Радиолюбительский OFDM-протокол получил уровни MAC и LLC: полудуплексная связь с рукопожатием и скоростью до 1500 бит/с

Проект радиолюбительского OFDM-протокола, ранее работавшего лишь на физическом уровне, обзавёлся недостающими звеньями — подуровнями управления доступом к среде (MAC) и логическим каналом (LLC). Автор разработки, известный под ником bashkirtsevich, реализовал конечные автоматы, которые превратили модем из подобия цифрового телеграфа в полудуплексную систему с установлением сессий и контролем доставки. Параллельно с надстройкой MAC/LLC серьёзно доработан и физический уровень.

В модулятор добавлены схемы 16-QAM и 32-QAM, кодирующие 4 и 5 бит на поднесущую соответственно. Сетка OFDM-символа теперь насчитывает 53 ортогональные поднесущие с шагом 46,875 Гц, а для снижения пик-фактора (PAPR) и повышения помехоустойчивости переработан эквалайзер. Прежняя реализация эквалайзера на основе фильтра Винера приводила к деградации сигнального созвездия — точки «расплывались», что делало демодуляцию старших QAM-порядков практически невозможной.

После исправления алгоритма созвездия BPSK, QPSK и 16-QAM стали уверенно декодироваться, а 32-QAM пока носит экспериментальный статус. Изменился и максимальный размер пакета: поле длины расширено до 10 бит, так что один блок данных вмещает до 1023 бит. Детектор преамбулы избавился от избыточного перебора гипотез Задова-Чу — теперь грубую временную синхронизацию выполняет преамбула Ньюмана, а ZC-последовательность задействуется однократно для точной оценки частотного сдвига и границ сигнала.

На уровне MAC и LLC логика работы модема описывается автоматной моделью (FSM). Появились управляющие пакеты, напоминающие по назначению служебные сообщения TCP/IP. Именно они отвечают за установку соединения, разрыв сессии и квитирование переданных данных.

Соединение между двумя трансиверами устанавливается через трёхстороннее рукопожатие в полудуплексном режиме. Чтобы избежать коллизий при одновременной попытке передачи, узлы на этапе согласования договариваются о тайм-слотах — кто и в какой момент выходит в эфир. Это ключевое решение для среды, где приём и передача разделены во времени.

Лабораторные тесты показали, что пинг составляет порядка 5 секунд — задержка обусловлена буферизацией звуковой карты. Минимально достижимый порог оценивается в 200–300 мс. Пиковая скорость передачи данных с модуляцией 16-QAM и прореживанием кодера достигает 1500 бит/с; внедрение 32-QAM обещает ещё более высокие значения после завершения отладки.

Для пересылки данных реализованы два режима. Первый — классический Stop-and-Wait с подтверждением каждого блока. Второй — пакетный (bulk), при котором несколько блоков отправляются подряд, а квитанция приходит один раз на всю группу.

Это позволяет заметно поднять полезную пропускную способность на каналах с небольшим уровнем ошибок. В протокол встроен механизм автоматического запроса повторной передачи (ARQ). Если принимающая сторона фиксирует искажение или потерю пакета, она запрашивает повтор, и передатчик высылает данные заново.

Такой подход обеспечивает целостность доставки без вмешательства оператора. Поверх канального уровня можно передавать произвольную информацию: обычный текст, сжатые сообщения или двоичные файлы. Таким образом, проект перешагнул стадию однонаправленного модема и превратился в платформу для полноценного полудуплексного обмена данными между радиостанциями.