MAC層衛(wèi)星通信論文范文

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1mac層狀態(tài)描述

MAC層有MAC－Idle、MAC－Shared、MAC－DTM、MAC－Dedicated四個(gè)狀態(tài)［4］。它們之間的轉(zhuǎn)換圖如下。

1．1MAC－Idle狀態(tài)MAC－Idle狀態(tài)中不存在TBF，MES監(jiān)視CCCH上子信道的相關(guān)傳呼。MES可能采用DRX(非連續(xù)接收)監(jiān)視CCCH。在MAC－Idle狀態(tài)，上層可請求傳輸一個(gè)上層PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)，這就會觸發(fā)在PDCH上建立一個(gè)TBF并由Idle狀態(tài)轉(zhuǎn)入MAC－Shared狀態(tài)，或者有可能通過RRC流程或者是RLC/MAC流程在DCH上觸發(fā)建立一個(gè)TBF，MES會在完成建立DCH后由Idle狀態(tài)轉(zhuǎn)入MAC－Dedicated狀態(tài)。

1．2MAC－Shared狀態(tài)在MAC－Shared狀態(tài)中，MES分配無線資源提供TBF用于在一個(gè)或多個(gè)PDCH上產(chǎn)生點(diǎn)到點(diǎn)連接。TBF用于在網(wǎng)絡(luò)和MES之間單向傳輸上層PDU。在MAC－Shared狀態(tài)，上層可請求傳輸一個(gè)上層PDU，這就會通過RRC流程在DCH上觸發(fā)建立一個(gè)TBF，這將會使MES由MAC－Shared狀態(tài)轉(zhuǎn)入MAC－DTM狀態(tài)。當(dāng)上行鏈路和下行鏈路中的TBF都被釋放時(shí)，MES返回到MAC－Idle狀態(tài)。當(dāng)重新配置PDCH到DCH的所有無線承載，釋放完P(guān)DCH上所有的TBF并建立第一個(gè)DCH時(shí)，MES將會由MAC－Shared狀態(tài)轉(zhuǎn)入MAC－Dedicated狀態(tài)。

1．3MAC－DTM狀態(tài)在MAC－DTM狀態(tài)MES將無線資源分配給一個(gè)或多個(gè)DCH和一個(gè)或多個(gè)PDCH。在MAC－DTM狀態(tài)當(dāng)所有在PDCH上上行或下行的TBF都被釋放之后，MES進(jìn)入MAC－Dedicated狀態(tài)。在釋放了所有的DCH之后，MES進(jìn)入MAC－Shared狀態(tài)。在釋放了所有的PDCH和DCH之后，MES進(jìn)入MAC－Idle狀態(tài)。

1．4MAC－Dedicated狀態(tài)在MAC－Dedicated狀態(tài)MES分配無線資源以提供一個(gè)或多個(gè)DCH(專有信道)。在釋放掉所有的DCH之后，由MAC－Dedicated狀態(tài)轉(zhuǎn)入MAC－Idle狀態(tài)，當(dāng)從DCH到PDCH(分組數(shù)據(jù)物理信道)的所有無線承載都被重新配置以后，MES將會在釋放完所有的DCH并在PDCH上建立第一個(gè)TBF時(shí)由MAC－Dedicated狀態(tài)轉(zhuǎn)入MAC－Shared狀態(tài)。

1．5MAC層對組呼的支持由于GMR－1系統(tǒng)的MAC層不支持組呼功能，所以要對MAC層做一些改變。我們設(shè)計(jì)了組呼模塊，它和單呼模塊是并列的關(guān)系。根據(jù)邏輯信道的映射和MAC層的狀態(tài)來區(qū)分單呼和組呼兩個(gè)模塊通道。組呼工作在電路域，只跟DCH有關(guān)，跟PDCH無關(guān)［5］。所以在MAC狀態(tài)機(jī)中加入兩個(gè)狀態(tài)，分別是MAC－Ready－Gcc(組呼控制)狀態(tài)和MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)。工作在MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)下的主/被叫移動臺，正常接收MACDATA，狀態(tài)不變;在釋放掉所有DCH后，由MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)轉(zhuǎn)入MAC－Idle狀態(tài)。主叫移動臺發(fā)起組呼時(shí)，RRC層利用原語參數(shù)配置MAC層狀態(tài);接收下行報(bào)文時(shí)，MAC層根據(jù)MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)將消息遞交給上層組呼模塊。圖4是主叫用戶的組呼MAC轉(zhuǎn)移圖。被叫側(cè)成員移動臺根據(jù)接收到的NCH邏輯信道通知MAC層轉(zhuǎn)入MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)，工作在組呼模塊。流程如圖所示。圖5是被叫成員移動臺組呼MAC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。集群組呼中，網(wǎng)絡(luò)要向多個(gè)成員移動臺發(fā)送尋呼通知消息，因此需要采用廣播的方式發(fā)送。我們增添NCH為組呼通知信道。由于系統(tǒng)資源有限，這里我們借用未配置的CBCH邏輯信道的位置來配置NCH邏輯信道，NCH邏輯信道的突發(fā)結(jié)構(gòu)和調(diào)制解調(diào)編解碼方式與CBCH邏輯信道保持一致。例如，如果BCCH指派CBCH使用第一幀，則NCH使用2、3、4幀，如果BCCH指派CBCH使用第1、2幀，則NCH使用3、4幀，余此類推。

2MAC層PTT競爭隨機(jī)接入回退策略

當(dāng)組呼講話方釋放組呼上行信道時(shí)，講話方用戶在上行DACCH(專有隨路控制信道)信道上發(fā)送“UPLINK_RELEASE”消息，表明講話完畢。當(dāng)一個(gè)組呼中有幾個(gè)用戶要同時(shí)講話時(shí)，會產(chǎn)生講話權(quán)的競爭。組呼成員也可能有不同的優(yōu)先級，這時(shí)候需要一種競爭策略來解決［6］。以下舉例為組呼信道采用8時(shí)隙結(jié)構(gòu)，編碼的話音為2．4kbits/s。網(wǎng)絡(luò)收到講話方上行信道的“UPLINK_RE-LEASE”消息以后，在組呼信道的下行信道的DACCH上向所有組呼移動臺發(fā)送“UPLINK_FREE”消息，表明上行信道空閑，允許新的講話方使用上行信道。需要講話的組呼用戶，在下行信道上收到“UP-LINK_FREE”消息以后，采用直接強(qiáng)占和隨機(jī)接入相結(jié)合的方式，在組呼上行信道發(fā)送“UPLINK_AC-CESS”消息，消息被封裝在NT5上，直接搶占第一幀，隨后的隨機(jī)時(shí)間選擇為T，回退的最大幀數(shù)為F，則T=40ms*F。考慮到2比特的用戶優(yōu)先級，讓優(yōu)先級高的用戶有較大的概率競爭成功，設(shè)用戶優(yōu)先級為m，退的次數(shù)為n，回退的最大幀數(shù)為F，則F=(m+5)*n，其中m=1，2，3;n≥1。

當(dāng)n=0的時(shí)候，四個(gè)級別的用戶都搶占第一幀，此時(shí)F=1。用戶優(yōu)先級m和回退次數(shù)n與回退最大幀數(shù)F關(guān)系部分如表1所示。下面以用戶優(yōu)先級m=0為例，隨后的隨機(jī)時(shí)間選擇為200ms(5幀)，400ms(10幀)，600m(15幀)，和800ms(20幀)總計(jì)2s秒鐘的時(shí)間爭用上行信道，方法如圖6所示。按下PTT移動臺，在最初開始的一幀直接發(fā)送“UPLINKACCESS”請求，若有碰撞，隨機(jī)占用之后的5幀之一發(fā)送“UPLINKACCESS”請求，若還有碰撞，隨機(jī)占用后續(xù)10幀之一發(fā)送“UPLINKAC-CESS”請求，還有碰撞，隨機(jī)占用后續(xù)15幀之一發(fā)送“UPLINKACCESS”請求，一直到，隨機(jī)占用后續(xù)20幀之一發(fā)送“UPLINKACCESS”請求，任意幀周期，當(dāng)下行鏈路由“UPLINKFREE”轉(zhuǎn)換成“UPLINKGRANT”時(shí)競爭結(jié)束。任何一個(gè)按下PTT的移動臺直接搶占最初的一幀發(fā)送“UPLINKACCESS”，在后續(xù)的2秒鐘的時(shí)間內(nèi)又可以競爭上行信道四次，競爭期間，如果收到網(wǎng)絡(luò)在下行信道上發(fā)送“UPLINK_GTANT”，則競爭結(jié)束。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)成功收到一個(gè)“UPLINK_ACCESS”消息以后，在組呼信道的下行DACCH信道上發(fā)送“UP-LINK_GRANT”消息，用于告知競爭成功用戶可以使用上行信道，其它用戶不再進(jìn)行競爭，直到再次收到“UPLINK_FREE”消息為止。這里我們考慮的是有競爭沖突時(shí)，保證優(yōu)先級高的用戶有較大的概率競爭成功。通過以上的描述，分析計(jì)算可得。從公式可以看出，優(yōu)先級高的用戶，產(chǎn)生沖突的概率低，這樣就很好的保證了優(yōu)先級高的用戶有較大的概率競爭成功。假設(shè)一個(gè)優(yōu)先級為0、3的用戶，其競爭產(chǎn)生沖突的概率曲線如圖7所示。從圖中可以看出，優(yōu)先級高的明顯比優(yōu)先級低的沖突概率小，當(dāng)n的取值逐漸變大，p越小，當(dāng)n為5時(shí)，概率幾乎為零了。事實(shí)上，n值不能取很大，應(yīng)為值越大，雖然沖突概率很小，但是從PTT按下到響應(yīng)這個(gè)時(shí)延過大，這不是我們所期望的。所以這個(gè)退避算法兼顧了n值不能太大，沖突概率小。

3結(jié)語

本文在GMR－1系統(tǒng)基礎(chǔ)上研究了組呼通信的MAC層一些相關(guān)的功能，由于GMR－1系統(tǒng)不支持組呼通信，在原本的MAC狀態(tài)機(jī)中加入兩種狀態(tài)以適應(yīng)組呼通信，中間各種狀態(tài)之間的原語操作還有待解決，并且MAC層PTT競爭策略只能解決有沖突時(shí)保證高優(yōu)先級的用戶競爭成功，要減小沖突的產(chǎn)生，還需其它優(yōu)化方法。要實(shí)現(xiàn)組呼通信還需要更多的改進(jìn)和研究，比如RRC層協(xié)議研究，組呼標(biāo)識號等問題。本文的研究為進(jìn)一步的研究和實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星組呼通信打下理論基礎(chǔ)。

作者：陳國偉徐子平夏雷單位：解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院研究生解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院