海战场无线通信网络规划技术研究＊

李 瑞

（海军装备部装备采购中心 北京 100071）

1 引言

海战场无线通信网络规划（以下简称网络规划）是指给定作战平台预计的地理坐标，在满足视距和组网等约束条件下，利用已有的无线通信手段，设计出一个海战场作战平台的互连互通关系，使所有参与平台都可以直接或通过中继站、网关站与其它作战平台相互通信。网络规划可以将海战场上各作战平台更好的铰链在一起，实现海战场信息共享，使指挥员能实时掌握战场态势，有效调配作战资源，缩短决策时间，可以大大提高海战场作战平台的协同作战能力和整体作战效能。

2 海战场无线通信网络组成及特点

2.1 海战场无线通信网络组成

海战场无线通信网络主要由岸基有线通信网络、海军战术数据链、宽带数据链和Ku卫星通信系统等组成，可以实现岸基系统与海上作战舰艇、海上编队之间，海上编队系统内，以及岸基系统、海上编队系统与空中和潜艇平台间的互连互通互操作。典型海战场无线通信网络的组成如图1所示。

按照通信对象和连接关系可分为四个无线通信网：编队内通信网、编队间通信网、舰岸远程通信网和岸潜通信网。

图1 海上一体化无线网络组成示意图

1）编队内网络通信组织

编队内通信网将主要依托宽带数据链，在天基通信网建成且其能力达到一定程度时可考虑依托高速卫星通信网，通过改进通信系统装备来提高系统性能，通过引入空中中继来扩大其覆盖范围，形成综合高速卫星、微波信道和可靠的短波、超短波信道等多种无线传输手段的海上编队内无线通信网。其中短波和超短波主要提供组网或点对点话音和低速数据通信；微波主要提供组网的高速数据通信，并可以经过中继平台实现超视距的通信。

2）编队间网络通信组织

在军用卫星通信网达到一定的规模时，编队间通信网将主要依托高速可靠的卫星信道资源实现编队间的通信能力，海上编队间通信网主要使用短波和超短波通信手段（其中大量使用的是短波通信手段）以及UHF卫星链路，以满足编队间的话音协同和少量的低速数据通信。

3）舰岸远程网络通信组织

舰岸远程通信网主要使用短波和卫星通信手段。卫星信道稳定、可靠、通信容量大，但战时卫星中继系统易被摧毁，短波信道虽然通信容量小，稳定性较差，但短波通信建立迅捷简便，不易被摧毁，是舰岸数据通信的主要手段。

4）岸潜网络通信组织

海战场无线传输网络依托多功能拖曳天线、综合通信浮标与岸基指挥所单向通信，通过装备舰潜数据链实现潜艇与编队之间的双向协同信息的传输。

2.2 海战场无线通信网络特点分析

海战场无线通信网络具有如下显著特点：

1）网络拓扑结构动态变化。海战场中的平台节点具有位置任意移动和作战任务转换的特征。海战场中平台节点可以根据作战任务或编队配置自由加入和退出网络（如关机），同时，无线传播条件随时间和空间不断改变。

2）带宽有限、容量可变的链路。无线链路的容量明显低于有限链路的容量。考虑到多接入、多径衰减、噪声和信号干扰等因素，无线通信实际的吞吐量远远低于它的最大传输速率，以至于在网络中会经常出现拥塞的情况。

3）多跳通信。由于视距、能量和保密条件的限制，海战场中平台节点的通信设备传输范围有限，当两平台节点不能直接通信时，需要借助其它平台节点进行中继信息。

4）有限的网络安全。与有线网络相比，海战场无线通信网络更容易受到安全性问题的威胁。在网络规划与设计时，需要考虑网络安全接入和信息传输的保密与安全。

5）卫星通信与其他通信手段相比，具有通信距离远、覆盖面积大、保障能力强、通信容量大和质量稳定可靠等优点。由于目前我国没有海外基地作支撑，因此只有大力发展卫星通信技术，才能更好的发挥我海军在中远海的作战效能。

3 海战场无线通信网络规划

3.1 网络规划目标

海战场无线通信网络规划的目标是根据海战场作战需求和战术指令，采用动态规划、频率分配和数据库等技术完成海战场战区范围内各无线网络规划和信道分配，尽量实现各平台节点不受干扰地收发数据并达到最大的系统传输容量和传输质量，为海战场作战平台的协同作战提供通信保障。

3.2 网络规划约束

为了保证在各频段工作的设备正常工作，无线通信设备的使用必须符合操作约束和协调约束，根据无线通信设备的作战需求设计通信网络，使该网络能够满足海战场作战需求的传输容量和节点连通性要求。网络规划的典型约束有如下几点：

1）视距传输约束。由于部分数据链设备采用的是超短波频段，数据链设备之间存在视距传输的约束。

2）组网约束。由于数据链设备采用的是公共信道，单个台站的传输能力、转发能力必须要受到限制。

3）电磁兼容约束。无线通信设备的电磁兼容包括同一平台的电磁兼容和平台之间的电磁兼容问题。由于通信设备工作在空中交通管制频段，必须与现有的各类信号台保持必要的间隔距离。

4）可靠性约束。可以采用扩频通信技术、差错控制技术和猝发通信技术等提供传输的可靠性。但是在海战场环境下，网络结点的移动使网络拓扑结构经常发生变化，通信链路受地理环境、电磁环境、敌方干扰等因素的影响，出现不稳定或失效的现象，从而导致网络性能的下降。

5）传输时延约束。不同通信设备对信息传输的时延要求各不相同。设计的拓扑必须满足通信链路终端对信息传输的要求。

影响网络规划的因素还有组织关系和装备约束等等。

3.3 网络规划思路及策略

在满足连通性的基础上，网络规划重点需要考虑信息传输质量问题。传输质量要求主要包括四个指标：传输速率、传输带宽、传输时延和传输精度。由于受当前海军无线通信设备带宽和能力的限制，不可能每个指标都能同时达到最优，有时在满足某个指标的同时，必须以损失其它指标为代价。海战场协同作战需传输的信息类型较多，不同应用的信息对传输质量要求的侧重点不相同。基于此，在网络规划时可以考虑在分析现有通信手段及特性以及连通需求的基础上，对不同应用的信息进行分类，根据信息传输不同质量要求，选择不同链路进行组网。海军无线传输信息主要分为三类：武器协同信息、战术数据信息和其它综合业务信息。每类信息对于传输质量指标的侧重点都不同，比如，武器协同信息可能更关注传输时延，而战术数据信息（传感器目标信息）可能更关注信息精度。因此，可以构建武器协同数据网、战术数据网、综合业务通信网三层通信网络构成的一体化通信传输网络体系。最后，利用网络仿真工具对网络的性能进行分析和验证。

3.4 网络规划流程设计

海战场无线通信网络规划需要根据战场无线通信网络的组网方式、拓扑结构、数据链设备性能及海战场环境信息，同时结合动态组网规划技术、电磁兼容分析技术和无线频谱分配管理技术等拟定最佳的网络规划方案和频率分配方案；使海战场通信网络以尽可能少的频率资源获得更大的传输容量和传输质量，并在网络的部分频段受到干扰的情况下，实现网络自动优化，及时调整网络规划方案。

海战场无线通信网络规划流程如图2所示。

确定网络规划目标后需要对目标进行分解细化，并分析海战场无线传送信息内容需求和传送质量要求等，要保证实时／准实时／非实时数据可靠稳定的传输；分析海战场现有的通信手段及其特性，初步完成网络规划设计。网络规划虽然是基于当前已有的通信手段进行设计，但要考虑未来通信手段的增强和变化，规划设计需要具备可扩展性和健壮性；网络拓扑结构生成模块根据通信传输容量、通信传输质量和网络传输覆盖预测分析建立通信网络拓扑。频率分配要根据海战场各网络平台的位置、链路可靠性分析和链路的保障优先级进行自动频率分配，自动频率分配的结果包含频率使用的时间和地点范围。

图2 海战场无线信息传输网络规划流程图

位置定位报告、无线通信网络设备数据库、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）数据库、无线传输覆盖模型、海战场商用通信设备与无线覆盖数据库、干扰分析模型、频率分配算法库等构成海战场无线通信网络规划的决策支持要素。位置定位报告提供作战武器平台的地理位置，通信网络设备数据库提供己方或敌方的无线通信设备的参数、内部收发体制参数。海战场商用通信设备与无线覆盖数据库提供商用通信网络的设备参数和无线覆盖，为无线通信设备的干扰分析提供依据。干扰模型提供同频干扰模型、邻道干扰模型和互调干扰模型对无线频率分配方案的干扰进行分析，通过干扰最小的准则实现无线网络规划和频率分配的最佳化。

在网络规划过程中，对规划方案进行仿真验证是不可缺少的一个环节。网络仿真软件通过在计算机上建立一个虚拟的网络平台来实现真实网络环境的模拟，仿真运行和分析结果对网络的性能，网络参数的选取以及网络优化提供支撑与参考。

4 结语

近几场局部战争表明，未来海战场战争将不再是单平台之间的较量，而是体系与体系的对抗。如何利用我海军现有的通信手段对海战场作战平台进行网络规划是实施网络中心战需要重点考虑的问题之一。本文从海战场无线通信网络的组成及特点入手，分析研究了网络规划的目标、网络规划思路与策略、网络规划约束和网络规划流程，其研究成果对于我海军装备建设与发展具有重要现实意义。

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