基于频谱感知的TDMA接入技术论述

[摘 要]信息化时代的到来使得各种仪器设备对技术的智能化水平要求不断提高，传统网络采用的固定频谱分配方式已经不再满足使用的要求。电磁环境具有较强的复杂性和变化性，在数据传输的过程中容易受到各种干扰，从而影响通信的质量，甚至导致通信的中断。认知无线技术是一种智能化程度很高的通信技术，能够及时有效的感知无线环境中的不可用频点，对网络资源进行重新分配。本文根据频谱感知的特点进行了分析，并提出了TDMA帧结构在频谱感知中的接入方法，希望能够为数据链网络的改进提供一定的参考。

[关键词]频谱感知 TDMA接入技术 动态频谱接入

中图分类号：S986 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0213-01

数据链从本质上来说是一个控制和指挥调度的系统，它通过无线网络和相关协议的应用，采用网络管理、信息融合等方式对通信设备进行管理。在进入信息化时代后，数据链技术获得了极大的发展，而我国在这一方面的研究起步较晚，在发展的过程中需要借鉴和学习国外的先进理论和技术。在国外的研究中，TDMA接入技术已经得到了较为广泛的应用。这是一种高效率的通信方式，其特点是具有较高的抗截获与抗干扰能力，并且组网方式灵活，在现代社会的各个领域中有着较为广阔的应用前景。

1 认知无线电简介

随着互联网的进一步推广应用，无线网络产业也得到了空前的发展，日益增长的无线网络需求与有限的频谱资源产生了极大的矛盾。当前，对频谱资源的分配主要是由国家进行统一的分配的。其中授权用户占据了主要的品牌资源，但这些授权用户对频谱资源的使用频率却不高，甚至很多都处于闲置的状态，造成了资源的极大浪费。而非授权用户对频谱资源却有着极大的需求，且用户数量还在不断的增长中，这就出现了授权用户与非授权用户资源极为不平衡的问题。认知无线电技术为无线电资源的分配提供了一条新的思路。可以说，认知无线电技术的应用是无线通信的一次革命性创新，因为它为非授权用户提供了信号感知的渠道，能够极大的提高频谱的利用率，这也将是通信技术未来的主要发展趋势。

2 数据链研究现状

数据链是互联网通信过程中必不可少的系统，当前使用较为广泛的数据链包括Link-4，Link-11，Link16等。其中，Link-16的性能较高，应用的较为广泛。

数据链具有高效、抗干扰性强、抗截获能力高、保密性强等优点，这主要是由于在数据链中应用了扩频技术、MAC接入技术、天线技术、路由技术等。

3 频谱感知技术的分类

频谱感知技术也被称为频谱监测技术，其性能的衡量指标主要有两个，分别是检测概率和虚警概率。检测概率是指当非授权用户存在时，系统能够及时的检测出其数量。虚警概率则是指非授权用户错误判断信号存在的概率。出现虚警现象的原因通常是用户端的信号受到了较强的噪音或干扰信号的影响，导致设备将噪声和干扰信号误认为是通信信号。良好的频谱感知技术是拥有较高的检测概率和较低的虚警概率的。目前常用的频谱感知技术主要包括单用户频谱感知技术、多用户协作频谱感知技术、认知MAC技术、TDMA接入技术等。本文主要对TDMA接入技术进行了介绍。

4 基于频谱感知的TDMA接入技术

为了提高频谱资源的利用率，需要提高非授权用户对无线网络中频谱信号的识别效率。频谱感知技术主要是通过对频谱检测段的噪声和信号机进行分辨来判断这一频段是否已经被其他用户所占用。若判断频段中存在有效的信号，就能立即采取措施防止其他用户在对这一信号进行干扰。频谱检测主要分为两个阶段，首先是判断某一频段中是否存在干扰信号，从而判断这一频段是否可以采用。这对频谱检测的精确度要求较高，因为一旦判断失误接入了干扰性较强的频段，将会极大的影响通信的质量，从而造成严重的经济损失。第二个阶段是感知外部的环境，一旦环境中出现较大的干扰因素，用户需要立即采取措施对此进行频谱优化。

4.1 抗干扰机制

TDMA的节点采用的都是单收发机、全向天线的工作模式，并且拥有的节点数量较多，信号传输的范围广。但在信号传输的过程中容易产生衰落的现象，并容易受到干扰，为了确保信号传输的高效性，在应用频谱感知技术时，需要采取一定的抗干扰机制。这样不仅能够提高信号传输的稳定性和效率，还能提高频谱资源的利用率，及时的检测出系统中的干扰信号。抗干扰机制具体的作用原理就是在传统的网络工作模式基础上增加静默期的感知。静默期感知过程主要可以分为三部分的内容，即询问时隙、数据时隙和静默时隙。询问时隙的作用是控制节点之间的信息交互，数据时隙的作用是管理节点之间的广播业务，静默时隙的作用是控制节点之间的频谱感知。

4.2 频谱检测

频谱检测的目的主要是判断网络环境中是否存在严重的干扰信号，若发现了干扰信号就需要及时的切换节点来确保通信的效率和质量。在此过程中可以利用环境中的闲置频点进行信道的扩展。在进行信道的切换时应当采用性能较好的备用信道。工作频点的抗干扰性对通信质量有着极大的影响，因此需要对工作频点的状态进行实时的监控，及时的检测出环境中的干扰信号。

4.3 网络多频点扩容机制

TDMA一般根据节点的优先级进行节点的接入，并且节点发送的时间间隔是根据数据量的大小来确定的，像图像、视频这一类数据量较大的信号需要在经过一个周期后才能进行发送。当一些业务对信号传输的时效性有较高的要求时，如通话，就需要对网络进行多频点的扩容。具体的操作方法时采用频谱感知技术获取空间中闲置的频谱，并在此基础上增加节点来实现高效的通信。TDMA通过控制节点的方式对全网的通信进行集中的管理，并统一安排信号传输的时间间隔。根据接入的场景不同，需要对节点的位置进行一定的调整。由于节点在网络中的位置是灵活不固定的，因此在完成任务后可以随时退出网络。

5 结语

本文根据数据链和认知无线电的性质和特点，研究了基于频谱感知技术的TDMA接入技术的应用和优化。TAMA接入技术具有时效性高、抗干扰能力强、信息传输量大等优点，能够有效的提高节点信号传输的效率和质量。随着现代信息技术和通信技术的进一步发展，TDMA接入技术的性能将得到进一步的完善，其应用范围也将得到有效的拓展。

参考文献：

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