[发明专利]高吞吐量、延时敏感无线网络的低截获信号传输系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种适用于高吞吐量、延时敏感无线网络的低截获信号传输系统及方法。

背景技术

网络的多址接入技术通常是指网络节点通过共享信道实现相互连接访问的技术。为了实现网络互联，不同节点必须通过公共信道相互通信。由于这种接入或访问网络的过程实际上表现为占用信道的过程，因此又称为信道接入技术。在信道接入协议中，影响信道利用率的两个基本问题是：第一，信道资源分配。信道资源分配方式与通信业务密切相关，不同业务要求与之相适应的资源分配方式；第二，一定资源分配方式下的调度算法，该算法决定了多址接入协议的实现复杂度。信道资源分配是多址接入协议的基础，特别在无线通信网络中，信道资源分配方式决定了网络的信号波形。因此在信道接入协议设计时，应首先确定满足网络性能需求的信号波形。

若信道资源分配可随用户需求的改变而变化，则该多址接入方式称为动态信道接入。动态信道接入由于能够对业务需求表现出自适应性，因而具有较高的信道利用率。根据全网时钟是否同步，动态信道接入可分为：异步接入与同步接入。其中，异步信道接入可分为基本的随机接入协议(ALOHA类协议)以及基于监听的随机接入协议(CSMA类协议)。而同步信道接入主要包括基于预约的动态接入协议(动态TDMA协议)。根据节点共享的信道数量，动态信道接入又可分为单信道协议及多信道协议。单信道协议是指网络中只有一个共享信道，所有控制分组、数据分组都在同一个信道上收发，这种半双工系统在某些情况下无法满足网络吞吐量及实时性要求。例如，假设某网络平均吞吐量为10Mbps，而节点最大吞吐量为2Mbps，因此任意时刻网络内至少有5个2Mbps的数据流同时进行传输。若网络包括100个用户，这意味着任意时刻至少有5％的用户在同时发送分组，等效于每个用户的发送占空比至少为5％(若网络用户更少，则发送占空比更高)。对于半双工系统，5％的发送占空比意味着在接收时平均有5％的数据分组要丢失，超出了网络正常运行所要求的1％误包率。要使网络正常运行，该信号波形必须实现全双工并行传输。这说明单信道半双工系统无法实现某些高吞吐量网络。另外，由于网络接入延迟的限制，不允许当前业务等待其他业务接收完毕后或者等待向发送节点发送停止指令后再接入信道。这表明单信道半双工系统同样无法适用于某些延时敏感网络。由此看出，某些情况下单信道半双工传输系统严重制约了网络总体性能，因此只有考虑采用多信道全双工传输体制才能满足上述网络对吞吐量及实时性的需求。

在多信道协议中，“多信道”既可以是多个逻辑信道，也可以指多个物理通道。而多个相互独立的物理信道是实现全双工传输的基础。多信道协议主要采用FDMA、CDMA等信道资源分配方式。对于FDMA，N个信道分别占用N个互不重叠的频带，每个频带是总带宽的1/N。这种资源分配方式简单，但信道接入的灵活性、扩展性不足，且抗干扰、低截获性能较低；而对于CDMA，信道资源采用不同的扩频地址码进行划分。在动态分布式网络中，若采用直扩方式，必须采用复杂的功率控制算法来克服远近效应所带来的不利影响。而采用跳扩方式不但没有远近效应，而且具有灵活的多址组网能力及良好的安全保密性能。此外，对于多信道协议，若采用同步分配类接入方式，可将信道划分为一个控制信道和若干数据信道。相邻节点在每一帧的预约周期内、通过在控制信道上交换控制分组来竞争信道资源(频道与码字)以保证在后续业务周期内无冲突的占用时隙。若竞争失败，该节点必须等待下一帧再次进行信道预约。这种基于预约的动态TDMA接入协议具有较低的分组冲突概率和较高的信道利用率，适于定长分组且周期性较强的高负载业务，但业务接入时间可能会由于冲突而被随机推迟，不能确保延时敏感业务的实时接入。若采用异步竞争接入方式，不但可以避免资源调度所带来的大量控制开销，而且可有效提高信道接入的实时性，更适合以突发业务为主的延时敏感网络。但异步接入方式必须采取有效的冲突避免及接入控制机制来确保不同类型业务合理占用信道资源。

发明内容

本发明的目的是为了解决高吞吐量、延时敏感无线网络的多址接入问题，提供一种能够实现多通道、全双工传输且具有低冲突概率及低截获特征的信号传输系统及方法。

本发明的高吞吐量、延时敏感无线网络中低截获信号的传输系统，包括综合消息处理器、发射机、接收机、网络管理器和全双工宽带天线；

综合消息处理器通过分组打包、组帧封装格式化处理，按照网络层、链路层协议将用户信息形成若干消息分组并送入发射机；同时根据网络层、链路层协议对接收机输出的消息分组进行逆操作，提取出相应的用户信息；