浅谈军用无线通信的特点

王剑锋，周 龙

(①中国电子科技集团公司第三十研究所，四川 成都 610041；②北方电子科技集团有限公司，江苏 南京 211100)

0 引言

随着手机和无线局域网应用的普及，无线通信已走进了寻常百姓家，极大地方便了人们的日常工作和生活。由于用户已经习惯于个人无线通信提供的方便、快捷、稳定的互联以及丰富多彩的服务，以致于经常听到“军用无线通信为什么不能做得与民用无线通信一样好？”这样的问题。要回答这个问题，就必须了解军用无线通信与民用无线通信的差别，即军用无线通信的特点。

1 军用无线通信的特点

与民用无线通信相比，军用无线通信最大特点主要体现在：大区制、系统的抗毁能力、抗干扰能力、业务的实时性要求、系统传输速率限制、路由的变化、简单的协议体系、话音通播应用等方面。从用户的角度来看，它们影响了通信的可靠性和对业务的支持能力。

2 影响通信可靠性的因素

影响通信质量和可靠性的主要因素有：大区制、系统的抗毁能力。

2.1 大区制

在手机的“大哥大”时代，其技术体制是频分多址[1]，基站采用“大区制”，即一个基站用一组频率“对”（频率“对”数对应可同时进行通话的路数），覆盖尽可能大的地域内的移动用户。但随着频率资源的日益紧张，大区制成为制约用户数量的瓶颈，而与此同时，手机成本的快速地降低，使接纳大量用户成为现实需要。为此，在全球移动通讯系统（GSM，Global System of Mobile communication）[2]时代，提出了“小区制”的概念，即采用“蜂窝移动通信[3]”，它利用空间的分割来实现频率的复用。在相邻的区用不同的频率，在相隔的区就可以用相同的频率。显然，“区”划分得越小，频率的复用率就越高，容纳的用户数量也越多。

然而在军用无线通信上，是不能采用小区制的，这主要是因为：

①受部队编制限制，小区制的每个通信节点都需要配备相应的人员和车辆，而作战部队不可能为作为保障的通信网配备过多的人力和物力资源；②路由[4]关系复杂，机动/移动性和地域适应性差。小区制由于节点多，网络展开时路由关系复杂，收敛稳定慢，无法实现军用无线通信网络的快速展开、开通和撤收；③抗干扰能力差，小区制节点密度大，在敌方强干扰，特别是在空中施放干扰时，同时被压制的节点多，使得整个通信网络瘫痪的可能性增大；④抗毁性差，小区制节点密度大，一旦遭到打击，毁伤的节点多，使整个通信网络瘫痪的可能性增大。

由此可见，军用无线通信需要采用大区制。所谓大区制不仅是指一个节点覆盖的区域大，还指对区域内的自然阻挡物有一定的绕射能力。

由于采用大区制，暴露出如下缺点：

①使用大功率通信设备易被敌方侦测，由于要求的通信距离远，在使用全向天线时，也意味着增加了被敌方侦测的机率，不易实现隐蔽通信；②通信的可靠性相对较差，由于要求的通信距离远，加之未利用地理信息资源建立迂回路径，受传输通道上地理环境的影响较大，使得通信的质量和可靠性相对于小区制更低。

2.2 系统抗毁性

民用通信中虽然采用了小区制，但因为基站是建立在空旷或较高的地点，能够使用低发射功率满足覆盖要求。

显然，这在军用通信上是不行的，为了尽可能减少暴露和被敌火力打击的风险，军用通信的节点一般都布置在不易被观察侦测到的隐蔽地点，如山坡、建筑物的反斜面、植被较茂密区等。由于阻挡或植被的吸收，使得点对点通信的质量和可靠性降低。在一定的条件下，虽可利用网络通信的迂回路由来提高通信的质量和可靠性，但这时会显著增加传输时延，影响信息传输的实时性。

3 影响业务的因素

制约业务支持能力的根本原因是实际可用的业务带宽资源，在军用无线通信网中，影响业务带宽的因素主要有：系统传输速率限制、通信抗干扰要求、信息传输可靠性和实时性要求、动态的路由变化等。

3.1 系统传输速率限制

民用无线通信能够给用户提供丰富的业务支持能力，其基础是传输带宽的增加和数据传输速率的提高。

提高数据传输速率通常采用两种方法：①采用高效调制；②提高工作频率。

采用高效调制方式可提高数据的传输速率，但同时也降低了接收的灵敏度，如正交幅度调制（64-QAM，Quadrature Amplitude Modulation）[5]的接收灵敏度就比4-QAM降低了约 10dBm。这意味着在 64-QAM 调制数据的传输速率较4-QAM提高了3倍的同时，为达到同样的传输可靠性，根据典型的无线电传播损耗模型，通信距离则缩短了1/2多，这显然不符合军用通信大区制的要求。因此高效调制不能作为军用无线通信的主要调制方式，但在军用领域仍然是可选的一种调制方式，如特种小分队的近距离通信。

通过提高工作频率，可以提高数据传输速率，但高频对阻挡物绕射能力差，只能视距传输，且工作频率每提高一倍，传输损耗增加3 dB。因此提高工作频率既不符合军用通信大区制的要求，在城市中效果也十分有限。

而在民用无线通信系统中，由于小区制，上述两种方法可同时采用，但在军用无线通信大区制这个要求的前提下，数据传输速率的提高是十分困难和有限的。

3.2 抗干扰要求

在民用通信中，无线电频率管理机构的行政干预可以规避和解决干扰问题，但干扰却是军用无线通信所面临的重大问题，因为干扰往往是敌意的，且不可预测。

为了增强抗干扰能力，军用无线通信采用了纠错编码[6]、交织、大功率等措施，并发展了跳频、直接序列扩频、定向天线等技术。理论和实践都证明，没有任何一项单独的技术可以全面地对抗所有的干扰，因此军事上对无线通信提出了综合抗干扰的要求，但要实现综合抗干扰就必须占用一定的通信资源，这在整体通信带宽资源已确定的情况下，就会压缩实际业务的可用带宽资源。

3.3 信息实时性要求

在民用通信中，除话音和视频业务外，人们在发送邮件或短信时，对实时性并不十分关心，一般是用降低实时性来保证可靠性。

而在军用无线通信网中，信息传输时延和可靠性是在非常重要的指标，需要在设定的干扰条件下进行考核。通常做法是增强纠错，但会增加传输冗余，压缩实际业务的可用带宽资源。

3.4 动态的路由变化

组网是无线通信延伸通信距离，绕避阻挡物体的主要方法，组网通信的首要条件是路由关系的建立。

在民用通信网中，其主体基站间的组网是静态的，并且通过高速可靠的有线网联接，可用于支持协议的资源较多，而其所谓的“移动”指的是终端移动，而不是节点（基站）的移动。解决终端移动（即漫游问题），靠一套备案与移交协议，并且只涉及相邻的数个基站。由于用户终端没有路由中继功能，因而终端移动引起的只是最末端的一跳的变化，并不会在网内产生大范围的路由改变。

在军用移动通信网中，变化的是节点的路由，这些变化可能是可预测的位置移动，也可能是完全不可预测的损毁，加之节点在网内的“位置”都是随机的，变化的频繁程度也远大于民用网，因此情况比民用网复杂，路由变化造成的影响范围和剧烈程度都较民用网更高；军用移动通信网节点间靠无线手段进行通信，带宽（即信息传输速率）受限，如果路由协议及其机制设计得不好，就会造成路由震荡无法收敛，占用较多的网络带宽资源，严重压缩实际业务的可用带宽资源。

4 简单的协议体系

民用无线通信不仅有“干净”的传输信道，还采用了复杂而完备的协议体系支持网络的组织与多业务，但在军用无线通信网中，这些因素会受到很大制约，主要因为：

①军用无线通信的大区制和面临强大的敌方恶意干扰，使得协议传输的可靠性降低；②协议信息的定时性要求强，超出定时范围系统就会产生与期望相反的动作；③协议本身是脆弱的信息，在传输过程中不容许出错；④复杂的协议体系必然占用较多的通信带宽资源。

民用无线通信网的协议基本都是以协作方式（即通信双方相互询问和应答）运行的，其作用是对某一段时间甚至是对某次通信参数做约定和确认，如果不能按时正确地到达对方，将使通信无法继续进行。而设计的协议机制必定会反复地多次重复发送协议信息，确保对方能够可靠地接收。

另一方面，以人为对象的业务信息是有一定的容错能力的，如话音中可有一定数量的字听不清楚，文件中也可有一定数量的字出现错误，这都不影响接收者对信息的理解。但协议则是一个比特都不能出错，否则将出现误动作或不动作的情况。

上述情况在组网通信时将更加复杂，因为组网通信要求协议的内容按时正确地到达网内所有节点，否则将造成部分节点由于没有收到协议或收到错误的协议信息而脱网，造成网络分裂，而目前分裂的网络如何重新融合，还缺少研究和考虑。

再联系到前面所述的军用通信传输速率所受到的制约，可见采用与民用通信类似的复杂协议体系，在军用通信网是行不通，至少是有很大风险的。为此应该根据系统的实际需求，在军用无线通信网研究简单的协议体系。

5 话音通播的应用

随着20世纪90年代数字通信技术的兴起，在一段时间中，曾经有人提出以数字业务替代话音业务。实际上这是仅从技术观点出发，对军用通信的应用理解不够所引起的，在军用通信中，特别是在作战部队通信中，“通播的话音永远是第一位的”，这是因为：

①话音虽然不便于记忆、储存、回放，但说话者的语音和语气是无法用数字表示的，而这中面也同样带有“信息”；

②数字信息的输入和输出都要较长时间地占用操作者的眼和手，这在作战部队直接关系到作战人员的自身安全。而话音占用的只是耳和口，不仅操作简单，还充分利用了人的各种器官，分散了各器官的工作压力；

③拨号有可能在战斗中因紧张而忘记号码（包括压缩码）或拨错号码，缺乏多人同时通话的能力，不利于战斗协同；

④数字信息和拨号话音在没有信息传时，耳机中是寂静的，易产生恐惧心理，而声气相闻有利于相互鼓舞斗志，驱散恐惧。

6 结语

根据上述分析，造成军用无线通信不如民用无线通信快捷、稳定、可靠最根本的原因是大区制、网络的移动性和敌意干扰的存在，它们所产生的结果是通信链路的不稳定、带宽受限，使得信息传输的质量下降且没有充足的资源去补救。要达到通信链路的稳定可靠，有时仅靠通信系统本身是无法实现的，需要明确具体的使用目标和要求，否则一味地照搬民用无线通信网的概念和技术，复制并用于军用无线网络是行不通的。

[1] 陈慧慧,郑宾.频分多址接入模型设计及MATLAB仿真计算[J].山西电子技术, 2009(01): 53-55.

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[3] 雷震洲.蜂窝移动通信技术演进历程回顾及未来发展趋势[J].移动通信, 2008(12): 24-28.

[4] 戴建兵.一种应用于战术移动自组网的路由协议[J].计算技术与自动化, 2009, 28(01):135-138.

[5] 谢炜,刘永亮.全数字64QAM调制器的FPGA实现[J].电子元器件应用, 2009,11(03): 59-61.

[6] 覃永新,陈文辉,蔡启仲.前向纠错技术中卷积交织器的FPGA实现[J].通信技术, 2009,42(03): 222-224.