淺談軍用無線通信的特點

王劍鋒，周 龍

(①中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041；②北方電子科技集團有限公司，江蘇 南京 211100)

0 引言

隨著手機和無線局域網應用的普及，無線通信已走進了尋常百姓家，極大地方便了人們的日常工作和生活。由于用戶已經習慣于個人無線通信提供的方便、快捷、穩定的互聯以及豐富多彩的服務，以致于經常聽到“軍用無線通信為什么不能做得與民用無線通信一樣好？”這樣的問題。要回答這個問題，就必須了解軍用無線通信與民用無線通信的差別，即軍用無線通信的特點。

1 軍用無線通信的特點

與民用無線通信相比，軍用無線通信最大特點主要體現在：大區制、系統的抗毀能力、抗干擾能力、業務的實時性要求、系統傳輸速率限制、路由的變化、簡單的協議體系、話音通播應用等方面。從用戶的角度來看，它們影響了通信的可靠性和對業務的支持能力。

2 影響通信可靠性的因素

影響通信質量和可靠性的主要因素有：大區制、系統的抗毀能力。

2.1 大區制

在手機的“大哥大”時代，其技術體制是頻分多址[1]，基站采用“大區制”，即一個基站用一組頻率“對”（頻率“對”數對應可同時進行通話的路數），覆蓋盡可能大的地域內的移動用戶。但隨著頻率資源的日益緊張，大區制成為制約用戶數量的瓶頸，而與此同時，手機成本的快速地降低，使接納大量用戶成為現實需要。為此，在全球移動通訊系統（GSM，Global System of Mobile communication）[2]時代，提出了“小區制”的概念，即采用“蜂窩移動通信[3]”，它利用空間的分割來實現頻率的復用。在相鄰的區用不同的頻率，在相隔的區就可以用相同的頻率。顯然，“區”劃分得越小，頻率的復用率就越高，容納的用戶數量也越多。

然而在軍用無線通信上，是不能采用小區制的，這主要是因為：

①受部隊編制限制，小區制的每個通信節點都需要配備相應的人員和車輛，而作戰部隊不可能為作為保障的通信網配備過多的人力和物力資源；②路由[4]關系復雜，機動/移動性和地域適應性差。小區制由于節點多，網絡展開時路由關系復雜，收斂穩定慢，無法實現軍用無線通信網絡的快速展開、開通和撤收；③抗干擾能力差，小區制節點密度大，在敵方強干擾，特別是在空中施放干擾時，同時被壓制的節點多，使得整個通信網絡癱瘓的可能性增大；④抗毀性差，小區制節點密度大，一旦遭到打擊，毀傷的節點多，使整個通信網絡癱瘓的可能性增大。

由此可見，軍用無線通信需要采用大區制。所謂大區制不僅是指一個節點覆蓋的區域大，還指對區域內的自然阻擋物有一定的繞射能力。

由于采用大區制，暴露出如下缺點：

①使用大功率通信設備易被敵方偵測，由于要求的通信距離遠，在使用全向天線時，也意味著增加了被敵方偵測的機率，不易實現隱蔽通信；②通信的可靠性相對較差，由于要求的通信距離遠，加之未利用地理信息資源建立迂回路徑，受傳輸通道上地理環境的影響較大，使得通信的質量和可靠性相對于小區制更低。

2.2 系統抗毀性

民用通信中雖然采用了小區制，但因為基站是建立在空曠或較高的地點，能夠使用低發射功率滿足覆蓋要求。

顯然，這在軍用通信上是不行的，為了盡可能減少暴露和被敵火力打擊的風險，軍用通信的節點一般都布置在不易被觀察偵測到的隱蔽地點，如山坡、建筑物的反斜面、植被較茂密區等。由于阻擋或植被的吸收，使得點對點通信的質量和可靠性降低。在一定的條件下，雖可利用網絡通信的迂回路由來提高通信的質量和可靠性，但這時會顯著增加傳輸時延，影響信息傳輸的實時性。

3 影響業務的因素

制約業務支持能力的根本原因是實際可用的業務帶寬資源，在軍用無線通信網中，影響業務帶寬的因素主要有：系統傳輸速率限制、通信抗干擾要求、信息傳輸可靠性和實時性要求、動態的路由變化等。

3.1 系統傳輸速率限制

民用無線通信能夠給用戶提供豐富的業務支持能力，其基礎是傳輸帶寬的增加和數據傳輸速率的提高。

提高數據傳輸速率通常采用兩種方法：①采用高效調制；②提高工作頻率。

采用高效調制方式可提高數據的傳輸速率，但同時也降低了接收的靈敏度，如正交幅度調制（64-QAM，Quadrature Amplitude Modulation）[5]的接收靈敏度就比4-QAM降低了約 10dBm。這意味著在 64-QAM 調制數據的傳輸速率較4-QAM提高了3倍的同時，為達到同樣的傳輸可靠性，根據典型的無線電傳播損耗模型，通信距離則縮短了1/2多，這顯然不符合軍用通信大區制的要求。因此高效調制不能作為軍用無線通信的主要調制方式，但在軍用領域仍然是可選的一種調制方式，如特種小分隊的近距離通信。

通過提高工作頻率，可以提高數據傳輸速率，但高頻對阻擋物繞射能力差，只能視距傳輸，且工作頻率每提高一倍，傳輸損耗增加3 dB。因此提高工作頻率既不符合軍用通信大區制的要求，在城市中效果也十分有限。

而在民用無線通信系統中，由于小區制，上述兩種方法可同時采用，但在軍用無線通信大區制這個要求的前提下，數據傳輸速率的提高是十分困難和有限的。

3.2 抗干擾要求

在民用通信中，無線電頻率管理機構的行政干預可以規避和解決干擾問題，但干擾卻是軍用無線通信所面臨的重大問題，因為干擾往往是敵意的，且不可預測。

為了增強抗干擾能力，軍用無線通信采用了糾錯編碼[6]、交織、大功率等措施，并發展了跳頻、直接序列擴頻、定向天線等技術。理論和實踐都證明，沒有任何一項單獨的技術可以全面地對抗所有的干擾，因此軍事上對無線通信提出了綜合抗干擾的要求，但要實現綜合抗干擾就必須占用一定的通信資源，這在整體通信帶寬資源已確定的情況下，就會壓縮實際業務的可用帶寬資源。

3.3 信息實時性要求

在民用通信中，除話音和視頻業務外，人們在發送郵件或短信時，對實時性并不十分關心，一般是用降低實時性來保證可靠性。

而在軍用無線通信網中，信息傳輸時延和可靠性是在非常重要的指標，需要在設定的干擾條件下進行考核。通常做法是增強糾錯，但會增加傳輸冗余，壓縮實際業務的可用帶寬資源。

3.4 動態的路由變化

組網是無線通信延伸通信距離，繞避阻擋物體的主要方法，組網通信的首要條件是路由關系的建立。

在民用通信網中，其主體基站間的組網是靜態的，并且通過高速可靠的有線網聯接，可用于支持協議的資源較多，而其所謂的“移動”指的是終端移動，而不是節點（基站）的移動。解決終端移動（即漫游問題），靠一套備案與移交協議，并且只涉及相鄰的數個基站。由于用戶終端沒有路由中繼功能，因而終端移動引起的只是最末端的一跳的變化，并不會在網內產生大范圍的路由改變。

在軍用移動通信網中，變化的是節點的路由，這些變化可能是可預測的位置移動，也可能是完全不可預測的損毀，加之節點在網內的“位置”都是隨機的，變化的頻繁程度也遠大于民用網，因此情況比民用網復雜，路由變化造成的影響范圍和劇烈程度都較民用網更高；軍用移動通信網節點間靠無線手段進行通信，帶寬（即信息傳輸速率）受限，如果路由協議及其機制設計得不好，就會造成路由震蕩無法收斂，占用較多的網絡帶寬資源，嚴重壓縮實際業務的可用帶寬資源。

4 簡單的協議體系

民用無線通信不僅有“干凈”的傳輸信道，還采用了復雜而完備的協議體系支持網絡的組織與多業務，但在軍用無線通信網中，這些因素會受到很大制約，主要因為：

①軍用無線通信的大區制和面臨強大的敵方惡意干擾，使得協議傳輸的可靠性降低；②協議信息的定時性要求強，超出定時范圍系統就會產生與期望相反的動作；③協議本身是脆弱的信息，在傳輸過程中不容許出錯；④復雜的協議體系必然占用較多的通信帶寬資源。

民用無線通信網的協議基本都是以協作方式（即通信雙方相互詢問和應答）運行的，其作用是對某一段時間甚至是對某次通信參數做約定和確認，如果不能按時正確地到達對方，將使通信無法繼續進行。而設計的協議機制必定會反復地多次重復發送協議信息，確保對方能夠可靠地接收。

另一方面，以人為對象的業務信息是有一定的容錯能力的，如話音中可有一定數量的字聽不清楚，文件中也可有一定數量的字出現錯誤，這都不影響接收者對信息的理解。但協議則是一個比特都不能出錯，否則將出現誤動作或不動作的情況。

上述情況在組網通信時將更加復雜，因為組網通信要求協議的內容按時正確地到達網內所有節點，否則將造成部分節點由于沒有收到協議或收到錯誤的協議信息而脫網，造成網絡分裂，而目前分裂的網絡如何重新融合，還缺少研究和考慮。

再聯系到前面所述的軍用通信傳輸速率所受到的制約，可見采用與民用通信類似的復雜協議體系，在軍用通信網是行不通，至少是有很大風險的。為此應該根據系統的實際需求，在軍用無線通信網研究簡單的協議體系。

5 話音通播的應用

隨著20世紀90年代數字通信技術的興起，在一段時間中，曾經有人提出以數字業務替代話音業務。實際上這是僅從技術觀點出發，對軍用通信的應用理解不夠所引起的，在軍用通信中，特別是在作戰部隊通信中，“通播的話音永遠是第一位的”，這是因為：

①話音雖然不便于記憶、儲存、回放，但說話者的語音和語氣是無法用數字表示的，而這中面也同樣帶有“信息”；

②數字信息的輸入和輸出都要較長時間地占用操作者的眼和手，這在作戰部隊直接關系到作戰人員的自身安全。而話音占用的只是耳和口，不僅操作簡單，還充分利用了人的各種器官，分散了各器官的工作壓力；

③撥號有可能在戰斗中因緊張而忘記號碼（包括壓縮碼）或撥錯號碼，缺乏多人同時通話的能力，不利于戰斗協同；

④數字信息和撥號話音在沒有信息傳時，耳機中是寂靜的，易產生恐懼心理，而聲氣相聞有利于相互鼓舞斗志，驅散恐懼。

6 結語

根據上述分析，造成軍用無線通信不如民用無線通信快捷、穩定、可靠最根本的原因是大區制、網絡的移動性和敵意干擾的存在，它們所產生的結果是通信鏈路的不穩定、帶寬受限，使得信息傳輸的質量下降且沒有充足的資源去補救。要達到通信鏈路的穩定可靠，有時僅靠通信系統本身是無法實現的，需要明確具體的使用目標和要求，否則一味地照搬民用無線通信網的概念和技術，復制并用于軍用無線網絡是行不通的。

[1] 陳慧慧,鄭賓.頻分多址接入模型設計及MATLAB仿真計算[J].山西電子技術, 2009(01): 53-55.

[2] 許章祿,袁堅,譚京衛.GSM系統切換掉話的分析與優化方法[J].通信技術, 2009,42(01): 222-224.

[3] 雷震洲.蜂窩移動通信技術演進歷程回顧及未來發展趨勢[J].移動通信, 2008(12): 24-28.

[4] 戴建兵.一種應用于戰術移動自組網的路由協議[J].計算技術與自動化, 2009, 28(01):135-138.

[5] 謝煒,劉永亮.全數字64QAM調制器的FPGA實現[J].電子元器件應用, 2009,11(03): 59-61.

[6] 覃永新,陳文輝,蔡啟仲.前向糾錯技術中卷積交織器的FPGA實現[J].通信技術, 2009,42(03): 222-224.