在收到被叫站的應(yīng)答信號(hào)后，計(jì)算應(yīng)答信道的信噪比并將其通過拆鏈信號(hào)發(fā)送給被叫站，而后該頻點(diǎn)探測(cè)完畢。

2.4 話音建鏈過程

傳統(tǒng)短波電臺(tái)話音建鏈大都采用3 次握手機(jī)制，建鏈完成后在業(yè)務(wù)信道等待業(yè)務(wù)傳輸直至收到拆鏈指令。傳統(tǒng)模式耗時(shí)長(zhǎng)，且長(zhǎng)時(shí)間占用信道資源，導(dǎo)致在實(shí)際通信時(shí)使用的并不是實(shí)時(shí)的優(yōu)選信道。而話音業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性與保真度要求較強(qiáng)，對(duì)雙向鏈路的要求較高，更適用于實(shí)時(shí)優(yōu)選頻率建鏈并通信的策略。

本文設(shè)計(jì)的話音建鏈協(xié)議采用兩次握手機(jī)制，采取呼叫信道即業(yè)務(wù)信道的模式，以減少一次確認(rèn)過程。主控有話音建鏈需求時(shí)，操作主控控制面板，選擇話音建鏈指令。話機(jī)摘機(jī)即發(fā)送呼叫信號(hào)，正確接收被叫應(yīng)答信號(hào)后系統(tǒng)即提示建鏈成功，隨即可進(jìn)行語(yǔ)音通信。通信完畢話機(jī)掛機(jī)，即釋放此條鏈路系統(tǒng)提示鏈路已拆除，達(dá)到摘機(jī)建鏈、掛機(jī)拆鏈的目的。即用即建，即建即拆，能夠更好地優(yōu)選實(shí)時(shí)可用信道，且更高效、動(dòng)態(tài)地利用短波頻譜資源。

呼叫信號(hào)標(biāo)識(shí)建鏈模式，以單呼、網(wǎng)呼或全呼的方式發(fā)送給被叫站。單呼、網(wǎng)呼與探測(cè)過程中單呼、網(wǎng)呼類似，全呼為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)呼叫，被呼對(duì)象是網(wǎng)內(nèi)的所有成員。

按呼叫方式不同，話音建鏈具體過程如下。

（1）若主叫站為單呼，被叫站在收到呼叫本站的呼叫信號(hào)后直接回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，主叫站收到應(yīng)答信號(hào)即建鏈成功，立即開始話音業(yè)務(wù)傳輸。

（2）若主叫站為網(wǎng)呼，被叫站識(shí)別自己是否是組網(wǎng)內(nèi)成員，如是，則根據(jù)所在組內(nèi)編號(hào)依次在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。組內(nèi)所有成員回復(fù)完畢后，開始話音業(yè)務(wù)傳輸。業(yè)務(wù)傳輸完畢或超過預(yù)設(shè)時(shí)限未有業(yè)務(wù)后，雙方臺(tái)站自動(dòng)拆鏈，回到等待狀態(tài)。

（3）若主叫站為全呼，被叫站在收到呼叫信號(hào)后無(wú)需回應(yīng)，直接進(jìn)入建鏈狀態(tài)，在當(dāng)前信道等待直到通信結(jié)束。主叫站在業(yè)務(wù)通信結(jié)束后，發(fā)送拆鏈信號(hào)指示鏈路釋放。若超過預(yù)定時(shí)限未有通信業(yè)務(wù)，被叫站自動(dòng)拆鏈，回歸等待狀態(tài)。

2.5 短消息建鏈過程

短波信道中存在不可避免的噪聲或干擾，影響了短波話音信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，也降低了短波話音通信的可靠性。與話音建鏈不同，短消息建鏈后，增加兩次握手，一次為消息傳輸，一次為消息確認(rèn)。增加短消息確認(rèn)機(jī)制，可確保短消息準(zhǔn)確無(wú)誤接收，提高短消息傳輸?shù)目煽啃浴６滔⒔ㄦ溈捎糜谠捯魳I(yè)務(wù)不能夠很好地進(jìn)行傳輸?shù)那闆r下或要求傳輸信息準(zhǔn)確率的情況下，發(fā)送方將語(yǔ)音短信或報(bào)文以短消息的形式發(fā)送出去。

主控有短消息建鏈需求時(shí)，操作主控控制面板，選擇短消息建鏈呼叫指令，發(fā)送呼叫信號(hào)。按呼叫方式不同，短消息建鏈具體過程如下。

（1）若主叫站為單呼，被叫站在收到呼叫本站的呼叫信號(hào)后直接回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。主叫站收到應(yīng)答信號(hào)即建鏈成功，隨即發(fā)送短消息信號(hào)。信號(hào)發(fā)送完成后，主叫站等待被叫站的拆鏈信號(hào)。被叫站收到短消息信號(hào)后，根據(jù)收到信息是否正確回復(fù)拆鏈信號(hào)。拆鏈信號(hào)標(biāo)識(shí)建鏈拆鏈和終止?fàn)顟B(tài)。

（2）若主叫站為網(wǎng)呼，被叫站識(shí)別自己是否為組網(wǎng)內(nèi)成員，如是，則根據(jù)所在組內(nèi)編號(hào)依次在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，回復(fù)完畢后在此信道等待業(yè)務(wù)傳輸。主叫站收到應(yīng)答信號(hào)，即與相應(yīng)臺(tái)站建鏈成功。組內(nèi)所有成員回復(fù)完畢后，主叫站發(fā)送短消息信號(hào)。被叫站收到短消息信號(hào)后，依次在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)回復(fù)拆鏈信號(hào)。

（3）全呼流程與話音建鏈中全呼流程相同。

3 波形設(shè)計(jì)與時(shí)序分析

根據(jù)實(shí)時(shí)話音或短消息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，新設(shè)計(jì)的短波通信系統(tǒng)，在信道的快速變化下既能實(shí)現(xiàn)快速建鏈又能保證通信質(zhì)量。以短波實(shí)時(shí)話音或短消息傳輸為例，設(shè)計(jì)了正交擴(kuò)頻波形。波形參數(shù)如下：信號(hào)帶寬為12 kHz，碼片速率為9 600 碼片/s，正交擴(kuò)頻碼采用長(zhǎng)度為128 的哈達(dá)碼序列，采用16階的正交擴(kuò)頻調(diào)制，每個(gè)擴(kuò)頻碼攜帶4 bit 信息，此時(shí)對(duì)應(yīng)的信息速率為300 b/s。

呼叫信號(hào)、應(yīng)答信號(hào)和拆鏈信號(hào)均采用此波形，波形幀結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 突發(fā)波形幀結(jié)構(gòu)

幀結(jié)構(gòu)由3 部分組成。第1 部分是傳輸電平控制/ 自動(dòng)增益控制（Transmission Level Control/Automatic Gain Control，TLC/AGC），長(zhǎng)度為480 個(gè)符號(hào)。TLC/AGC 分別作用于發(fā)方電臺(tái)和收方電臺(tái)，可使同步前導(dǎo)序列輸入前狀態(tài)趨于穩(wěn)定，消除部分失真現(xiàn)象。第2 部分是同步前導(dǎo)序列，用于快速初始同步并提供時(shí)間和頻率校準(zhǔn)，采用一個(gè)長(zhǎng)度為511 的m 序列。為了接收端能夠進(jìn)行快速傅里葉變換（Fast Fourier Transformation，F(xiàn)FT），在m 序列后補(bǔ)上1 個(gè)符號(hào)。m 序列實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且比Walsh 正交序列有更好的隨機(jī)性和自相關(guān)性。第3 部分是信息序列，即經(jīng)過擴(kuò)頻、加擾的PDU 信號(hào)，長(zhǎng)度為1 536 個(gè)符號(hào)。突發(fā)波形的符號(hào)速率為9 600 Baud，占用時(shí)長(zhǎng)約為0.263 s。

在單呼場(chǎng)景下，主叫優(yōu)選一個(gè)可用頻率，建鏈成功所需時(shí)間如表1 所示，其中呼叫和應(yīng)答信號(hào)各占時(shí)0.263 s，鏈路周轉(zhuǎn)為收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間，占時(shí)0.05 s。當(dāng)該頻率可通時(shí)，單呼建鏈共占時(shí)0.626 s。

表1 建鏈所需時(shí)間

本文設(shè)計(jì)的短波寬帶快速建鏈協(xié)議基于全頻段接收機(jī)，無(wú)需等待駐留信道或在選定信道上呼叫足夠時(shí)間。與現(xiàn)有短波通信系統(tǒng)相比（如文獻(xiàn)[11]方案A 建鏈用時(shí)3.07 s，方案B 建鏈用時(shí)3.24 s），建鏈用時(shí)大大縮短，對(duì)話音或短消息這種數(shù)據(jù)量較小的業(yè)務(wù)，能達(dá)到即建即拆的預(yù)期效果。

4 仿真分析

下面仿真加性高斯白噪聲（Additive White Gaussian Noise，AWGN）信道下和多徑衰落（兩徑增益0 db，多徑時(shí)延2 ms，衰落1 Hz）信道條件下建鏈系統(tǒng)的性能曲線。統(tǒng)計(jì)本文方案的PDU 錯(cuò)誤概率和建鏈成功率，并與文獻(xiàn)[11]中同樣采用一路12 kHz 帶寬信號(hào)的方案B 進(jìn)行對(duì)比，波形參數(shù)如表2 所示。由表2 可以看出，兩種方案在信號(hào)帶寬、傳輸速率和進(jìn)制數(shù)上是一樣的，不同的是編碼方式、信息比特?cái)?shù)和擴(kuò)頻碼長(zhǎng)。

表2 本文設(shè)計(jì)波形與文獻(xiàn)[11]設(shè)計(jì)波形的參數(shù)

待發(fā)符號(hào)經(jīng)波形成型和載波調(diào)制后發(fā)出。信號(hào)接收采用Hilbert 變換、下采樣、去載波、相關(guān)FFT等處理，最后去擾、解擴(kuò)提取有效信息。AWGN 信道下，仿真結(jié)果如圖6和圖7所示；多徑衰落信道下，仿真結(jié)果如圖8 和圖9 所示。

圖6 AWGN 信道下PDU 錯(cuò)誤概率

圖7 AWGN 信道下建鏈成功率

圖8 多徑衰落信道下PDU 錯(cuò)誤概率

圖9 多徑衰落信道下建鏈成功率

本文在擴(kuò)充信息比特后，采取無(wú)編碼方式，同時(shí)將擴(kuò)頻碼長(zhǎng)提高一倍，能夠換取應(yīng)用卷積編碼帶來(lái)的增益。建鏈成功率是指呼叫信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)均完全接收正確的概率。從圖6 和圖7 可以看出，在AWGN 信道條件下，本文方案比文獻(xiàn)[11]方案B 在PDU 錯(cuò)誤概率為10-3時(shí)，信噪比改善約1.5 dB；在信噪比為-12 dB 時(shí)，本文方案改善明顯，可接近98%的建鏈成功率。從圖8 和圖9 可以看出，在多徑衰落信道條件下，本文方案比文獻(xiàn)[11]方案B 在PDU 錯(cuò)誤概率為10-3時(shí)信噪比改善約1.2 dB；在信噪比為-4 dB 時(shí)，本文方案改善明顯，可接近98%的建鏈成功率。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了一種基于短波全頻段接收機(jī)實(shí)時(shí)接收處理的短波話音與短消息寬帶建鏈協(xié)議。采用系統(tǒng)優(yōu)選可用信道而后立即建鏈通信，通信完畢后立即拆鏈的策略，設(shè)計(jì)了話音建鏈與短消息建鏈方案。從建鏈系統(tǒng)的架構(gòu)、建鏈協(xié)議、波形設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行闡述，并對(duì)PDU 錯(cuò)誤概率和建鏈成功率進(jìn)行了分析比較，體現(xiàn)了本文方案的優(yōu)越性，能夠縮短建鏈時(shí)間，提高建鏈成功率，比傳統(tǒng)短波建鏈方法效能更高。