CN112436911B - 一种用于数据链的信道状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数据链的信道状态检测装置设计方法。在该方法中，所述信道状态检测装置包括统计时间窗计时模块、字统计模块、脉冲数统计模块、信道占用率计算模块；其中，统计时间窗计时模块用于根据数据链端机天线的感应信号启动和停止计时器；字统计模块用于获得统计时间窗内所接收数据链脉冲信号的总字数；脉冲数统计模块用于获得所述数据链脉冲信号的总脉冲数；信道占用率计算模块用于计算信道占用率。在本发明所公开的技术方案中，对数据链信道状态的判断是采用多层综合判断得到的，从而能够更准确的反应当前信道状态，解决了现有技术中只依靠单层方式进行信道状态检测方法存在的不足。

Description

一种用于数据链的信道状态检测装置

技术领域

本发明涉及一种信道状态检测装置，尤其涉及一种用于数据链的信道状态检测装置。

背景技术

数据链是多个用户共享同一信道进行信息交互的数据通信网络。当多个用户同时接入信道传输数据时，数据将在信道上互相碰撞并影响接收，导致浪费宝贵的信道资源，降低通信性能。所以就需要网络协议来协调安排信道资源的使用，使各用户以有效的方式接入信道，高效、公平、合理地共享有效的带宽资源，实现用户之间的有效通信，实时传输作战信息。一个网络协议设计的好坏决定数据的成功传输概率、吞吐量、平均传输时延、公平性、稳定性等性能指标的优劣。

判断数据链信道状态，控制数据链信息接入信道时机，是降低数据链信息产生冲突的重要技术手段。在现有文献中，判断数据链的信道状态主要有两类方法。一类方法是通过数据链端机的物理层统计接收到的脉冲数量来监测数据链信道占用状态。然而数据链网络是多用户之间进行的信息交互，易发生信号冲突，当信道中发生脉冲碰撞时，事实上好多脉冲数据包因发生碰撞没有接收到。因此，单一依靠数据链物理层难以统计脉冲的真实数量，从而无法正确估计当前的数据链信道状态。另一类方法是采用广播消息的方式，通过预先设置广播消息格式，数据链网内各成员通过所述广播消息将近一段时间内发送的脉冲数量以广播的形式发送给网内其它成员，网内各成员通过收集所述广播消息所包括的发送脉冲情况，以此判断数据链信道状态。这类方法克服了物理层统计脉冲的方式，但所述广播消息的发送，必然占用一定的信道带宽，降低了信道资源利用效率，另外，由于所述广播消息的发送，也增加了数据链消息的端到端时延，降低了信息发送的实时性。

因此，如何准确检测数据链信道的状态，以降低网络内各用户交互信息的冲突概率，是现有数据链信道状态检测需要解决的难点问题。

发明内容

本发明的目的是公开一种数据链信道状态检测装置，以提高数据链信道状态检测的准确性，并保持数据链信道资源的利用以及数据链信息传输的实时性。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种用于数据链的信道状态检测装置，所述检测装置包括统计时间窗计时模块、字统计模块、脉冲数统计模块、信道占用率计算模块；其中，

所述统计时间窗计时模块：用于根据数据链端机天线的感应信号启动和停止计时器；当数据链端机天线感应接收到数据链脉冲信号时，触发启动统计时间窗计时，即统计时间窗开始，并向所述字统计模块发送启动信号；当连续一个时隙长度没有感应接收到数据链脉冲信号时，停止计时，即统计时间窗计时结束，并将统计时间窗的大小输出至所述信道占用率计算模块；

所述字统计模块：用于获得统计时间窗内所接收数据链脉冲信号的总字数；所述字统计模块接收到所述统计时间窗计时模块的启动信号后，接收并处理所接收数据链脉冲信号的消息字格式信号；所述消息字格式信号通过字格式判断，获得所述消息字格式信号的初始字，再查找得到所述初始字的“消息长度指示符”数据字段，通过解读所述“消息长度指示符”数据字段内容，获得所述数据链脉冲信号的总字数，并将所述总字数输出至所述脉冲数统计模块；

所述脉冲数统计模块：用于获得所述数据链脉冲信号的总脉冲数；接收所述字统计模块发送来的所述数据链脉冲信号的总字数，通过设置消息字长度、报头字比特数以及单个脉冲所携带信息位数，计算所述数据链脉冲信号的总脉冲数：

并将所述总脉冲数输出至所述信道占用率计算模块；

所述信道占用率计算模块：用于计算信道占用率；所述信道占用率计算模块接收所述统计时间窗计时模块发送来的统计时间窗的大小以及所述脉冲数统计模块发送来的总脉冲数，通过设置数据链脉冲周期时间、总跳频频点数，计算信道占用率：

进一步，在本发明所公开的技术方案中，在所述字统计模块中，所述数据链脉冲信号的总字数与所述“消息长度指示符”数据字段满足关系式：

所述数据链脉冲信号的总字数＝所述“消息长度指示符”数据字段指示的字数+1。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，在所述字统计模块中，所述的字格式判断方法为：依据数据链J消息格式编码方法进行判断，当消息字的第0位和第1位所携带的数字信息为00时，该字为初始字。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，在所述脉冲数统计模块中，所述消息字长度为75bit，所述报头字比特数为35bit，所述单个脉冲所携带信息位数为5bit。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，在所述信道占用率计算模块中，所述脉冲周期时间大小为13μs，所述总跳频频点数为51。

进一步，在本发明所公开的技术方案中，在所述统计时间窗计时模块中，所述统计时间窗的值是可变的。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

在本发明所公开的技术方案中，所述检测装置设计方法包括统计时间窗计时模块、字统计模块、脉冲数统计模块、信道占用率计算模块；通过统计时间窗计时模块根据数据链端机天线的感应信号启动和停止计时器；通过字统计模块获得统计时间窗内所接收数据链脉冲信号的总字数；通过脉冲数统计模块获得所述数据链脉冲信号的总脉冲数；通过信道占用率计算模块计算信道占用率。在现有技术中，依靠单一物理层统计数据链信道状态，会因无法统计发生碰撞时的脉冲数据，导致信道状态检测不准确；在现有技术中，会因专门设置专用广播消息统计信道状态，导致数据链信道资源利用率下降以及数据链信息传输实时性下降；而在本发明所公开的技术方案中，上述问题都得以解决，既提高了信道状态检测的准确性，又保障了数据链信息传输的实时性。

因此，与现有技术相比，本发明所公开的技术方案，通过数据链多层联合判断信道状态，解决了现有技术中存在的不足，不仅能够正确获得当前数据链信道的占用情况，还保障了数据链系统的信道资源利用率以及信息发送的实时性。

本发明的其它优点和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明实施例所公开的信道状态检测装置组成示意图

图2是本发明实施例所公开的初始字结构图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

对数据链信道状态的正确判断，是降低数据链信号产生冲突的重要技术措施。在现有技术中，主要有两类方法。一类方法是在物理层，直接通过数据链端机计数所接收到的脉冲数量来判断信道的状态；但是，事实上好多数据链脉冲信号因发生碰撞而没有准确统计接收到，无法进行正确统计信道状态。因此，单一依靠数据链物理层难以统计脉冲的真实数量，从而无法正确估计当前的数据链信道状态。另一类方法，是通过数据链链路层获得已发送数据链脉冲的数量，该方法设置有专用的广播消息，通过该广播消息向网内成员告知已发送的脉冲数，网内各成员通过收集所述广播消息所包括的发送脉冲数情况，以此计算并判断数据链信道状态。但所述专用的广播消息发送，必然会占用一定的信道带宽，降低信道资源利用效率；另外，由于所述广播消息的发送，也增加了数据链消息的端到端时延，降低了信息发送的实时性。

为了解决现有技术中存在的问题，提高数据链信道状态判断的准确性，同时保持现有数据链系统频率资源利用率和信息传输实时性不变，本发明实施例公开了一种用于数据链的信道状态检测装置。如图1所示，所述检测装置设计方法包括统计时间窗计时模块、字统计模块、脉冲数统计模块、信道占用率计算模块。

所述统计时间窗计时模块：用于根据数据链端机天线的感应信号启动和停止计时器；当数据链端机天线感应接收到数据链脉冲信号时，触发启动统计时间窗计时，即统计时间窗开始，并向所述字统计模块发送启动信号；当连续一个时隙长度没有感应接收到数据链脉冲信号时，停止计时，即统计时间窗计时结束，并将统计时间窗的大小输出至所述信道占用率计算模块；

所述字统计模块：用于获得统计时间窗内所接收数据链脉冲信号的总字数；所述字统计模块接收到所述统计时间窗计时模块的启动信号后，接收并处理所接收数据链脉冲信号的消息字格式信号；所述消息字格式信号是所述数据链端机接收到的数据链脉冲信号经物理层接收处理后，再经链路层、传输层、应用层进行消息字格式解读后获得；所述消息字格式信号通过字格式判断，获得所述消息字格式信号的初始字，再查找得到所述初始字的“消息长度指示符”数据字段，通过解读所述“消息长度指示符”数据字段内容，获得所述数据链脉冲信号的总字数，并将所述总字数输出至所述脉冲数统计模块；

所述脉冲数统计模块：用于获得所述数据链脉冲信号的总脉冲数；接收所述字统计模块发送来的所述数据链脉冲信号的总字数，通过设置消息字长度、报头字比特数以及单个脉冲所携带信息位数，计算所述数据链脉冲信号的总脉冲数：

并将所述总脉冲数输出至所述信道占用率计算模块；

所述信道占用率计算模块：用于计算信道占用率；所述信道占用率计算模块接收所述统计时间窗计时模块发送来的统计时间窗的大小以及所述脉冲数统计模块发送来的总脉冲数，通过设置数据链脉冲周期时间、总跳频频点数，计算信道占用率：

在本发明实施例所公开的技术方案中，基于数据链端机天线感应接收数据链脉冲信号，以触发统计时间窗启动以及字统计模块的启动，统计所接收到的数据链脉冲信号，提高了对信道状态检测的灵活性和准确性。所述字统计模块接收到所述统计时间窗计时模块的启动信号后，接收并处理数据链脉冲信号的消息字格式信号。所述消息字格式信号是所述数据链端机接收到的数据链脉冲信号经物理层接收处理后，再经链路层、传输层、应用层进行消息字格式解读后获得；所述数据链端机物理层对所接收到的数据链消息进行接收处理，包括滤波、变大、变频、解扩、解调、解码、去交织等，相关技术在现有数据链技术已公开，这里不再赘述。数据链物理层包括了不仅包含了信息传输相关技术措施，还包含了多项抗干扰措施，如美军美军的TTNT数据链、Link-16数据链物理层均采用了跳频、跳时、纠错编码、交织等技术，即使数据链脉冲信号在信道上传输时发生了碰撞，在数据链端机接收时通过物理层的抗干扰技术措施处理，发生碰撞的数据链脉冲信号仍有一定的概率被成功恢复。因此，所述数据链脉冲信号经物理层接收处理后，再经链路层、传输层、应用层进行消息字格式解读后，大幅提高了对所接收数据链脉冲信号的统计准确性，从而克服了现有技术中依靠单一物理层无法正确统计数据链脉冲数量的不足。

在本发明实施例所公开的技术方案中，以美军J消息格式的数据链为例，来阐述所述字统计模块如何进行字结构分析和字格式判断。采用J消息格式的数据链系统，如美军TTNT数据链、Link-16数据链等。J消息格式，其构成消息是采用字格式为基本单位，每个字的大小为75bit，字格式包括三种类型，即初始字、扩展字和继续字。初始字用于包含消息最基本的数据信息；扩展字用于传输与基本数据逻辑上关系密切的信息，同一类消息的扩展字格式唯一；继续字则传输相应的附加信息，同一类消息可有多种不同格式的继续字。对初始字、扩展字、继续字的区分是靠每个字中的字格式字段中的2bit字头(0～1位)来识别的。00表示初始字，10表示扩展字，01表示继续字。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述字统计模块的字格式判断方法为：依据数据链J消息格式编码方法进行判断，当消息字的第0位和第1位所携带的数字信息为00时，该字为初始字。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，J系列消息是固定格式的消息，字的长度和三种字的顺序是固定的，而消息长度并不是固定的。初始字格式的结构图如图2所示。主要包括字格式、标识、子标识、消息长度指示符、信息字段和奇偶校验共6个数据字段。其中消息长度指示符在第10位至第12位，共有3bit，表示所接收到消息中，其初始字后面的扩展字和继续字的总数。消息长度指示符的二进制数字信息状态与所指示的字数一一对应，000表示字数为0，001表示字数为1，010表示字数为2，011表示字数为3，100表示字数为4，101表示字数为5，110表示字数为6，111表示字数为7。因此，可以通过解读初始字中的“消息长度指示符”数据字段的内容，获得所接收消息的总字数。

在本发明实施例所公开的技术方案中，所述字统计模块所接收处理的是经数据链物理相关传输技术和抗干扰技术接收处理后，再经链路层、传输层、应用层进行消息字格式解读后获得，因此，即使数据链脉冲信号在信道传输过程中产生冲突，通过物理层接收处理，再经链路层、传输层、应用层进行消息字格式解读后的消息字格式信号，恢复了产生冲突的数据链脉冲信号。根据相关文献研究成果可知，当30％的数据链脉冲信号产生冲突时，仍然可以通过相关传输技术和抗干扰技术接收恢复。因此，所述字统计模块通过解读初始字中的“消息长度指示符”数据字段的内容获得所接收消息的总字数，能够更准确地统计数据链端机接收的脉冲数，有效解决了现有技术中依靠单一物理层统计数据链信道状态时因无法统计发生碰撞脉冲数据所带来的不准确性，提高了对数据链信道状态检测的准确性。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述字统计模块中脉冲信号的总字数与所述“消息长度”数据字段满足关系式：

所述脉冲信号的总字数＝所述“消息长度”数据字段指示的字数+1。

数据链消息的传输是通过载波调制实现的，将待传输的信息加载到载波上，以脉冲的形式送往天线进行发射。如美军的TTNT数据链、Link-16数据链，是通过MSK调制将待传输的消息加载到载波上，并以5bit为一组，进行调制，数据链端机所辐射的射频信号是成串的脉冲信号，每个脉冲的持续时间为6.4μs，脉冲之间的间隔是6.6μs。因此，此时，每个脉冲携带的信息位数l为5bit，脉冲周期时间T_S为13μs。

进一步，在现有技术中，每个数据链消息都是以报头字开头，后面跟着多个字，包括初始字、扩展字和/或继续字。报头字的作用是帮助数据链端机正确解释和处理所接收的消息。对于J消息格式来说，报头字比特数为35bit。报头字的发送也必然会占用信道频率资源和消息发送时间。因此，所述脉冲数统计模块在统计数据链端机所接收到的数据链消息的脉冲数时，应当将报头字包含在内。

为了提高数据链消息的抗干扰能力，数据链系统通常采用跳频等抗干扰措施，如美军的TTNT数据链、Link-16数据链都采用了跳频技术。在采用跳频技术时，传输信息的载频是从微波L波段宽255MHz频段内共51个频点上伪随机选取。采用跳频技术，使其难以被跟踪捕获发射信号频率，降低检测概率，从而大大增强了抗干扰能力。

优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，在所述信道占用率计算模块中，所述脉冲周期时间大小为13μs，所述总跳频频点数为51。

优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，当字长度＝75bit，报头字比特数＝35bit，单个脉冲所携带信息位数＝5bit时，所述脉冲数统计模块所统计的数据链脉冲信号的总脉冲数与总字数、消息字长度、报头字比特数以及单个脉冲所携带信息位数之间满足关系式：

依据上述关系式，所述脉冲数统计模块获得数据链脉冲信号的总脉冲数。

进一步，优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，当脉冲周期时间＝13μs、总跳步频点数＝51时，所述信道占用率与所述总脉冲数、脉冲周期时间、总跳频频点数以及统计时间窗满足关系式：

依据上述公式，所述信道占用率计算模块计算信道占用率。

在本发明实施例所公开的技术方案中，所述信道占用率计算模块将计算得到的信道占用率输出至数据链MAC层，以控制数据链脉冲信号送往天线发送，减小与网内其它用户产生冲突的概率。

进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述统计时间窗的大小是灵活可变的。所述统计时间窗计时模块根据数据链端机天线的感应信号启动和停止计时器。因此，可根据信道的忙闲变化自动调整统计时间窗的大小，与固定统计时间窗实现脉冲数统计的方式相比，能够更好的反映当前的信道状况，提高了信道状态检测的准确性和灵活性。当数据链端机天线感应接收到数据链脉冲信号时，触发启动统计时间窗计时，即统计时间窗开始，并向所述字统计模块发送启动信号；当连续一个时隙长度没有感应接收到数据链脉冲信号时，停止计时，即统计时间窗计时结束。优选的，所述一个时隙长度的大小为7.8125ms。如果连续2个以上(包括2个)时隙长度时间，所述信道占用率计算模块未收到所述脉冲数统计模块发来的总脉冲数，则置信道占用率为0，即认为当前数据链信道状态为空闲。

在本发明实施例所公开的技术方案中，是通过数据链物理层感应数据链脉冲信号的到来，触发统计时间窗计时模块中的统计时间窗启动计时；通过物理层对接收到的数据链脉冲信号进行接收处理以及链路层、传输层、应用层对所述接收到数据链脉冲信号进行字结构解读，以及字统计模块进行字格式判断，提取“消息长度指示符”数据字段，得到所接收到的数据链脉冲信号的脉冲数，再根据信道占用率与所述总脉冲数、脉冲周期时间、总跳频频点数以及统计时间窗满足关系式计算得到信道占用率，以此判断数据链信道状态。因此，在本发明实施例所公开的技术方案中，对数据链信道状态的判断是采用多层综合判断得到的，从而能够更准确的反应当前信道状态，解决了现有技术中只依靠单层方式进行信道状态检测方法存在的不足。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列的运用方式。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种用于数据链的信道状态检测装置，其特征在于，包括统计时间窗计时模块、字统计模块、脉冲数统计模块、信道占用率计算模块；其中，

所述统计时间窗计时模块：用于根据数据链端机天线的感应信号启动和停止计时器；当数据链端机天线感应接收到数据链脉冲信号时，触发启动统计时间窗计时，即统计时间窗开始，并向所述字统计模块发送启动信号；当连续一个时隙长度没有感应接收到数据链脉冲信号时，停止计时，即统计时间窗计时结束，并将统计时间窗的大小输出至所述信道占用率计算模块；

所述字统计模块：用于获得统计时间窗内所接收数据链脉冲信号的总字数；所述字统计模块接收到所述统计时间窗计时模块的启动信号后，接收并处理所接收数据链脉冲信号的消息字格式信号；所述消息字格式信号通过字格式判断，获得所述消息字格式信号的初始字，再查找得到所述初始字的“消息长度指示符”数据字段，通过解读所述“消息长度指示符”数据字段内容，获得所述数据链脉冲信号的总字数，并将所述总字数输出至所述脉冲数统计模块；所述数据链脉冲信号的总字数与所述“消息长度指示符”数据字段满足关系式：

所述数据链脉冲信号的总字数＝所述“消息长度指示符”数据字段指示的字数+1；

所述脉冲数统计模块：用于获得所述数据链脉冲信号的总脉冲数；接收所述字统计模块发送来的所述数据链脉冲信号的总字数，通过设置消息字长度、报头字比特数以及单个脉冲所携带信息位数，计算所述数据链脉冲信号的总脉冲数：

并将所述总脉冲数输出至所述信道占用率计算模块；

所述信道占用率计算模块：用于计算信道占用率；所述信道占用率计算模块接收所述统计时间窗计时模块发送来的统计时间窗的大小以及所述脉冲数统计模块发送来的总脉冲数，通过设置数据链脉冲周期时间、总跳频频点数，计算信道占用率：

2.根据权利要求1所述的用于数据链的信道状态检测装置，其特征在于，在所述字统计模块中，所述的字格式判断方法为：依据数据链J消息格式编码方法进行判断，当消息字的第0位和第1位所携带的数字信息为00时，该字为初始字。

3.根据权利要求1所述的用于数据链的信道状态检测装置，其特征在于，在所述脉冲数统计模块中，所述消息字长度为75bit，所述报头字比特数为35bit，所述单个脉冲所携带信息位数为5bit。

4.根据权利要求1所述的用于数据链的信道状态检测装置，其特征在于，在所述信道占用率计算模块中，所述脉冲周期时间大小为13μs，所述总跳频频点数为51。

5.根据权利要求1所述的用于数据链的信道状态检测装置，其特征在于，在所述统计时间窗计时模块中，所述统计时间窗的值是可变的。

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