如何设计一款适合大范围中继联网的轻量级数字通信协议
虎哥2021/06/15原创 无线电 IP:广东

之所以提出这个问题,是因为多个距离很远的中继联网,是一个从来就没有解决好的问题。

请考虑如下场景:

成都龙泉山有一个UHF中继,工作在DMR模式。重庆华蓥山有一个UHF中继,工作在FM模式。

在这两个中继的铁塔上,用25W功率是可以互相直通的。

但是成都市区和重庆市区却通不上,因为这两个中继都只负责覆盖自己山下,重庆的覆盖不了成都,反之亦然。

为了成都电台能与重庆电台就火锅的口味开展交流,一般来说有两种办法:

a,两个中继都通过协议转换器接入MMDVM网络。优点是见效快。缺点非常明显:依赖第三方通信手段,在发生大灾的时候可靠性基本等于没有,何况MMDVM本身就风雨飘摇。类似手段,例如光纤专线,卫星转发器也有类似的问题。比较可行的自己搞定的办法是利用相同站址搭建一个数字扩频微波网,跑TCP/IP,缺点依然是鲁棒性差。

b,两个中继都增加一台VHF频段链路信道机,哪边的电台先讲话,哪边就先启动链路发射,而另一边则被动接收链路信号,并把话音通过原有中继转发出去。优点是可靠性很高,缺点也很明显:话音经三次转发,质量不佳,容易被人插播。

办法a是现代数字集群网的基本办法。办法b是古代的常规做法。08年刚地震完不久,我为某通信运营商紧急设计并组织建设全省应急通信网,作为“集团的主要基站和骨干网崩溃以后的保底通信手段”,虽然技术细节很复杂,站点数量很多,但本质上采用的还是办法b。

十多年过去了,更好的办法在我看来仍然没有出现。这里加上了“在我看来”这个定语,一则因为我对一个通信网必须只依靠自己有一种执念,二是这个办法必须简便且便宜,连爱好者都用得起。

当然,这十几年我国的应急通信技术发展很快,必须先点个赞。别说通话,就是能传高清图像的百公里自组网电台也已经快要普及了,背负式散射通信机也能实现稳定的点对点互联网透传,距离几十到几百公里。这些东西基本可以做到不依赖第三方或只依赖北斗授时。

但是,广域中多个中继联网这个小问题,却仍然缺少适当的产品。上面的例子,如果把中继数量增加到20个,峨眉山上装一个,牛背山上装一个,秦岭上装一个,在市区再搞一些增强覆盖,其中很大部分中继不能互相直视,很大部分在深山老林里面不通网,请问怎么办?

这个问题,办法b就过于复杂。十多年前用办法b硬扛,因为那时候时间紧,没有别的更可靠的办法。现在有的是时间进行设计,就应该创造更好的办法。

问题说完了,说下我的设想吧。

传输网或者称为骨干网,一定是一张单独的网,而中继们只是传输网的用户。传输网的最小容量是仅能支撑一路通话,占用一对25k带宽的频率。

传输网必须采用数字技术,具有无中心自组网能力,他的节点对用户(中继)提供控制和话音接口。

传输网的设备,只需要9361或9002这类集成收发器,必要的预选器、功放,以及FPGA和MCU。这些东西装在一个箱子里,就成为一台整机。这东西要足够便宜,最好几千万把元,顶多两三万元(不含研发成本)。

不依靠网络、GPS等第三方,只需要接电源和天线。

其实硬件差不多,主要是定义一套通信协议。这套协议是开源的,便于爱好者用起来。

请大家发表高见。

[修改于 2年10个月前 - 2021/06/15 18:17:31]

来自:电子信息 / 无线电
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~~空空如也
虎哥 作者
2年10个月前 修改于 2年10个月前 IP:四川
894465
引用ehco发表于3楼的内容
还有一直没想明白一个事,请教下业内的大佬。商用通信卫星是否可以“借”用一下?情况1:比如某业务正常租...

e菊的堂子就是野,别人偷电,e菊偷卫星😂情况1我不是很清楚,不过持续存在的话卫星公司也是很容易发现的,只是可能不管。情况2,由于对合法用户来说你是不合作的,所以最终表现是噪底抬高,信噪比降低,卫星公司很容易发现然后进行干扰申诉。

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虎哥作者
2年10个月前 修改于 2年10个月前 IP:四川
894466
引用ehco发表于1楼的内容
几十百来公里级别这种准视距情况,936x弄个窄带MESH网应该靠谱。在推广PDT之前,我们配发了一批...

对呀,这个窄带MESH网的协议如何设计呀,拿802.11s来改吗。

有些支路可能很长,比如成都到攀枝花要跳五六次,而有些地方又很集中,一个站可以同时看到七八个站,用MESH是否合适就是个问题了。这个系统最多只能占用4对/8个25kHz信道,双向总共200kHz射频带宽。可以闲时每固定时间(例如1分钟)协商一次,建立路由表,有通话时以最后一次路由表为准。但若存在长链,就得留下若干个等待时隙,于是传输时间就非常短,射频带宽很可能就不够用,灵敏度也会大打折扣。而传统的中继通过反复颠倒上下行频率,应付长链毫无压力。

这个网理论上不需要全双工(中继就是单向广播嘛),但从安全考虑最好是有部分数据双工,这就又要牺牲一些带宽。

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虎哥作者
2年10个月前 修改于 2年10个月前 IP:四川
894467

为了保障这张“骨干网”的话音质量,语音不能压缩得太狠,计划使用IMBE声码器或者ACELP声码器,这两种似乎都不存在知识产权问题。这两种东西编码后都是7.2kbps,已经不小了,甚至还可能使用更保真的GSM声码器,或者用AMBE声码器芯片中的最高速率。加上控制数据和纠错,打包后恐怕要按15kbps考虑。本来语音编解码不属于“骨干网”的内容,“骨干网”管好数据就行了,但为了能简单的接驳任何普通中继,“骨干网”设备必须把这部分给管了。

由于用户终端是不合作的(没法合作,因为什么中继都有),出现几个中继同时有人按PTT的情况是必然的,这个问题似乎无解。

为了保证通信质量,要按50W发射功率设计,若采用时分复用,大功率的收发开关是个问题。

整个网可以自己工作,但需要一个测控站,以便于随时了解网络的状态,比如通过指令调取任何一个站的路由表,及时发现基站掉线,机房进水等。还需要一些安全上的保护,比如让任何一个站切断其本地中继等。根据接入的本地中继的重要程度不同,不同的站得有不同的权限,比如若接的模拟中继,就要有严格的通话时间限制,这些限制可以由测控站上传。

当然还可以有更多高级功能,前提是带宽够。


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虎哥作者
2年10个月前 IP:四川
894491

其实PDT协议在DMR的基础上增加了自组网的部分,利用两个时隙可以构成单频自组网中继。或许可以参考他这部分来设计这个协议,占用带宽加大到16kHz。

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