陸軍通信網設備工作頻率模擬

衛功卓

(國防科技大學，安徽 合肥 230037)

0 引 言

隨著現代信息技術的發展，通信裝備越來越多，用頻設備不斷增加，對頻譜的需求也逐步增加，導致頻譜在有限的空間時域內，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點或鏈路分配可用的頻率集合，保障通信網絡的暢通、相互之間不受干擾，從而有效保障現代化戰爭。

為了有效模擬通信網設備工作頻率，本文前期分析通信網設備的需求、對設備進行相應的頻率劃分和頻率需求分析，結合戰場電磁頻譜管理要求，從而對陸軍通信網設備工作頻率進行有效模擬。模擬方法主要是從通信網頻率指配和頻率變化兩方面進行考慮。

1 陸軍通信網設備頻率需求

陸軍通信網可以劃分為3個不同層次：基礎層、平臺層、地域通信網。基礎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]，陸軍師通信網如圖1所示。

圖1 陸軍師通信網示意圖

1.1 通信網設備需求

陸軍師通信網中需要模擬的設備主要有短波電臺、超短波電臺、微波接力機、衛星、雙工移動通信車、干線上下山接力機。通信網或設備有對應的工作頻段范圍，如表1所示。

表1 師通信網設備用頻范圍

1.2 通信網頻率需求

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通常還需要幾個備用的頻率，根據想定作戰背景，假定一個短波無線電臺網專至少需要4～6個頻率，一個超短波無線電臺網至少需要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，營至少有4個，團至少有13個。師對團組織的無線電臺網專通常有10～20個，雙工無線電移動通信網組織1個。地域通信網一個干線節點的微波接力鏈路通常有3～7條，一個入口節點的微波接力鏈路通常有1～3條。

2 戰場頻譜管理要求

裝備信息化程度越來越深，用頻裝備越來越多，戰場網絡通信隨著裝備的增加，規模相應擴大，對無線電頻譜的需求隨之增加，頻譜管理難度越來越大，要求對戰場無線電頻譜合理管控、規劃、運用。

2.1 基本概述

戰場頻譜管理是指在軍事作戰行動中通過行政、管理或技術的手段和規程對軍事頻譜資源實施有效管控。主要任務是：對頻率進行統一分配和指配，監督無線電是否按照之前規定的頻率進行使用。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使用。頻率分配是頻率指配的前提，未經分配的頻率，任何單位不得自行指配頻率使用[3]。

2.2 戰場頻譜管理基本實施流程圖

戰場電磁頻譜管理實施的流程[4]如圖2所示。

圖2 戰場頻譜管理實施流程圖

戰場頻譜的流程實際上是對整個戰場頻譜的分析、規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 通信網設備工作頻率模擬方法

設備工作頻率模擬主要是針對通信網中的設備進行頻率指配和變化規則模擬，為了簡化模擬，只對上述通信網所涉及到的設備進行模擬，模擬時結合戰場電磁頻譜管理要求，對具體的變化規則進行描述。

3.1 頻率指配模擬

戰場頻率指配，在上級頻譜管理中心授權頻譜資源范圍內，將用頻設備指配到具體的工作頻率，含戰前頻率規劃和動態調整[5]。

3.1.1 短波電臺網、超短波電臺網工作頻率指配

500 W以下的從日頻段中每一頻段各抽取一個波道，500 W以上電臺網從夜頻頻段各抽取一個波道，每個網中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調整，最大程度利用頻率，但是考慮到電臺網有限，不考慮重復使用頻率。跳頻電臺可以按照組網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。

超短波電臺網涉及到超短波調頻電臺、超短波調幅電臺、地空引導電臺，工作方式為半雙工異頻網，1個網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，F5～F6，F7～F8同樣劃分4個頻段，每個頻段對應的波道數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。超短波通信網考慮到通信用頻需求較多，超過20 km一般考慮重復使用頻率，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 短波電臺通信網指配

3.1.2 衛星通信網工作頻率指配

衛星通信網也可單獨組網，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，對應的波道數量都為n6，具體指配方法如表3所示。

表3 衛星通信網工作頻率指配

每個衛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。衛星信道數量有限，不考慮頻率重用。

3.1.3 微波接力干線網

微波接力干線網，是指每個干線節點可能配備多臺車，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)，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，每個頻段波道數量為n7。波道通信線路多，波道間隔相應減小。下面以6波道為例，給出微波接力干線網工作頻率指配模型，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，作為備用收發頻點。若有多條線路從干線節點發出，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，在不同的地區或在同一地區不同方向的微波線路，可以使用相同的微波頻率。

3.1.4 戰場通信網絡接入網

無線電臺用戶通過短波、超短波接入無線節點(或用戶節點)及無線電節點(或用戶節點)通過微波接力機(干線上下山接力機)接入到干線節點中去。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點(或者用戶節點)，將接入的線路按照之前所述的短波、超短波電臺通信網工作頻率指配模型表進行指配；二是無線節點(或用戶節點)通過微波接力接入到干線節點，將接入的每條線路按照微波接力機(干線上下山接力機)統一指配頻率。先安排多波道微波接力設備頻率，后安排單波道微波接力設備頻率，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 頻率變化規則

頻率的變化主要是針對復雜電磁環境中戰場頻譜管理的工作流程來實施相應戰場頻率變化過程[4]，結合戰場電磁頻譜管理要求，具體的變化有：(1)任務轉換、指揮所移動、環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定超過多長時間換頻；(3)出現頻率自擾情況(超短波通信)，更換備用頻率；(4)某通信網受到干擾后，啟動相關的備用頻率，原有的工作頻率轉化為備用頻率。

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

4 結束語

通信網設備工作頻率模擬是較為復雜的一個過程，涉及到頻率的指配，更為抽象。本文結合通信網設備需求、頻率需求和頻管要求對頻率進行指配，建立通信網設備頻率指配模型和頻率變化規則模擬，為進一步進行通信網模擬提供理論依據和模型支撐。