OFDM工業控制總線在軍用車載通信系統中的應用

蘇盤社 邵繼超

（北京東土軍悅科技有限公司 北京市 100041）

1 引言

隨著智能汽車的發展，軍用車輛也邁入了智能汽車的行列，現代軍用車載通信系統包括的設備種類和功能越來越多。對于軍用裝甲車輛，比如坦克，除了常規的動力傳動、安全氣囊等智能電子設備外，還包括火力控制、對抗防御和戰場指揮等智能電子設備?，F有軍用車載通信系統大都采用CAN 總線、1553B 總線和MIC 總線?，F有總線需要犧牲傳輸帶寬和簡單的布線結構以換取高實時性、傳輸距離遠等特性[1]。本文在軍用車載通信系統中應用基于OFDM體制的高速總線系統，能夠適應實時性高、傳輸距離遠等通信需求，且帶寬利用率高、布線簡單。

2 OFDM工業控制總線簡介

OFDM 是指多載波正交頻分復用，時域上最小時間粒度為一個符號，如圖1所示。一個符號包括若干個子載波，各子載波相互正交，如圖2所示。最小時頻單元為一個符號的一個子載波[2]。

OFDM工業控制總線采用有線傳輸，布線簡單。一種典型的拓撲結構是總線型，如圖3所示?？偩€上有一個主節點、一個備份主節點和多個從節點。主節點負責資源分配、接入等工作，當主節點失效時，由備份主節點代替主節點。每個節點在屬于自己的符號時間段內向總線發送數據，同時其他符號不發送數據[3]。

3 應用特點

3.1 適應不同的通信終端分布

根據軍用車載需要裝備的通信終端數量、種類和分布的不同，需要采用不同的網絡拓撲結構[4]。除了典型的總線型結構，還可以采用環型結構，如圖4所示。因此靈活可配的總線網絡拓撲結構可以很好地適應一些不同的作戰需求。

3.2 適應不同的通信需求

3.2.1 傳輸距離

車載通信終端之間的距離會隨其數量和布局而變化，傳輸距離的變換會影響信道的分布，最終會影響信噪比。在其他參數不變的情況下，信噪比過低會導致通信間斷或終止[5]。

OFDM工業控制總線可以通過調整一些參數彌補甚至完全補償因為傳輸距離的變化導致的信噪比降低。

通過調整調制方式。在傳輸距離遠、信道差、信噪比低的惡劣條件下，可以選擇低階調制使得具有較低的解調門限，采用糾錯數多的RS 碼和低卷積速率的卷積碼。比如在傳輸距離高于一定門限時，選擇RS(239,207)、1/2 卷積率、16QAM 的組合；傳輸距離低于一定門限時，選擇RS(119,103)、3/4 卷積率、256QAM 的組合。

圖1：時間粒度示意圖

圖2：一個符號的頻域結構

圖3：總線型結構

圖4：環型結構

通過調整符號長度。傳輸距離越遠，多徑延時越大，長符號的循環冗余更長，能夠對抗更大的多徑延時。因此傳輸距離較遠、對實時性要求不高時可以選擇長符號模式。如圖5所示，模式0 的符號長度是模式1 的兩倍。傳輸距離遠時選擇模式0，傳輸距離近時選擇模式1。

圖5：不同符號長度示意圖

圖6：時頻資源分配示意圖

圖7：混合導頻結構示例

3.2.2 實時性

當車載通信終端通信頻率高且需要快速響應時，需要通信總線系統能夠具有足夠的實時性。OFDM工業控制總線結合自身的通信體制特點和調整參數可以滿足一定的實時性要求。

OFDM工業控制總線采用OFDM 通信體制，可以以最小時頻資源為粒度分配資源給各終端。給一次傳輸數據量大的終端分配更多的時頻資源，給一次傳輸數據量小的終端分配更少的時頻資源。如圖6所示，用戶A 需要傳輸的數據量小，僅分配一個資源塊，用戶C 需要傳輸的數據量大，分配多個資源塊。

通過調整符號長度。其他條件不變時，短符號使得每個用戶占用總線的時間更短，在實時性要求高時可以采用短符號。可以靈活配置不同的符號長度適應不同的實時性需求。

3.3 高頻帶利用率高

3.3.1 導頻圖案

當軍用車載通信終端需要傳輸的數據量不同或實時性需求不同時，若按照固定模式分配時頻資源將導致資源的利用率低[6]。

OFDM工業控制總線可以采用頻域離散導頻結構、頻域連續導頻結構以及頻域離散和頻域連續混合導頻結構。

頻域離散和頻域連續混合導頻結構如圖7所示，一個符號包括8 個子載波，一個分配周期包括4 個組，一組包括4 個符號，將每個符號劃分成2 個子帶，每個子帶包括4 個子載波。子帶的劃分和導頻結構的分布如圖7所示，每組包括8 個子帶，將2 個子帶配置為2 個頻域離散導頻結構，6 個子帶配置為2 個頻域連續導頻結構，頻域連續導頻結構的最小分配單元為同頻段連續符號的3 個子帶。

可以根據需要靈活地分配時頻資源給用戶。當某個用戶在短時間內需要傳輸的數據量大時，可以將一個分配周期里的多個頻域連續導頻結構子帶分配給該用戶。當多個用戶需要傳輸數據且每個用戶對實時性要求較高時，可以將一個分配周期里的頻域離散導頻結構子帶分配給這些用戶。

3.3.2 子帶的分配

當兩個終端的傳輸距離遠時，信道在高頻帶衰減嚴重。因此可以將低頻子帶分配給傳輸距離較遠的終端，將高頻子帶分配給傳輸距離較近的終端，提高頻帶利用率。

4 結語

本文在軍用車載通信系統中應用基于OFDM 體制的高速總線系統。本系統能夠適應不同的通信終端分布，能夠支持總線型和環型拓撲結構。本系統能夠適應不同的通信需求，通過調整符號長度、調制方式等參數可以適應不同的傳輸距離、實時性要求和傳輸數據量的不同。本系統通過設置不同的導頻圖案和靈活分配時頻資源使得頻帶利用率高。因此，本系統能夠適應實時性高、傳輸距離遠等通信需求，且帶寬利用率高、布線簡單。