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跳頻通信系統FCS技術研究
【摘要】在有中心組網的跳頻通信系統中，為了對抗阻塞干擾，提出了系統FCS技術。利用專用信道進行實時信道質量檢測，并選取最優信道進行通信。經工程實踐分析，系統FCS技術可有效提高抗阻塞干擾能力，降低丟包率，提高通信質量。
【關鍵詞】跳頻通信 空閑信道 掃描 最優信道 抗阻塞干擾
一、引言
空閑信道掃描(FCS，Free Channel Scan)是無線通信終端抗干擾接入的關鍵技術。本文基于專用的寬頻段、多信道、有中心組網的跳頻通信系統，開展FCS及其關鍵技術研究。
首先，概述了基于TDMA的通信系統架構，具體如圖1所示，圖1中綠色區域與FCS技術相關。PHY層包括TDMA空中接口、邏輯信道、同步(位同步、頻率同步、幀同步);MAC層包括信道編碼(Turbo編碼、循環冗余檢驗CRC校驗)、信道質量檢測;RRC層包括頻率資源管理(工作頻率表、基站接收信道的質量排序、通信最佳頻率的映射表)、信道資源管理(信道連接狀態指示、信道連接恢復)。
RRC層功能實體對每一段的信道號進行隨機排列，減少基站各段的頻率碰撞。系統每次開機時RRC層功能實體得到基站編號，并重新計算和更新頻率表�；竞鸵苿佑脩襞_利用通信過程中邏輯信道的信道質量檢測結果對所有頻率的接收質量進行排序，將排序結果保存在列表中，并實時進行更新維護。
基站和移動用戶臺根據信道質量排序結果列表，計算出下一次通信使用的最佳信道和備用信道�；矩撠熡嬎闵闲械淖罴淹ㄐ蓬l率，移動用戶臺負責計算下行的最佳通信頻率。由于系統是有中心組網的星型結構，基于基站與移動用戶臺間通信距離在覆蓋范圍內，基站計算的最佳上行通信頻率所有移動用戶臺可以共用，移動用戶臺計算的最佳下行通信頻率只能對應本移動用戶臺使用。
在通信過程中基站和移動用戶臺通過控制信道互相交換計算的最佳上下行通信信道，保存在列表中。
其次，概述FCS基本原理，對其中信道質量檢測和信道優化技術作了重點研究。
最后，通過系統實測試驗，給出不同阻塞干擾情況下的信道丟包率統計表、信道在阻塞干擾下的躲避響應時間表。
二、FCS基本原理
FCS是一種抗阻塞干擾接入技術，應用于有中心組網的系統，其基本工作原理如圖2所示，信道掃描過程如下：
(1)基站和移動用戶預置若干個頻率點作為工作頻率，基站和移動用戶實時進行全頻段信道掃描接收，記錄各頻點的信號場強、誤碼率等信息，同時判斷是有用信號還是干擾信號，并進行統計分析，得到己方最佳接收頻率集合，最后匯總到基站進行分析和信道頻率分配。
(2)通信業務開始時，基站通過信令和廣播的方式為移動用戶分配最佳接收和發射頻率。通信過程中，基站和移動用戶可實時掃描信道狀態，并更新己方最佳頻率集合;如果當前頻率受到干擾，可啟用最佳頻率集合中備份頻率進行通信。信道掃描和頻率更新時不影響通信業務過程。結束后，釋放該信道，雙方重新退回到信道掃描狀態。
三、信道質量檢測和信道優化技術
對于各個邏輯信道的信道質量檢測，主要依靠對同步幀的誤碼統計及FEC解碼結果的誤碼統計來進行檢測。其中，對于同步邏輯信道(同步幀)，依據卡薩米序列相關器輸出的錯誤比特數進行信道質量統計。對于控制邏輯信道和業務邏輯信道依靠解碼器輸出的誤碼統計結果進行信道質量統計。
信道質量檢測和優化算法如圖3所示：
圖3信道質量檢測和優化原理框圖
從空口收到的頻率信號經解調后，在基帶同時進行同步邏輯信道處理、業務和信令邏輯信道處理。其中同步邏輯信道采用相關碼卡薩米序列檢測并輸出信道質量統計值。業務和信令邏輯信道采用迭代譯碼和幀誤碼分析輸出該信道質量統計值。統計出跳頻信道質量等級，并據此進行信道頻率優化處理，最終根據最優信道生成跳頻頻率，用于通信。
系統的信道質量檢測結果除了用于選取最優信道，還可用于上行信道質量的統計，作為頻率規劃的評價。
四、測試參數和結論
TDMA空中接口結構由突發跳、時隙、幀、復幀和超幀組成。1個時隙時長為10ms，由1個同步突發跳和1個業務/接入控制突發跳組成;1個TDMA幀時長為40ms，由4個時隙組成;1個復幀時長為160ms，由8個TDMA幀組成;1個超幀時長為8×160=1280ms，由8個復幀組成。
基站與移動用戶臺中預置上行和下行兩個頻率表作為FCS的頻率表，每個頻率表中包含32個頻率，下行頻率表按照合路器的規則分為4段，每段包含8個頻率。
系統各邏輯信道的前向糾錯編碼(FEC)采用Turbo編碼和CRC校驗方式。系統采用的碼率R為1/3，自由距離為6，E/N是信噪比。Turbo碼的漸進性能為：
(1)
通過使用CRC碼對傳輸數據塊進行快速檢錯和差錯控制，保證誤檢率在規定范圍以內。本系統采用CRC-16 CRC校驗方式，對編碼后的數據塊添加CRC。CRC生成多項式如式(2)所示：
G(X)=x16+x15+x2+1(2)
本系統將每個頻率的信道干擾分為5個干擾等級，這5個等級包括了整個信號強度的檢測范圍。干擾等級范圍決定了檢測的精細程度。但是在不同的通信環境和用戶需求下，信道質量的精細程度不同，可通過參數進行配置。
基站和移動用戶臺保存4～8對以上最佳通信頻率對，其中下行最佳通信頻率分布在4個頻段內。當呼叫流程開始時，基站RRC實體根據業務邏輯信道對應的物理信道和時隙位置，選擇分配其中的一對頻率進行通信。
根據相關工程實踐的試驗結果，對本系統應用FCS技術前后的抗阻塞干擾性能進行對比。由表1可知，當系統采用FCS技術時，系統在80%以上的阻塞干擾下仍能正常通信，丟包率小于10%，話音質量為4分。
當系統采用FCS技術時，在通信過程中利用干擾車進行特定頻段的阻塞干擾時，系統開始進行頻率更新過程，如表2所示。由此可知，當某一頻點被阻塞干擾時，由CCCH和業務信道統計的誤碼率測量結果較接近理想結果，干擾等級均為5，頻點更新時間在2s以內，提高了通信質量，確保數據和話音傳輸的可靠性。
綜合上述試驗數據和分析，本文所述的FCS技術可以有效地提高抗阻塞干擾能力，降低丟包率，提高通信質量。
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