4G技术在战术通信系统中的应用分析

4G技术在战术通信系统中的应用分析于捷杰1，付东革2，陈忠11中国电子科技集团公司第二十八研究所，南京2100072中国核电工程有限公司，北京100840摘要：第四代移动通信系统（4G）采用OFDM、MIMO、载波聚合等关键技术，具有高带宽、扁平化、全IP等特点，正逐步展开全球商用部署。因为4G的高带宽、高容量、灵活性优势，可以应用于战术通信系统中，满足其高速化、网络化、扁平化的发展需求。分析了4G的关键技术应用于战术通信系统的可行性，提出了一种基于4G技术的战术通信系统设计方法，分析了系统存在的问题以及相应的对策。关键词：4G；战术通信；正交频分复用1引言战术通信系统作为战术指挥信息系统的基础，支撑指挥、情报、电抗等业务的有效运行，系统必须具备高带宽、稳定可靠、高效、高容量的保障能力，能够提供更强的通用性和灵活部署能力，传统的军用无线通信手段已经远远满足不了新时期的要求。美军已经研制了基于4G体制的通信设备，包括移动基站和小型化智能终端，形成了作战能力。因此，引入4G技术并分析其战术通信系统应用可行性，研究其组织运用模式，对提升下一代通信装备的建设能力具有十分重要的意义。24G关键技术在战术通信扣应用的可行性分析2.1战术通信系统特点与发展趋势陆军战术指挥信息系统具有指挥节点多、机动任务多、车内宽带、车际窄带的特点，固定基础设施支撑薄弱，所处的电磁环境恶劣，其中战术通信系统提供通信支撑，是保障系统有效运行的关键。为了适应未来战术战斗部队的作战任务、作战使命及所处的作战环境，满足智能化、扁平化作战指挥的需求，战术通信系统逐步向高速化、网络化、扁平化、立体化的方向发展，业务数据统一描述、综合承载，路由交换动态化，组网安全可靠。2.24G关键技术在战术通信系统中的应用4G技术包括了OFDM、MIMO、载波聚合、协作多点传输技术等关键技术。OFDM技术很适合应用于战术通信系统中，满足其高速化的需求，解决频谱稀缺的问题，大大提高网络的用户容量，使装备实现更新换代。但OFDM调制方式要求其工作频段必须为频率平坦型，因此，OFDM并不适用于所有频段，特别是短波。在实际应用OFDM调制技术时，必须考虑频率点与带宽的选择问题。在战术通信系统恶劣的电磁环境中，通过波束赋形技术，将零点对准干扰源，主瓣对准我方通信设备，MIMO技术可以有效增强通信节点的抗干扰能力；在骨干网络节点，应用MIMO技术，可以提高网络的容量，减少节点数目；在所有通信节点都可以应用MIMO提高信道容量，改善通信质量。军事通信设备跨越短波到卫星多个频段，频率点越低，天线间距越大，MIMO设计难度越大，因此需要针对不同通信设备分别进行论证与设计。利用载波聚合技术可以提高战术通信系统的容量；运行于多个频段，扩展通信频段的上下限，提高敌方实施干扰的难度；载波聚合与跳频、动态频谱管控等技术相结合，可以有效提升抗干扰水平。应用该技术时必须考虑各设备之间的互干扰问题。在战术通信系统中，协作多点传输技术可以用于抗干扰设计中，在一个基站被干扰时仍可以提供通信服务。但是，基站之间的协同操作需要占用大量通信带宽，因此对于通信资源很紧张的战术通信系统来说，该技术的应用可行性不强。4基于4G技术的战术通信网络设计4.1基于4G技术的战术通信网络设计基于4G技术的战术通信网络结构分成两层架构：接入网和骨干网。接入网由基于4G体制的终端组成，为指挥机构提供宽带接入。4G终端连接或者漫游于多个基站之间，实现无缝、随遇接入。在指控车辆/装备中，4G终端通过交换路由设备与当前不同制式的多种通信手段进行互联，包括有线、超短波、无线局域网等，实现异构网络的有效融合，为指挥机构提供综合的通信接入保障。通过对商用4G基站的改造和升级，军用4G终端可以接入商用网络，提高战时网络的保障能力。骨干网由小型化移动4G基站组成，由于当前4G基站没有无线宽带数据交换协议，基站之间通过微波、宽带电台等陆地通信手段互连，基于全IP和无线Mesh网络协议，提供宽带、稳定、健壮的陆地骨干网络，同时运用卫星等空天通信手段，实现整个作战区域的无缝覆盖以及移动用户的随遇接入。4.2存在的问题与对策相邻基站之间通过无线X2逻辑接口互连，实现移动管理、负载管理等功能，但X2接口只传输信令以及控制信息，系统的数据交换和传输由基站与核心网之间的有线S1逻辑接口完成，不适合于战术通信环境。有以下几种方法可以建立基站之间的无线宽带数据通信：1）基站增加无线通信模块，需要对基站进行重新设计；2）在基站上布置移动用户终端，通过终端的中转实现基站之间的宽带数据交换；3）在基站上安装微波、卫星终端、宽带电台等通信手段，构建基站间无线宽带链路。目前商用4G基站基于固定模式设计，体积庞大，功能繁多，功耗太大，必须进行小型化改造，去掉冗余的功能。同时对核心网设备和基站进行一体化集成设计，构建可独立工作、小型化、低功耗的通信节点。4G终端做成通信模块，嵌入到其它装备中，实现装备轻量化。基于基站的系统架构是有中心的，这对基站的隐蔽性提出了很高的要求，包括发射功率、车辆隐身等。在提高基站本身隐蔽通信性能的基础上，基站之间通过无线Mesh协议组网，终端随遇接入与漫游，多基站互为备份与补充，基站与其它网络综合立体组网，提高4G网络抗毁顽存能力。4G系统设计之初，综合考虑了信道干扰、小区间互干扰等系统内干扰抑制问题，没有考虑敌方恶意干扰，系统本身不具备抗干扰能力，但4G的很多技术可以为抗干扰设计服务，MIMO可以用波束形成模式，将零点对准敌方干扰源，降低敌方干扰对接收信号信噪比的影响；载波聚合工作于多个不连续军用频段，扩展了通信频段的上下限，提高敌方实施干扰的难度；协作多点传输技术使用多个基站为一个移动用户提供服务，减少终端对单一基站的依赖性。5总结4G作为最新一代移动通信系统，具有高带宽、扁平化、全IP、高容量等优势，正处于商用部署阶段。同时，它已经在外军的军事装备中得到测试与验证，体现了这一先进技术的优越性。在战术通信系统中，引入4G技术并加以集成改造，并利用其关键技术对其它通信设备进行升级换代，为实现下一代通信网络的高速化、扁平化、立体化发展提供关键支撑。参考文献[1]王映民,孙韶辉.TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社,2010.