衛(wèi)功卓

(國(guó)防科技大學(xué)，安徽 合肥 230037)

0 引 言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，通信裝備越來(lái)越多，用頻設(shè)備不斷增加，對(duì)頻譜的需求也逐步增加，導(dǎo)致頻譜在有限的空間時(shí)域內(nèi)，難以滿足大量的需求。頻率分配研究的主要問(wèn)題是為不同的通信節(jié)點(diǎn)或鏈路分配可用的頻率集合，保障通信網(wǎng)絡(luò)的暢通、相互之間不受干擾，從而有效保障現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)。

為了有效模擬通信網(wǎng)設(shè)備工作頻率，本文前期分析通信網(wǎng)設(shè)備的需求、對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的頻率劃分和頻率需求分析，結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管理要求，從而對(duì)陸軍通信網(wǎng)設(shè)備工作頻率進(jìn)行有效模擬。模擬方法主要是從通信網(wǎng)頻率指配和頻率變化兩方面進(jìn)行考慮。

1 陸軍通信網(wǎng)設(shè)備頻率需求

陸軍通信網(wǎng)可以劃分為3個(gè)不同層次：基礎(chǔ)層、平臺(tái)層、地域通信網(wǎng)?；A(chǔ)層主要涉及通信裝備；平臺(tái)層把這些通信裝備集成在飛機(jī)或坦克上；地域通信網(wǎng)把通信裝備與平臺(tái)或者指揮所銜接到一起[1]，陸軍師通信網(wǎng)如圖1所示。

圖1 陸軍師通信網(wǎng)示意圖

1.1 通信網(wǎng)設(shè)備需求

陸軍師通信網(wǎng)中需要模擬的設(shè)備主要有短波電臺(tái)、超短波電臺(tái)、微波接力機(jī)、衛(wèi)星、雙工移動(dòng)通信車(chē)、干線上下山接力機(jī)。通信網(wǎng)或設(shè)備有對(duì)應(yīng)的工作頻段范圍，如表1所示。

表1 師通信網(wǎng)設(shè)備用頻范圍

1.2 通信網(wǎng)頻率需求

短波電臺(tái)在進(jìn)行傳播時(shí)主要利用電離層進(jìn)行反射。電離層的變化會(huì)導(dǎo)致短波電臺(tái)頻率的變化，白天的頻率高于晚上的頻率(白天各電子層密度高而夜晚明顯降低)，夏季的頻段低于冬季的頻段[2]。

除正常的頻率需求外，一個(gè)無(wú)線電通信系統(tǒng)通常還需要幾個(gè)備用的頻率，根據(jù)想定作戰(zhàn)背景，假定一個(gè)短波無(wú)線電臺(tái)網(wǎng)專至少需要4～6個(gè)頻率，一個(gè)超短波無(wú)線電臺(tái)網(wǎng)至少需要2～4個(gè)頻率，一條接力的鏈路至少需要4個(gè)頻率，連隊(duì)至少組織1個(gè)超短波無(wú)線電臺(tái)網(wǎng)，營(yíng)至少有4個(gè)，團(tuán)至少有13個(gè)。師對(duì)團(tuán)組織的無(wú)線電臺(tái)網(wǎng)專通常有10～20個(gè)，雙工無(wú)線電移動(dòng)通信網(wǎng)組織1個(gè)。地域通信網(wǎng)一個(gè)干線節(jié)點(diǎn)的微波接力鏈路通常有3～7條，一個(gè)入口節(jié)點(diǎn)的微波接力鏈路通常有1～3條。

2 戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理要求

裝備信息化程度越來(lái)越深，用頻裝備越來(lái)越多，戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通信隨著裝備的增加，規(guī)模相應(yīng)擴(kuò)大，對(duì)無(wú)線電頻譜的需求隨之增加，頻譜管理難度越來(lái)越大，要求對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)無(wú)線電頻譜合理管控、規(guī)劃、運(yùn)用。

2.1 基本概述

戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理是指在軍事作戰(zhàn)行動(dòng)中通過(guò)行政、管理或技術(shù)的手段和規(guī)程對(duì)軍事頻譜資源實(shí)施有效管控。主要任務(wù)是：對(duì)頻率進(jìn)行統(tǒng)一分配和指配，監(jiān)督無(wú)線電是否按照之前規(guī)定的頻率進(jìn)行使用。頻率分配是指批準(zhǔn)某些頻率(或頻段)給某一個(gè)單位、部隊(duì)在一定的時(shí)間內(nèi)使用。頻率分配是頻率指配的前提，未經(jīng)分配的頻率，任何單位不得自行指配頻率使用[3]。

2.2 戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理基本實(shí)施流程圖

戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管理實(shí)施的流程[4]如圖2所示。

圖2 戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理實(shí)施流程圖

戰(zhàn)場(chǎng)頻譜的流程實(shí)際上是對(duì)整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)頻譜的分析、規(guī)劃和頻譜管理控制進(jìn)行了描述，頻譜管理主要涉及到3個(gè)方面：(1)頻率的分配；(2)頻率的指配；(3)頻率的變化。

3 通信網(wǎng)設(shè)備工作頻率模擬方法

設(shè)備工作頻率模擬主要是針對(duì)通信網(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行頻率指配和變化規(guī)則模擬，為了簡(jiǎn)化模擬，只對(duì)上述通信網(wǎng)所涉及到的設(shè)備進(jìn)行模擬，模擬時(shí)結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管理要求，對(duì)具體的變化規(guī)則進(jìn)行描述。

3.1 頻率指配模擬

戰(zhàn)場(chǎng)頻率指配，在上級(jí)頻譜管理中心授權(quán)頻譜資源范圍內(nèi)，將用頻設(shè)備指配到具體的工作頻率，含戰(zhàn)前頻率規(guī)劃和動(dòng)態(tài)調(diào)整[5]。

3.1.1 短波電臺(tái)網(wǎng)、超短波電臺(tái)網(wǎng)工作頻率指配

500 W以下的從日頻段中每一頻段各抽取一個(gè)波道，500 W以上電臺(tái)網(wǎng)從夜頻頻段各抽取一個(gè)波道，每個(gè)網(wǎng)中4個(gè)頻點(diǎn)，各抽取2個(gè)為工作頻點(diǎn)，另外2個(gè)作為備用頻點(diǎn)。指配過(guò)程中涉及到動(dòng)態(tài)調(diào)整，最大程度利用頻率，但是考慮到電臺(tái)網(wǎng)有限，不考慮重復(fù)使用頻率。跳頻電臺(tái)可以按照組網(wǎng)時(shí)的頻點(diǎn)分配方案來(lái)進(jìn)行[7]，其余定頻按照上述模型來(lái)實(shí)施。

超短波電臺(tái)網(wǎng)涉及到超短波調(diào)頻電臺(tái)、超短波調(diào)幅電臺(tái)、地空引導(dǎo)電臺(tái)，工作方式為半雙工異頻網(wǎng)，1個(gè)網(wǎng)2個(gè)頻率，備份2個(gè)頻率，共4個(gè)頻率，波道間隔f1,當(dāng)前世界上的電臺(tái)波道間隔較多，也有將F3～F4，F(xiàn)5～F6，F(xiàn)7～F8同樣劃分4個(gè)頻段，每個(gè)頻段對(duì)應(yīng)的波道數(shù)n3，n4，n5，具體做法如表2所示。從4個(gè)頻段隨機(jī)抽取4個(gè)，其中2個(gè)為工作頻點(diǎn)，另外2個(gè)為備用頻點(diǎn)。超短波通信網(wǎng)考慮到通信用頻需求較多，超過(guò)20 km一般考慮重復(fù)使用頻率，跳頻電臺(tái)和短波跳頻電臺(tái)類似。具體指配方法如表2所示。

表2 短波電臺(tái)通信網(wǎng)指配

3.1.2 衛(wèi)星通信網(wǎng)工作頻率指配

衛(wèi)星通信網(wǎng)也可單獨(dú)組網(wǎng)，1個(gè)信道2個(gè)頻率分上下行，備份2個(gè)頻率,共計(jì)4個(gè)頻率。波道間隔為f2，目前衛(wèi)星波道一般將可用的頻段分為同寬的2個(gè)頻段(上下行)，因上下波道每個(gè)頻段寬度相同，對(duì)應(yīng)的波道數(shù)量都為n6，具體指配方法如表3所示。

表3 衛(wèi)星通信網(wǎng)工作頻率指配

每個(gè)衛(wèi)星信道分別從上下行頻段的2個(gè)小頻段中各隨機(jī)抽取1個(gè)波道，每個(gè)衛(wèi)星信道得到上下行各2個(gè)波道，波道中值即為分配的頻點(diǎn)，再?gòu)纳舷滦蓄l點(diǎn)中各隨機(jī)抽取1個(gè)頻點(diǎn)為工作上下行頻點(diǎn)，另 2個(gè)為備用上下行頻點(diǎn)。衛(wèi)星信道數(shù)量有限，不考慮頻率重用。

3.1.3 微波接力干線網(wǎng)

微波接力干線網(wǎng)，是指每個(gè)干線節(jié)點(diǎn)可能配備多臺(tái)車(chē)，每個(gè)車(chē)保障一個(gè)方向的接力通信，稱為微波線路。一條微波線路上可以傳輸若干個(gè)微波通道，亦稱波道，通常情況下，一條微波波道通信線路可以設(shè)置6、8、12個(gè)波道，微波通信線路的波道頻率指配通常采用二頻制[8]，如圖3所示。

圖3 微波接力二頻制示意圖

1個(gè)波道2個(gè)頻率，備份2個(gè)頻率(收發(fā))，波道間隔f3,一般微波波道間隔按照CCIR建議中的國(guó)標(biāo)微波波道間隔劃分，每個(gè)頻段波道數(shù)量為n7。波道通信線路多，波道間隔相應(yīng)減小。下面以6波道為例，給出微波接力干線網(wǎng)工作頻率指配模型，將F9～F10分成2組，每組劃分為12個(gè)頻段，分別為f1、f2…f6和f1′、f2′…f6′。具體做法如表4所示。

在1組的12個(gè)小頻段各隨機(jī)抽取1個(gè)波道，所抽取的f1′、f2′…f6′波道中值依次為6個(gè)波道的發(fā)信頻點(diǎn)，所抽取的f1、f2、f6波道中值即為6個(gè)波道的收信頻點(diǎn)；同理，在2組的12個(gè)小頻段隨機(jī)各抽取1個(gè)波道，作為備用收發(fā)頻點(diǎn)。若有多條線路從干線節(jié)點(diǎn)發(fā)出，在剩余波道中，按照相同的辦法指配，微波接力機(jī)考慮到方向性較強(qiáng)，受干擾影響較小，在不同的地區(qū)或在同一地區(qū)不同方向的微波線路，可以使用相同的微波頻率。

3.1.4 戰(zhàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)

無(wú)線電臺(tái)用戶通過(guò)短波、超短波接入無(wú)線節(jié)點(diǎn)(或用戶節(jié)點(diǎn))及無(wú)線電節(jié)點(diǎn)(或用戶節(jié)點(diǎn))通過(guò)微波接力機(jī)(干線上下山接力機(jī))接入到干線節(jié)點(diǎn)中去。主要考慮到2種情況：一是無(wú)線電臺(tái)用戶通過(guò)短波、超短波接入到無(wú)線節(jié)點(diǎn)(或者用戶節(jié)點(diǎn))，將接入的線路按照之前所述的短波、超短波電臺(tái)通信網(wǎng)工作頻率指配模型表進(jìn)行指配；二是無(wú)線節(jié)點(diǎn)(或用戶節(jié)點(diǎn))通過(guò)微波接力接入到干線節(jié)點(diǎn)，將接入的每條線路按照微波接力機(jī)(干線上下山接力機(jī))統(tǒng)一指配頻率。先安排多波道微波接力設(shè)備頻率，后安排單波道微波接力設(shè)備頻率，頻率資源不夠時(shí)，可以使用相同的微波頻率；或者微波支線與干線的夾角大于100°時(shí)，支線與干線也可以使用相同的頻率。

3.2 頻率變化規(guī)則

頻率的變化主要是針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境中戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理的工作流程來(lái)實(shí)施相應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)頻率變化過(guò)程[4]，結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜管理要求，具體的變化有：(1)任務(wù)轉(zhuǎn)換、指揮所移動(dòng)、環(huán)境變化引起的頻率變換；(2)達(dá)到了一定用頻時(shí)限，例如短波電臺(tái)通信按照規(guī)定超過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間換頻；(3)出現(xiàn)頻率自擾情況(超短波通信)，更換備用頻率；(4)某通信網(wǎng)受到干擾后，啟動(dòng)相關(guān)的備用頻率，原有的工作頻率轉(zhuǎn)化為備用頻率。

啟動(dòng)備用頻率應(yīng)當(dāng)滿足下列條件：(1)指定時(shí)段內(nèi)某網(wǎng)無(wú)線通信路段干擾的平均誤碼率超過(guò)指定值；(2)指定時(shí)段內(nèi)某網(wǎng)內(nèi)部實(shí)體間通信平均時(shí)延超過(guò)指定值；(3)被敵方發(fā)現(xiàn)、遭敵圍攻；(4)對(duì)某網(wǎng)下達(dá)改頻命令；

4 結(jié)束語(yǔ)

通信網(wǎng)設(shè)備工作頻率模擬是較為復(fù)雜的一個(gè)過(guò)程，涉及到頻率的指配，更為抽象。本文結(jié)合通信網(wǎng)設(shè)備需求、頻率需求和頻管要求對(duì)頻率進(jìn)行指配，建立通信網(wǎng)設(shè)備頻率指配模型和頻率變化規(guī)則模擬，為進(jìn)一步進(jìn)行通信網(wǎng)模擬提供理論依據(jù)和模型支撐。