陸軍通信網(wǎng)設(shè)備工作頻率模擬

衛(wèi)功卓

(國防科技大學(xué)，安徽 合肥 230037)

0 引 言

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，通信裝備越來越多，用頻設(shè)備不斷增加，對頻譜的需求也逐步增加，導(dǎo)致頻譜在有限的空間時域內(nèi)，難以滿足大量的需求。頻率分配研究的主要問題是為不同的通信節(jié)點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。

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、對設(shè)備進行相應(yīng)的頻率劃分和頻率需求分析，結(jié)合戰(zhàn)場電磁頻譜管理要求，從而對陸軍通信網(wǎng)設(shè)備工作頻率進行有效模擬。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個不同層次：基礎(chǔ)層、平臺層、地域通信網(wǎng)。基礎(chǔ)層主要涉及通信裝備；平臺層把這些通信裝備集成在飛機或坦克上；地域通信網(wǎng)把通信裝備與平臺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、超短波電臺、微波接力機、衛(wèi)星、雙工移動通信車、干線上下山接力機。通信網(wǎng)或設(shè)備有對應(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

短波電臺在進行傳播時主要利用電離層進行反射。電離層的變化會導(dǎo)致短波電臺頻率的變化，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，一個無線電通信系統(tǒng)通常還需要幾個備用的頻率，根據(jù)想定作戰(zhàn)背景，假定一個短波無線電臺網(wǎng)專至少需要4～6個頻率，一個超短波無線電臺網(wǎng)至少需要2～4個頻率，一條接力的鏈路至少需要4個頻率，連隊至少組織1個超短波無線電臺網(wǎng)，營至少有4個，團至少有13個。師對團組織的無線電臺網(wǎng)專通常有10～20個，雙工無線電移動通信網(wǎng)組織1個。地域通信網(wǎng)一個干線節(jié)點的微波接力鏈路通常有3～7條，一個入口節(jié)點的微波接力鏈路通常有1～3條。

2 戰(zhàn)場頻譜管理要求

裝備信息化程度越來越深，用頻裝備越來越多，戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)通信隨著裝備的增加，規(guī)模相應(yīng)擴大，對無線電頻譜的需求隨之增加，頻譜管理難度越來越大，要求對戰(zhàn)場無線電頻譜合理管控、規(guī)劃、運用。

2.1 基本概述

戰(zhàn)場頻譜管理是指在軍事作戰(zhàn)行動中通過行政、管理或技術(shù)的手段和規(guī)程對軍事頻譜資源實施有效管控。主要任務(wù)是：對頻率進行統(tǒng)一分配和指配，監(jiān)督無線電是否按照之前規(guī)定的頻率進行使用。頻率分配是指批準某些頻率(或頻段)給某一個單位、部隊在一定的時間內(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)場頻譜管理基本實施流程圖

戰(zhàn)場電磁頻譜管理實施的流程[4]如圖2所示。

圖2 戰(zhàn)場頻譜管理實施流程圖

戰(zhàn)場頻譜的流程實際上是對整個戰(zhàn)場頻譜的分析、規(guī)劃和頻譜管理控制進行了描述，頻譜管理主要涉及到3個方面：(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通信網(wǎng)中的設(shè)備進行頻率指配和變化規(guī)則模擬，為了簡化模擬，只對上述通信網(wǎng)所涉及到的設(shè)備進行模擬，模擬時結(jié)合戰(zhàn)場電磁頻譜管理要求，對具體的變化規(guī)則進行描述。

3.1 頻率指配模擬

戰(zhàn)場頻率指配，在上級頻譜管理中心授權(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)劃和動態(tài)調(diào)整[5]。

3.1.1 短波電臺網(wǎng)、超短波電臺網(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波道，500 W以上電臺網(wǎng)從夜頻頻段各抽取一個波道，每個網(wǎng)中4個頻點，各抽取2個為工作頻點，另外2個作為備用頻點。指配過程中涉及到動態(tài)調(diào)整，最大程度利用頻率，但是考慮到電臺網(wǎng)有限，不考慮重復(fù)使用頻率。跳頻電臺可以按照組網(wǎng)時的頻點分配方案來進行[7]，其余定頻按照上述模型來實施。

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

表2 短波電臺通信網(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)也可單獨組網(wǎng)，1個信道2個頻率分上下行，備份2個頻率,共計4個頻率。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個頻段(上下行)，因上下波道每個頻段寬度相同，對應(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

每個衛(wèi)星信道分別從上下行頻段的2個小頻段中各隨機抽取1個波道，每個衛(wèi)星信道得到上下行各2個波道，波道中值即為分配的頻點，再從上下行頻點中各隨機抽取1個頻點為工作上下行頻點，另 2個為備用上下行頻點。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)，是指每個干線節(jié)點可能配備多臺車，每個車保障一個方向的接力通信，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個波道2個頻率，備份2個頻率(收發(fā))，波道間隔f3,一般微波波道間隔按照CCIR建議中的國標微波波道間隔劃分，每個頻段波道數(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個小頻段各隨機抽取1個波道，所抽取的f1′、f2′…f6′波道中值依次為6個波道的發(fā)信頻點，所抽取的f1、f2、f6波道中值即為6個波道的收信頻點；同理，在2組的12個小頻段隨機各抽取1個波道，作為備用收發(fā)頻點。若有多條線路從干線節(jié)點發(fā)出，在剩余波道中，按照相同的辦法指配，微波接力機考慮到方向性較強，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)場通信網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)

無線電臺用戶通過短波、超短波接入無線節(jié)點(或用戶節(jié)點)及無線電節(jié)點(或用戶節(jié)點)通過微波接力機(干線上下山接力機)接入到干線節(jié)點中去。主要考慮到2種情況：一是無線電臺用戶通過短波、超短波接入到無線節(jié)點(或者用戶節(jié)點)，將接入的線路按照之前所述的短波、超短波電臺通信網(wǎng)工作頻率指配模型表進行指配；二是無線節(jié)點(或用戶節(jié)點)通過微波接力接入到干線節(jié)點，將接入的每條線路按照微波接力機(干線上下山接力機)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，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，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復(fù)雜電磁環(huán)境中戰(zhàn)場頻譜管理的工作流程來實施相應(yīng)戰(zhàn)場頻率變化過程[4]，結(jié)合戰(zhàn)場電磁頻譜管理要求，具體的變化有：(1)任務(wù)轉(zhuǎn)換、指揮所移動、環(huán)境變化引起的頻率變換；(2)達到了一定用頻時限，例如短波電臺通信按照規(guī)定超過多長時間換頻；(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。

啟動備用頻率應(yīng)當滿足下列條件：(1)指定時段內(nèi)某網(wǎng)無線通信路段干擾的平均誤碼率超過指定值；(2)指定時段內(nèi)某網(wǎng)內(nèi)部實體間通信平均時延超過指定值；(3)被敵方發(fā)現(xiàn)、遭敵圍攻；(4)對某網(wǎng)下達改頻命令；

4 結(jié)束語

通信網(wǎng)設(shè)備工作頻率模擬是較為復(fù)雜的一個過程，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頻率進行指配，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，為進一步進行通信網(wǎng)模擬提供理論依據(jù)和模型支撐。