侯澤欣，呂衛(wèi)祥，裴 江，黃 镠

(中國船舶集團有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引 言

數(shù)字相控陣雷達內部使用了大量數(shù)字可編程器件，通過對其進行編程重構可實現(xiàn)雷達的各種工作方式和多種功能。當對其發(fā)射波形和接收匹配濾波進行合理設計時，可實現(xiàn)雷達間的信息傳輸與組網功能。在多功能相控陣雷達工作在通信狀態(tài)時，為保障通信數(shù)據(jù)的有效傳輸，需對網絡節(jié)點中相控陣雷達時間資源進行合理的分配，即通信時隙資源管理技術。一般典型的傳感器網絡采用TDMA時分多址技術進行通信資源的管理。

同時，數(shù)字相控陣雷達具有寬窄帶多通道處理模式，通過對寬帶通道增加寬帶調制解調技術，使得雷達通信功能實現(xiàn)寬帶、窄帶等多處理模式。寬窄帶通道多處理模式的聯(lián)合使用使得雷達系統(tǒng)可以以不同的通信傳輸速率進行雷達組網與通信，具備多種帶寬及速率下的通信工作模式。

雷達通信的信道狀態(tài)因復雜的氣象、電磁環(huán)境等不同而變化，并對相控陣雷達網絡通信數(shù)據(jù)的有效傳輸有一定影響。在信道狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，不同的工作帶寬或不同的傳輸速率會有不同的通信傳輸質量。因而，對于具有多種通信模式的相控陣雷達通信網絡亟需設計一種基于實際網絡環(huán)境的實時動態(tài)通信資源管理方法，針對不同的信道狀態(tài)調節(jié)鏈路的通信帶寬、速率和時間片參數(shù)，對雷達的帶寬、速率等多種組合工作模式進行實時控制管理，以達到最佳的通信狀態(tài)。

1 網絡性能估計

相控陣雷達通信網絡環(huán)境中信號衰落、節(jié)點移動以及突發(fā)干擾的影響會導致網絡內通信鏈路中信道狀態(tài)和通信質量的快速頻繁變化，無線信道上的數(shù)據(jù)傳輸速率及整個網絡的通信性能都隨之變化。因此，在通信過程中需實時地估計信道狀態(tài)及通信質量的變化，按照性能估計結果對網絡通信資源進行有效管理，自適應調節(jié)各網絡節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以適應當前信道條件，充分利用網絡信道傳輸能力提高傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1.1 信道狀態(tài)

信道是以傳輸媒質為基礎的信號通路，傳輸媒質是其主要部分，信號質量的好壞主要取決于傳輸媒質的特性。信道狀態(tài)主要由其振幅-頻率特性、相位-頻率特性、多徑效應及環(huán)境噪聲影響。為了能在有限的頻譜范圍內實現(xiàn)盡可能高質量、大容量的通信，必須實時獲取信道的以上特性參數(shù)，對其進行計算分析，估計信道質量。

信道環(huán)境質量計算在網絡通信資源管理上有著重要的意義。在通信系統(tǒng)的實際使用中，信道狀態(tài)估計作為表征信道特性的參數(shù)對信道切換、自適應通信速率調節(jié)、發(fā)射端功率調節(jié)等功能都起到了重要的作用。

1.2 通信質量

通信質量主要從通信系統(tǒng)的有效性和可靠性兩方面性能指標來考量。有效性由傳輸速率和頻帶利用率來衡量：

(1) 碼元速率，單位時間傳送碼元的數(shù)目。

RB=1/T(B)

(2) 信息傳輸速率，單位時間內傳遞的平均信息量或比特數(shù)。

Rb=RBlog2M(b/s)

(3) 頻帶利用率，單位帶寬內的傳輸速率。

η=RB/B(B/Hz)

可靠性由差錯率來衡量：

(1) 誤碼率，錯誤接收碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占比例。

Pe=錯誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)

(2) 丟包率，未接收的數(shù)據(jù)包數(shù)在傳輸總包數(shù)中所占比例。

Pb=未接收數(shù)據(jù)包數(shù)/傳輸總包數(shù)

通過接收網絡通信鏈路的傳輸誤碼率、頻帶利用率、信息傳輸速率等指標的反饋，對通信鏈路的性能進行分析，實時估計各鏈路通信質量。

2 通信資源多模式管理方法

多功能相控陣雷達通信網絡組建完成后，按照一定的時隙資源配置完成網絡內數(shù)據(jù)傳輸。同時，實時計算網絡內各通信鏈路的通信質量和信道狀態(tài)，自適應調節(jié)編隊通信資源參數(shù)，實時切換網絡各通信鏈路工作帶寬、控制網絡通信速率。當有大容量數(shù)據(jù)緊急傳輸業(yè)務產生時，通過高速路由傳輸通信資源設計方法提取最優(yōu)路由，并對高速通信路由的傳輸通信資源動態(tài)編排來解決網絡實時信道狀態(tài)和通信質量復雜變化導致業(yè)務失敗的問題。

多功能相控陣雷達組網通信資源多模式管理方法的實施過程及流程如圖1所示。

圖1 通信資源多模式管理方法流程

(1) 多功能雷達通信網絡初始化

雷達網絡初始化，完成多功能相控陣雷達網絡的組建。通信網絡的路由關系如圖2所示。

圖2 通信網絡路由示意圖

(2) 資源初始化分配

根據(jù)多功能相控陣雷達網絡的通信路由關系，初始化分配通信資源進行網絡通信。根據(jù)圖2所示網絡態(tài)勢，通信資源的分配結果如表1所示。

表1 網絡通信資源初始化分配表

(3) 通信質量和信道狀態(tài)估計

通過對網絡內各通信鏈路的通信數(shù)據(jù)傳輸效果和物理層信號反饋信息統(tǒng)計分析，實時估計網絡各通信鏈路的信道狀態(tài)和通信質量，估計結果如表2所示。

表2 通信質量及信道狀態(tài)估計表

由表2可得網絡內各通信鏈路的實時通信速率、鏈路通信質量和信道狀態(tài)的量化值。

(4) 帶寬及速率分析

對各鏈路的通信質量、信道狀態(tài)和實時的工作帶寬、傳輸速率進行統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析，選擇最優(yōu)通信模式設置合適的工作帶寬和傳輸速率以達到鏈路當前信道狀態(tài)下最優(yōu)的通信質量。圖2所示為帶寬及速率分析后的各通信鏈路的工作模式選擇結果，共有寬帶高速、寬帶低速和窄帶3種通信工作模式。

(5) 通信資源動態(tài)分配

根據(jù)帶寬及速率分析后確定的各通信鏈路工作模式，完成網絡通信資源的動態(tài)分配。通信資源分配結果如表3所示，其中加粗、下劃線代表工作模式1即寬帶高速模式，加粗、無下劃線代表工作模式2即寬帶低速模式，不加粗、無下劃線代表工作模式3即窄帶模式。

(6) 高速路由傳輸資源管理

分析各鏈路的通信質量和信道狀態(tài)，提取高速路由解決方案，并對編排的通信資源進行動態(tài)調整，具體方法如下節(jié)所述。

表3 網絡通信資源動態(tài)分配表

3 高速路由傳輸資源管理

高速路由傳輸通信資源管理的具體流程如圖3所示。

圖3 高速路由傳輸通信資源管理流程

(1) 高速路由需求分析

當有大容量緊急數(shù)據(jù)需在某一鏈路中傳輸而該鏈路信道的通信狀態(tài)差、傳輸速率低時，即產生高速路由傳輸需求。例如，節(jié)點1急需向節(jié)點6傳輸大容量數(shù)據(jù)。

(2) 路由狀態(tài)計算

統(tǒng)計計算該通信鏈路的通信質量和信道狀態(tài)，即鏈路兩節(jié)點間所有路由方式下的各通信鏈路的通信質量和信道狀態(tài)。

(3) 最優(yōu)路由提取

由下式計算各路由方式的通信速率Sj、傳輸效率Pj，提取最優(yōu)路由。

其中，Sj表示第j種路由方式的通信速率，n為路由跳數(shù)，si為路由中各單鏈路的通信速率。

其中，Pj表示第j種路由方式的傳輸效率，n為路由跳數(shù)，pi為路由中各單鏈路的傳輸效率。

選取各路由方式下通信速率與傳輸效率之積max(Sj·Pj)最大的通信路徑為最優(yōu)路由。例如，節(jié)點1與節(jié)點6傳輸?shù)淖顑?yōu)路由路徑為1<->3，3<->6。

(4) 通信資源動態(tài)分配

根據(jù)提取的最優(yōu)路由信息動態(tài)分配通信資源。鏈路1～6的高速路由傳輸通信資源分配結果如表4所示。

表4 高速路由傳輸通信資源動態(tài)分配表

4 結束語

針對具備多帶寬多速率通信工作模式的多功能相控陣雷達網絡，本文提出一種有效的資源管理方法，通過實時地監(jiān)測鏈路通信質量和信道狀態(tài)，實現(xiàn)多功能相控陣雷達網絡多模式通信的有效控制。通過對通信資源的有效管理，提高了寬帶高速率通信模式的利用率，提升了通信傳輸效率。

通過高速路由傳輸資源管理，提高了大容量緊急數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務的成功率，提升了多功能相控陣雷達通信網絡在復雜通信信道環(huán)境下的工作效能。但是，本文的最優(yōu)路由提取方法對路由跳數(shù)變化造成的端到端時延代價問題未進行分析，需要后續(xù)做更進一步的研究。