淺析協調式區域動態電磁頻譜管理

侯志軍　姜水橋

【摘 要】傳統條塊分割、靜態管理的電磁頻譜管理模式，難以滿足戰場電磁頻譜管理快速動態的需要。運用區域化的動態頻譜管理策略，采取協調式區域動態頻譜管理模式，重點解決頻譜動態共享、動態感知、動態分配，可較好地推進該問題的解決。

【關鍵詞】協調；區域；動態；頻譜管理

當前，基于條塊分割、靜態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和軍事斗爭需求。區域化動態電磁頻譜管理模式，為問題的解決提供了思路。

1 傳統電磁頻譜模式存在的主要問題

一是，電磁頻譜集中靜態管理模式，加劇了區域頻譜供需矛盾。當前戰場電磁頻譜管理主要采取集中靜態的管理模式。在頻率分配上，為便于管控系統間相互干擾，為每個部門（部隊）分配一定數量的工作頻率，且頻率一經分配，其他用戶不得隨意使用。遇有沖突，采取計劃協同的辦法解決。這種模式在戰場用頻裝備系統急劇增加的情況下，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，不符合頻譜管理區域性的特征。在有限的作戰區域內，軍兵種、民用頻譜管理部門主要負責本系統的頻管工作，雖建立相應的橫向溝通與協調關系，出現問題由雙方的統一上級負責，缺乏各個區域的統一管理部門，與電波區域傳播特性不相符，致使有限的頻譜資源使用效能得不到充分發揮。

2 協調式區域動態頻譜管理策略

協調式區域動態頻譜管理，為解決傳統頻譜管理模式存在的問題提供了思路，其基本內涵是：根據電波區域傳播的特性，以頻譜動態共享技術支撐，對現行頻譜管理體制不作大的改動，按照區域對電磁頻譜實施動態管理，以提高頻譜利用效率。這一模式比較符合與當前頻譜管理體制的兼容性較強，可操作性好。

協調式區域動態頻譜管理，是在設備級頻譜動態頻譜管理的基礎上實現。設備級頻譜動態管理是建立在用戶動態頻譜接入的基礎上，將某段頻譜作為可利用的資源，區域內部的所有用頻裝備通過實時地感知、識別、利用可用頻譜，實現不同用頻設備有序共享該段頻譜資源。其典型工作方式是：當用頻設備需要使用頻率時，通過主動或被動感知某區域的頻譜；根據可用頻譜空穴情況，調整自身的工作頻率，在頻譜空穴上工作，以充分利用空閑的頻率資源；為避免對授權用戶造成不必要干擾，設備可在空閑頻譜間進行無縫轉移。

協調式區域頻譜動態管理模式引入了區域中心控制、區域用戶共用以及區域頻譜管理員機制。將某區域的頻譜劃分為靜態使用頻段、保護頻段和協調共用頻段。協調共用頻帶是頻譜管理人員根據該地區頻率使用情況和需要，提前將某段頻率分配給該區域相關用頻設備共用，要求用頻設備接入區域用頻網絡，具備有一定的頻譜感知能力，能夠實時接入該頻段。其典型工作過程是：頻譜管理員通過區域管控中心，收集具有頻譜認知功能的用頻設備的感知信息，并對之進行綜合處理分析；根據各用頻設備的頻譜請求信息，在不對其它合法用戶造成有害干擾的前提下，為相關用頻設備指配臨時性工作頻段。當用頻設備工作結束后，釋放占用頻段，供其它用頻設備重新使用。

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

3 協調式區域動態頻譜管理關鍵環節

在不改變現行頻譜管理體制的情況下，協調式區域動態頻譜管理，可在建立區域頻管中心的基礎上，通過突破頻譜動態共享、頻譜動態感知、頻譜動態分配等關鍵環節的技術、管理機制，加快推進應用進程。

3.1 頻譜動態共享

頻譜共享是指在不改變現有的頻譜分配總體架構下，實現不同系統用頻裝備的頻譜共享，提高頻譜使用效率。基本過程：一是，頻譜共享準備階段。區域頻管中心收集區域各部門頻率資源信息（包括禁用、專用以及受保護頻率）、授權用戶頻率需求、用戶優先級，具有頻譜認知功能的用戶組網數量、任務需求以及工作區域等信息。二是，頻譜共享規劃階段。區域頻管中心對頻譜認知用戶頻譜共享進行靜態規劃。根據區域作戰任務、網絡規模、保障重點、頻譜認知系統組網規模以及禁用頻率、保護頻率等情況，為頻譜認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，共享實現階段。區域頻管中心將共享頻段劃分為若干個集合，統籌分配給各頻譜認知網絡頻管中心。每個網絡頻管中心負責分配一個共享頻率集，用于網內頻譜認知用戶的共享、接入。共享頻率集一經分配，一般不能共享其他網絡的共享頻率集。用網內用戶有用頻需求時，在各網絡頻管中心的控制下或自主共享頻率集。當預分配共享頻率集無法滿足網內認知用戶需求時，網絡頻管中心迅速反應，及時協調其它網絡共享頻率集。

3.2 頻譜動態感知

頻譜動態感知是實施戰場區域動態頻譜管理的基礎。作戰過程中，用頻裝備受任務、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、不同地點將產生大量的頻譜空穴。要求用頻設備能夠動態感知周邊的頻譜環境，及時發現可用頻譜空穴，并能對動態分析、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域頻管中心的管理和控制。一是，當對電磁環境了解不多的情況下，區域頻管中心控制頻譜認知用戶對工作頻段進行初始感知，目的是掌控該區域、某些頻段的頻譜占用情況；二是，頻管中心對電磁環境具有一定了解，特別是根據感知信息進行頻譜共享規劃后，在頻譜認知用戶沒有任務時，網絡頻管系統控制頻譜認知用戶對共享頻率集進行周期性地感知，以監測頻率集占用狀態。在區域頻管和網絡頻管系統的管理控制下，頻譜感知過程目的性更強、時效性更高。

3.3 頻率動態分配

頻率動態分配是優化頻譜利用，提高信道容量，減少系統間干擾的有效手段，是確保用戶有效接入，提高區域頻譜動態管理性能的核心與關鍵。相比靜態管理模式下，頻率動態調整時間長，中間環節多，時效性能差等缺點；區域頻率動態管理下的頻率分配、指配執行部門從傳統的軍兵種以及各部隊頻管部門、業務部門轉移到網絡或區域頻管中心，分配、指配環節減少，時效性更高，過程更加靈活。根據頻譜認知用戶使用空閑頻譜情況，網絡頻管中心將采取相應的頻率分配策略。

當頻譜認知用戶預分配的專用頻率通信性能下降，但能夠滿足用戶任務需求時，即使其共享頻率集中存在干擾很小的“優質”空閑頻譜，為減少頻率動態分配的信息傳遞，同時避免對傳統用戶產生不必要的干擾，網絡頻管中心不進行頻率動態分配；當用戶預分配專用頻率不可用，且網絡共享頻率集能夠滿足用戶業務需求（網絡內頻譜共享）時，網絡頻管中心根據頻譜認知用戶數量、用戶業務需求，頻譜空穴數量等，依據一定的頻率分配算法對網內用戶進行頻率動態指配；當網絡預分配共享頻率集不可用（無法為用戶提供有效接入）時，網絡用戶需要共享其它網絡空閑頻率（網絡間頻譜共享），通過網絡頻管中心自主協調或區域頻管中心干預措施，獲取其它網絡提供的共享頻率，再依據一定的頻率分配算法進行動態指配。

4 結束語

區域動態電磁頻譜管理是一個復雜的系統，要完全實現，受頻譜管理的技術、人才、機構、政策等多方面因素的影響和制約。論文僅從理念層面對協調式區域動態電磁頻譜管理進行了一定分析，還有許多問題需要深入研究。

【參考文獻】

[1]姚富強.動態頻譜管理的發展現狀及應對策略分析[J].電波科學學報，2013，8，28：794-796.

[責任編輯：朱麗娜]