淺析協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)電磁頻譜管理

侯志軍　姜水橋

【摘 要】傳統(tǒng)條塊分割、靜態(tài)管理的電磁頻譜管理模式，難以滿足戰(zhàn)場電磁頻譜管理快速動態(tài)的需要。運用區(qū)域化的動態(tài)頻譜管理策略，采取協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)頻譜管理模式，重點解決頻譜動態(tài)共享、動態(tài)感知、動態(tài)分配，可較好地推進(jìn)該問題的解決。

【關(guān)鍵詞】協(xié)調(diào)；區(qū)域；動態(tài)；頻譜管理

當(dāng)前，基于條塊分割、靜態(tài)管理的軍事電磁頻譜管理模式，存在效率不高、不符合頻譜管理的特點等問題，難以滿足信息化條件下國防建設(shè)和軍事斗爭需求。區(qū)域化動態(tài)電磁頻譜管理模式，為問題的解決提供了思路。

1 傳統(tǒng)電磁頻譜模式存在的主要問題

一是，電磁頻譜集中靜態(tài)管理模式，加劇了區(qū)域頻譜供需矛盾。當(dāng)前戰(zhàn)場電磁頻譜管理主要采取集中靜態(tài)的管理模式。在頻率分配上，為便于管控系統(tǒng)間相互干擾，為每個部門（部隊）分配一定數(shù)量的工作頻率，且頻率一經(jīng)分配，其他用戶不得隨意使用。遇有沖突，采取計劃協(xié)同的辦法解決。這種模式在戰(zhàn)場用頻裝備系統(tǒng)急劇增加的情況下，加劇了頻譜供需矛盾。

二是，諸軍兵種、軍民自成體系、自我管理，不符合頻譜管理區(qū)域性的特征。在有限的作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)，軍兵種、民用頻譜管理部門主要負(fù)責(zé)本系統(tǒng)的頻管工作，雖建立相應(yīng)的橫向溝通與協(xié)調(diào)關(guān)系，出現(xiàn)問題由雙方的統(tǒng)一上級負(fù)責(zé)，缺乏各個區(qū)域的統(tǒng)一管理部門，與電波區(qū)域傳播特性不相符，致使有限的頻譜資源使用效能得不到充分發(fā)揮。

2 協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)頻譜管理策略

協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)頻譜管理，為解決傳統(tǒng)頻譜管理模式存在的問題提供了思路，其基本內(nèi)涵是：根據(jù)電波區(qū)域傳播的特性，以頻譜動態(tài)共享技術(shù)支撐，對現(xiàn)行頻譜管理體制不作大的改動，按照區(qū)域?qū)﹄姶蓬l譜實施動態(tài)管理，以提高頻譜利用效率。這一模式比較符合與當(dāng)前頻譜管理體制的兼容性較強，可操作性好。

協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)頻譜管理，是在設(shè)備級頻譜動態(tài)頻譜管理的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。設(shè)備級頻譜動態(tài)管理是建立在用戶動態(tài)頻譜接入的基礎(chǔ)上，將某段頻譜作為可利用的資源，區(qū)域內(nèi)部的所有用頻裝備通過實時地感知、識別、利用可用頻譜，實現(xiàn)不同用頻設(shè)備有序共享該段頻譜資源。其典型工作方式是：當(dāng)用頻設(shè)備需要使用頻率時，通過主動或被動感知某區(qū)域的頻譜；根據(jù)可用頻譜空穴情況，調(diào)整自身的工作頻率，在頻譜空穴上工作，以充分利用空閑的頻率資源；為避免對授權(quán)用戶造成不必要干擾，設(shè)備可在空閑頻譜間進(jìn)行無縫轉(zhuǎn)移。

協(xié)調(diào)式區(qū)域頻譜動態(tài)管理模式引入了區(qū)域中心控制、區(qū)域用戶共用以及區(qū)域頻譜管理員機制。將某區(qū)域的頻譜劃分為靜態(tài)使用頻段、保護(hù)頻段和協(xié)調(diào)共用頻段。協(xié)調(diào)共用頻帶是頻譜管理人員根據(jù)該地區(qū)頻率使用情況和需要，提前將某段頻率分配給該區(qū)域相關(guān)用頻設(shè)備共用，要求用頻設(shè)備接入?yún)^(qū)域用頻網(wǎng)絡(luò)，具備有一定的頻譜感知能力，能夠?qū)崟r接入該頻段。其典型工作過程是：頻譜管理員通過區(qū)域管控中心，收集具有頻譜認(rèn)知功能的用頻設(shè)備的感知信息，并對之進(jìn)行綜合處理分析；根據(jù)各用頻設(shè)備的頻譜請求信息，在不對其它合法用戶造成有害干擾的前提下，為相關(guān)用頻設(shè)備指配臨時性工作頻段。當(dāng)用頻設(shè)備工作結(jié)束后，釋放占用頻段，供其它用頻設(shè)備重新使用。

區(qū)域協(xié)調(diào)訪問頻段的選定，是基于用戶而不是針對廣闊區(qū)域內(nèi)特定服務(wù)分配的大段靜態(tài)頻譜，因此與現(xiàn)行靜態(tài)頻譜管理方式相比，區(qū)域協(xié)調(diào)式頻譜管理能夠更加高效、動態(tài)地為用戶指配頻率。同時，區(qū)域動態(tài)頻譜接入用頻設(shè)備使用的頻譜由頻譜管理員通過自動化程序自動實現(xiàn)，不是人工指配，其分配過程更加靈活，效率更高。毫無疑問，設(shè)備級的區(qū)域動態(tài)頻譜管理是協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)頻譜管理的重要組成部分，而協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)頻譜管理與我們當(dāng)前的頻譜管理方式有一定的銜接，可操作性較強。

3 協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)頻譜管理關(guān)鍵環(huán)節(jié)

在不改變現(xiàn)行頻譜管理體制的情況下，協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)頻譜管理，可在建立區(qū)域頻管中心的基礎(chǔ)上，通過突破頻譜動態(tài)共享、頻譜動態(tài)感知、頻譜動態(tài)分配等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)、管理機制，加快推進(jìn)應(yīng)用進(jìn)程。

3.1 頻譜動態(tài)共享

頻譜共享是指在不改變現(xiàn)有的頻譜分配總體架構(gòu)下，實現(xiàn)不同系統(tǒng)用頻裝備的頻譜共享，提高頻譜使用效率。基本過程：一是，頻譜共享準(zhǔn)備階段。區(qū)域頻管中心收集區(qū)域各部門頻率資源信息（包括禁用、專用以及受保護(hù)頻率）、授權(quán)用戶頻率需求、用戶優(yōu)先級，具有頻譜認(rèn)知功能的用戶組網(wǎng)數(shù)量、任務(wù)需求以及工作區(qū)域等信息。二是，頻譜共享規(guī)劃階段。區(qū)域頻管中心對頻譜認(rèn)知用戶頻譜共享進(jìn)行靜態(tài)規(guī)劃。根據(jù)區(qū)域作戰(zhàn)任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、保障重點、頻譜認(rèn)知系統(tǒng)組網(wǎng)規(guī)模以及禁用頻率、保護(hù)頻率等情況，為頻譜認(rèn)知用戶指定若干共享頻段，確立頻譜共享方式和共享機制。三是，共享實現(xiàn)階段。區(qū)域頻管中心將共享頻段劃分為若干個集合，統(tǒng)籌分配給各頻譜認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)頻管中心。每個網(wǎng)絡(luò)頻管中心負(fù)責(zé)分配一個共享頻率集，用于網(wǎng)內(nèi)頻譜認(rèn)知用戶的共享、接入。共享頻率集一經(jīng)分配，一般不能共享其他網(wǎng)絡(luò)的共享頻率集。用網(wǎng)內(nèi)用戶有用頻需求時，在各網(wǎng)絡(luò)頻管中心的控制下或自主共享頻率集。當(dāng)預(yù)分配共享頻率集無法滿足網(wǎng)內(nèi)認(rèn)知用戶需求時，網(wǎng)絡(luò)頻管中心迅速反應(yīng)，及時協(xié)調(diào)其它網(wǎng)絡(luò)共享頻率集。

3.2 頻譜動態(tài)感知

頻譜動態(tài)感知是實施戰(zhàn)場區(qū)域動態(tài)頻譜管理的基礎(chǔ)。作戰(zhàn)過程中，用頻裝備受任務(wù)、地形、敵方干擾等因素的影響，使用頻率具有不確定性。因此在不同時間、不同地點將產(chǎn)生大量的頻譜空穴。要求用頻設(shè)備能夠動態(tài)感知周邊的頻譜環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)可用頻譜空穴，并能對動態(tài)分析、決策。為確保頻譜感知過程有目的、有秩序、高效率地運行，頻譜感知過程一般需要區(qū)域頻管中心的管理和控制。一是，當(dāng)對電磁環(huán)境了解不多的情況下，區(qū)域頻管中心控制頻譜認(rèn)知用戶對工作頻段進(jìn)行初始感知，目的是掌控該區(qū)域、某些頻段的頻譜占用情況；二是，頻管中心對電磁環(huán)境具有一定了解，特別是根據(jù)感知信息進(jìn)行頻譜共享規(guī)劃后，在頻譜認(rèn)知用戶沒有任務(wù)時，網(wǎng)絡(luò)頻管系統(tǒng)控制頻譜認(rèn)知用戶對共享頻率集進(jìn)行周期性地感知，以監(jiān)測頻率集占用狀態(tài)。在區(qū)域頻管和網(wǎng)絡(luò)頻管系統(tǒng)的管理控制下，頻譜感知過程目的性更強、時效性更高。

3.3 頻率動態(tài)分配

頻率動態(tài)分配是優(yōu)化頻譜利用，提高信道容量，減少系統(tǒng)間干擾的有效手段，是確保用戶有效接入，提高區(qū)域頻譜動態(tài)管理性能的核心與關(guān)鍵。相比靜態(tài)管理模式下，頻率動態(tài)調(diào)整時間長，中間環(huán)節(jié)多，時效性能差等缺點；區(qū)域頻率動態(tài)管理下的頻率分配、指配執(zhí)行部門從傳統(tǒng)的軍兵種以及各部隊頻管部門、業(yè)務(wù)部門轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)或區(qū)域頻管中心，分配、指配環(huán)節(jié)減少，時效性更高，過程更加靈活。根據(jù)頻譜認(rèn)知用戶使用空閑頻譜情況，網(wǎng)絡(luò)頻管中心將采取相應(yīng)的頻率分配策略。

當(dāng)頻譜認(rèn)知用戶預(yù)分配的專用頻率通信性能下降，但能夠滿足用戶任務(wù)需求時，即使其共享頻率集中存在干擾很小的“優(yōu)質(zhì)”空閑頻譜，為減少頻率動態(tài)分配的信息傳遞，同時避免對傳統(tǒng)用戶產(chǎn)生不必要的干擾，網(wǎng)絡(luò)頻管中心不進(jìn)行頻率動態(tài)分配；當(dāng)用戶預(yù)分配專用頻率不可用，且網(wǎng)絡(luò)共享頻率集能夠滿足用戶業(yè)務(wù)需求（網(wǎng)絡(luò)內(nèi)頻譜共享）時，網(wǎng)絡(luò)頻管中心根據(jù)頻譜認(rèn)知用戶數(shù)量、用戶業(yè)務(wù)需求，頻譜空穴數(shù)量等，依據(jù)一定的頻率分配算法對網(wǎng)內(nèi)用戶進(jìn)行頻率動態(tài)指配；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)分配共享頻率集不可用（無法為用戶提供有效接入）時，網(wǎng)絡(luò)用戶需要共享其它網(wǎng)絡(luò)空閑頻率（網(wǎng)絡(luò)間頻譜共享），通過網(wǎng)絡(luò)頻管中心自主協(xié)調(diào)或區(qū)域頻管中心干預(yù)措施，獲取其它網(wǎng)絡(luò)提供的共享頻率，再依據(jù)一定的頻率分配算法進(jìn)行動態(tài)指配。

4 結(jié)束語

區(qū)域動態(tài)電磁頻譜管理是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，要完全實現(xiàn)，受頻譜管理的技術(shù)、人才、機構(gòu)、政策等多方面因素的影響和制約。論文僅從理念層面對協(xié)調(diào)式區(qū)域動態(tài)電磁頻譜管理進(jìn)行了一定分析，還有許多問題需要深入研究。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姚富強.動態(tài)頻譜管理的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)對策略分析[J].電波科學(xué)學(xué)報，2013，8，28：794-796.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]