艦船短波自適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)組織問題研究

李有才，鄭春弟，黃 強

(1.海軍陸戰(zhàn)學(xué)院，廣州 510430；2.解放軍91715部隊,廣州 510438)

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艦船短波自適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)組織問題研究

李有才1，鄭春弟1，黃 強2

(1.海軍陸戰(zhàn)學(xué)院，廣州 510430；2.解放軍91715部隊,廣州 510438)

自適應(yīng)通信是提高通信雙方建鏈速度、增強反偵察抗干擾能力的有效通信手段。分析了艦船短波自適應(yīng)通信組網(wǎng)涉及的基本參數(shù)，研究了網(wǎng)絡(luò)組織基本方法及其性能、效率，明確了網(wǎng)絡(luò)組織存在的問題，提出了相應(yīng)的對策措施。

網(wǎng)絡(luò)組織；自適應(yīng)通信；艦船通信

0 引 言

短波自適應(yīng)從廣義上講是指短波通信系統(tǒng)具有適應(yīng)外界通信條件變化的能力。通信系統(tǒng)主要指無線電收發(fā)信系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。通信外界條件包括傳播媒質(zhì)條件，大氣噪聲，自然、天電干擾，人為干擾和傳播的信息形式等[1]。短波自適應(yīng)系統(tǒng)是把實時信道估值技術(shù)與通信技術(shù)融為一體，具有鏈路質(zhì)量分析(LQA)和自動建立通信鏈路(ALE)的典型功能，是一種克服短波信道隨機性、提高短波通信可靠性的新技術(shù)[2]。隨著自適應(yīng)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)具有通信鏈路單向、雙向探測，單呼、網(wǎng)呼、全呼鏈路連接，同頻、異頻等多種通信形式，有利于通信雙方建鏈速度的提升，有利于反偵察、抗干擾能力的增強。文章通過短波自適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)組織基本參數(shù)分析，研究了其網(wǎng)絡(luò)組織的基本方法，指出了當前網(wǎng)絡(luò)組織中存在的具體問題，提出了相應(yīng)的對策措施。

1 短波自適應(yīng)通信組網(wǎng)涉及的基本參數(shù)

短波自適應(yīng)通信是艦船常用的通信方式，廣泛應(yīng)用于海陸遠程通信、艦船協(xié)同通信，但由于短波自適應(yīng)信道受電離層傳輸媒介、導(dǎo)頻探測選頻技術(shù)、實時信道估值設(shè)計、自適應(yīng)選頻參數(shù)確定、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)組織形式等因素影響，具有不確定性與不穩(wěn)定性，給系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組織帶來一定的難度。短波自適應(yīng)通信組網(wǎng)涉及的基本參數(shù)包括自適應(yīng)選頻類型、自適應(yīng)選頻參數(shù)、自適應(yīng)選頻頻率數(shù)、自適應(yīng)選頻時間、自適應(yīng)呼叫形式、自適應(yīng)掃描信道等[3]，其參數(shù)概念、作用及當前艦船運用情況如表1所示。

表1 短波自適應(yīng)通信組網(wǎng)涉及的基本參數(shù)

2 艦船短波自適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式

隨著短波自適應(yīng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，自適應(yīng)電臺大量應(yīng)用于海上艦船及海上航運、海上執(zhí)法等民用船舶，其自適應(yīng)信號調(diào)制方式、自適應(yīng)通信協(xié)議以及自動鏈路建立技術(shù)基本成熟，能夠構(gòu)建互聯(lián)互通的自適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。自適應(yīng)最佳信道選擇方式有自適應(yīng)單向探測和雙向交換探測2種方式，自適應(yīng)呼叫形式有單呼、網(wǎng)呼、全呼3種形式。因此，短波自適應(yīng)電臺組網(wǎng)方法有單向(雙向)單呼、單向(雙向)星型網(wǎng)呼縱式、單向(雙向)網(wǎng)狀網(wǎng)呼橫式(縱橫式)、單向通播全呼縱式9種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，單向單呼、單向網(wǎng)呼、單向全呼、雙向單呼、雙向網(wǎng)呼網(wǎng)絡(luò)組織基本概念、典型特點、性能與效能比較如表2所示。

表2 短波自適應(yīng)通信組網(wǎng)方法及其性能、效率比較

目前艦船短波自適應(yīng)電臺按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)區(qū)分有專向、星形(縱式)網(wǎng)、網(wǎng)狀(橫或縱橫式)網(wǎng)和通播(縱式)網(wǎng)4種基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，任何一種通信網(wǎng)絡(luò)形式都是以這4種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成[4]。

專向網(wǎng)：遠程戰(zhàn)略、戰(zhàn)役短波自適應(yīng)通信以專向網(wǎng)為主，啟用大功率、單邊帶自適應(yīng)方式。在很多情況下，對于單一信道，由于短波天波傳播多徑特點，在某一方向或距離上信道質(zhì)量可能很好，而在另一方向或距離上則可能較差，因此，考慮遠程戰(zhàn)略、戰(zhàn)役短波自適應(yīng)通信的重要性，不同方向組成不同的自適應(yīng)專向。短波自適應(yīng)專向網(wǎng)根據(jù)選擇信道探測形式的不同可分為單向探測專向和雙向探測專向2種網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示。

圖1 短波自適應(yīng)通信專向網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)示意圖

星形網(wǎng)：星形網(wǎng)其實是一個縱式網(wǎng)，一般由主臺發(fā)起呼叫，建立主臺與各屬臺間的縱式通信網(wǎng)絡(luò)。星形網(wǎng)是一個預(yù)先排列好的臺站集合體，各臺站都與主叫臺建立鏈路并進行通信，大多數(shù)情況下只有主叫臺具有網(wǎng)絡(luò)控制站功能，其它臺站為屬臺，主叫臺通過網(wǎng)絡(luò)地址，迅速有效地與各臺站同時或近乎同時地建立起聯(lián)系，各臺站存儲與此網(wǎng)絡(luò)地址相連的有關(guān)響應(yīng)順序和定時信息，主叫臺根據(jù)需要選擇統(tǒng)一時隙寬度，以便各臺順序應(yīng)答，避免碰撞?？紤]自適應(yīng)選擇信道探測形式的不同，星形網(wǎng)同樣可分為單向網(wǎng)呼星型和雙向網(wǎng)呼星型2種網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示。

圖2 短波自適應(yīng)通信星型網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)示意圖

通播網(wǎng)：通播網(wǎng)其實也是縱式網(wǎng)，但與星形縱式網(wǎng)不同，它是一個非預(yù)先排列好的臺站集合體。通播網(wǎng)一般由指揮所(或作戰(zhàn)地域級別最高電臺)作為控制中心，通過全呼地址進行呼叫，通播網(wǎng)不能預(yù)置時隙，不需要任何目標臺給予響應(yīng)，不管是附加有網(wǎng)絡(luò)地址的臺站，還是沒有附加網(wǎng)絡(luò)地址的臺站，在某一信道收到這種通播呼叫，都應(yīng)停止掃描接收，并迅速與主呼臺建立通信鏈路，因此，通播網(wǎng)只有單向全呼一種網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)形式，如圖3所示。

圖3 短波自適應(yīng)通信通播網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)示意圖

網(wǎng)狀網(wǎng)：網(wǎng)狀網(wǎng)與星形網(wǎng)相似，同樣是一個預(yù)先排列好的臺站集合體，任何臺站都有網(wǎng)絡(luò)控制功能，都可以發(fā)起網(wǎng)絡(luò)呼叫，建立互通鏈路并進行通信。網(wǎng)狀網(wǎng)同樣通過網(wǎng)絡(luò)地址實現(xiàn)組網(wǎng)呼叫，各臺站存儲與此網(wǎng)絡(luò)地址相連的有關(guān)響應(yīng)順序和定時信息，主叫臺根據(jù)需要，選擇統(tǒng)一時隙寬度，保證各臺順序應(yīng)答，避免碰撞。如果網(wǎng)內(nèi)不規(guī)定某個臺站行使網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)，各臺站都平等，這種網(wǎng)狀網(wǎng)就是一個橫式網(wǎng)，如果規(guī)定某臺站行使網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)，那就是一個縱橫式網(wǎng)?？紤]自適應(yīng)選擇信道探測形式的不同，網(wǎng)狀網(wǎng)可分為單向網(wǎng)呼橫式、單向網(wǎng)呼縱橫式、雙向網(wǎng)呼橫式、雙向網(wǎng)呼縱橫式4種網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)形式，如圖4所示。

通過上述分析，全面考慮短波自適應(yīng)通信的組網(wǎng)方式、探測形式、呼叫方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性質(zhì)，短波自適應(yīng)通信組網(wǎng)形式綜合情況如表3所示。

表3 短波自適應(yīng)通信組網(wǎng)性質(zhì)綜合情況表

圖4 短波自適應(yīng)通信網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)示意圖

3 短波自適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)組織存在的問題及對策措施

根據(jù)上述組網(wǎng)方法及其性能、效率比較分析，當前我國艦船短波自適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)組織存在的問題主要有：

(1) 沒有信道自動切換功能，長時間保持最佳信道有難度，應(yīng)不斷改進自適應(yīng)單元控制模塊，提供信道切換請求信令。無論是軍種通裝、兵種專裝還是民用通信系統(tǒng)，當通信雙方在最佳信道上遇到外界干擾或信道條件變差時，系統(tǒng)不具備信道自動切換功能，信道條件差或通信聯(lián)絡(luò)中斷時，只能在人工干預(yù)下，重新進行線路質(zhì)量分析并建鏈，不能滿足未來高速、高效的信息傳輸要求。因此應(yīng)該改進自適應(yīng)單元控制模塊，增加信道切換軟件程序，通過設(shè)置通信鏈路質(zhì)量標準、發(fā)送信道參數(shù)特征碼、進行通信鏈路情況判決、發(fā)送轉(zhuǎn)換信道請求信令等形式，完成信道自動切換。

(2) 不具備實時探測能力，信道頻率組為預(yù)先設(shè)置，應(yīng)逐步完善實時探測、實時自動頻率選擇功能。目前，我國艦船短波自適應(yīng)通信傳輸信道質(zhì)量好壞，不是實時探測、實時選擇，而是基于網(wǎng)絡(luò)提供的若干個頻率，預(yù)先設(shè)置，以信納德、信噪比、誤碼率等若干參數(shù)，通過一定加權(quán)后綜合選擇最佳信道，基本上是網(wǎng)絡(luò)確定了，頻率組也就確定，具有一定的局限性，不適應(yīng)于跨區(qū)域、跨海洋的遠程移動或野戰(zhàn)通信。因此，應(yīng)充分利用現(xiàn)有chirp探測技術(shù)，逐步實現(xiàn)傳輸信道連續(xù)不斷的實時探測、連續(xù)不斷的實時選優(yōu)、連續(xù)不斷的實時分配頻率、連續(xù)不斷的實時管理與控制等，實現(xiàn)真正意義上的自適應(yīng)。

(3) 組網(wǎng)形式單一，限制了網(wǎng)絡(luò)組織的拓展，應(yīng)積極開發(fā)其它組網(wǎng)形式，提高系統(tǒng)電子對抗能力。目前，短波自適應(yīng)通信主要采用同頻雙向單呼組網(wǎng)方式，單向單呼、單向網(wǎng)呼、單向全呼和雙向網(wǎng)呼等組網(wǎng)方式?jīng)]有全面實施，限制了短波自適應(yīng)通信組網(wǎng)功能的拓展。同時，雙向單呼組網(wǎng)方式的通信雙方需要呼叫、響應(yīng)、選通、應(yīng)答過程，時間長、建鏈速度慢，被敵偵測、搜索、判斷、識別的幾率大，不符合實時性與反偵察要求，而單向單呼、單向網(wǎng)呼和單向全呼不需要目標臺響應(yīng)、應(yīng)答、信息交流，有利于目標臺隱蔽出航，有利于隱蔽作戰(zhàn)行動與作戰(zhàn)企圖。因此，應(yīng)加快構(gòu)建單向單呼、單向網(wǎng)呼、單向全呼和雙向網(wǎng)呼組網(wǎng)方式，拓展自適應(yīng)通信組網(wǎng)功能。

(4) 自適應(yīng)類型單一，應(yīng)用范圍相對窄，應(yīng)不斷拓展自適應(yīng)工作類型，滿足不同信息環(huán)境要求的需要。自適應(yīng)通信系統(tǒng)具有適應(yīng)通信條件變化的能力，從廣義上來講，可以有各種工作類型。而當前艦船短波自適應(yīng)基本都是頻率自適應(yīng)，不具備功率自適應(yīng)、速率自適應(yīng)、分集自適應(yīng)、均衡自適應(yīng)和天線調(diào)零自適應(yīng)等功能，類型單一，模塊設(shè)置簡單，電子對抗能力弱等。因此，應(yīng)加速自適應(yīng)技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用研究，拓展自適應(yīng)選擇類型，盡快研制滿足數(shù)字通信信道需要的速率自適應(yīng)，滿足近遠通信網(wǎng)絡(luò)兼容的功率自適應(yīng)，滿足電子對抗需要的調(diào)零天線自適應(yīng)等。

(5) 信道質(zhì)量評價參數(shù)有差異，互通性差，應(yīng)盡快統(tǒng)一協(xié)議標準，健全短波自適應(yīng)綜合管理機制。短波自適應(yīng)通信具備2個突出功能：一是根據(jù)自適應(yīng)通信規(guī)程，在2個或多個臺站之間由自適應(yīng)控制器自動選頻呼叫，建立通信鏈路；二是通過諸如信納德、信噪比、信號強度、誤碼率等評價參數(shù)完成傳輸信道質(zhì)量分析[5]。然而，目前無論是軍種與軍種之間，還是軍用與民用之間，其信道質(zhì)量評價參數(shù)有差異，協(xié)議標準不一致，操作界面與參數(shù)設(shè)置不統(tǒng)一，軍種與軍種、艦艇與地方船舶之間，如果不外加其它解釋軟件終端，勾聯(lián)十分困難，不適應(yīng)未來聯(lián)合作戰(zhàn)的需要。因此，必須統(tǒng)一信道質(zhì)量評價參數(shù)、統(tǒng)一通信協(xié)議標準、統(tǒng)一信息處理終端，實現(xiàn)短波自適應(yīng)通信的互聯(lián)、互通、互操作。

[1] 肖金光，周新力，楊靜國.短波數(shù)字通信自適應(yīng)均衡技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，264(1)：107-109.

[2] 張春艷，徐開軍，王書旺，等.短波通信實時選頻技術(shù)研究及其實現(xiàn)[J].電子世界，2012，56(10)：18-19.

[3] 戴耀森.短波數(shù)字通信自適應(yīng)選頻技術(shù)[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

[4] 辛國平，李宏濤.艦船情報研究報告：海軍組網(wǎng)通信新技術(shù)研究[R].武漢：船舶重工集團公司第722研究所，2010.

[5] 胡中豫.軍事通信基礎(chǔ)[M].重慶：重慶通信學(xué)院出版社，2011.

Research into Network Organization Problem of Short Wave Adaptive Communication of Warship

LI You-cai1，ZHENG Chun-di1，HUANG Qiang2

(1.Naval Marine Academy,Guangzhou 510430,China； 2.Unit 91715 of PLA,Guangzhou 510438,China)

Adaptive communication is an effective communication means to improve the speed of establishing link and enhance the ability of anti-reconnaissance and anti-jamming.This paper analyzes the basic parameters that warship short wave adaptive communication netting relates to，studies the basic method and performance，efficiency of network organization,and clarifies the problems of network organization，proposes the corresponding measures.

network organization;adaptive communication;warship communication

2014-12-10

TN915

A

CN32-1413(2015)02-0045-06

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.02.013