外军UHF电台介绍

外军UHF电台介绍综述与动态UHF电台概述UHF电台工作于225～512MHz频带，能提供几种不同的服务，包括短程视距通信和卫星通信。该频带具有以下传输特点：不受天气条件、植被和其他障碍物的限制，使UHF卫星通信成为一种不可缺少的通信媒介。在卫星通信中，定向天线用于改善天线增益，同时也能提高发射和接收链路上的数据率。军标188-18lB针对UHF较其他波形更高的发射功率和较低的接收噪声指数需求，提供了一套有用的计算方法，以便计算出适合战术任务的小型天线。一种设计方案是为天线配备低噪声接收放大器，以提供所需的额外灵敏。UHF能为视距通信提供很宽的信息带宽，这种带宽和传统的窄带波形相比，能支持更高的数据率。与窄带中频不同的是，支持这些带宽的硬件路径必须有几兆赫兹宽。尽管支持宽带格式的设备已应用了好几年，但将窄带和宽带波形集中于一部单一的、小型的和电池供电的电台中，仍然是一个新的挑战。为使电台的数据吞吐量达到最大，硬件必须能支持发射与接收模式间的快速转换和很高的频率跳变速率，实现电台功能的灵活应用。这一点要求人们设计出快速的转换器和高性能的合成器。对宽带波形来说，合成器相位噪声的消除与转换速率的提高要同时考虑，加以权衡，找到一个最佳平衡点。根据这些需求，几个组件提供商推出了速度更快、更加集成化的合成器，供电台设计人员考虑。从倍频程数量上考虑，为UHF电台附加512～2000MHz频带的能力并不为过，但这提出了硬件的集成式设计（通常用于较低频率）向分布式设计转移的问题。该频带已广泛使用了射频集成电路（RFIC）设计，它提供了小规模的客户解决方案。许多使用512～2000MHz频带内小段频率的组件已经服务于商业市场。但诸如联合战术无线电系统之类的大项目正在驱使供应商提供能覆盖该频带内较宽频段的电台组件，如振荡器、混频器、转换器、分解器、合成器和功率放大器。当战术网使用VHF和HF电台支持战场上的士兵时，为了满足对数据通信的更大需求，引入了容量更大的宽带UHF“骨干电台”。这种电台较之现今16～64kb/s和4.8～9.8kb/s的VHF和HF电台，能提供大得多的带宽。目前，主宰骨干电台市场的是两家美国公司。一家是雷声公司，它生产的RT-1720(V)增强型定位报告系统(EPLRS)装备于美国陆军和陆战队。另一家是ITT公司，它的“信使”(Mercury，又译为“水星”)电台作为近期数字电台(NTDR)，已装备美国第一个数字化军和1第265防空炮兵第2旅。“信使”还被选为英军“弓箭手”战术通信系统的大容量数据电台(HCDR)，作为通用动力公司赢得的“弓箭手”合同的一部分。这种大容量数据电台的数据率是1Mb/s，“信使”近期数字电台的数据率是360Mb/s，增强型定位报告系统的数据率是525Mb/s。美国于1998年和2003年4月，分别订购了250部和324部“信使”电台，用来保障战术作战中心内部的通信。英国把3400多部大容量数据电台引入其战术互联网，“弓箭手”装备的大约每6辆车中就有1辆装备了大容量数据电台。其他一些国家(包含加拿大、德国、荷兰、瑞典和亚洲一个国家)也采购了“信使”用于试验。采购了约40部“信使”的加拿大正在考虑提升其“艾利斯”(Iris)战术通信系统，通用动力公司提出的“弓箭手”设计方案就是以此系统为基础的。同时，加拿大也关注可能的宽带升级方案。雷声公司已交付了陆军订购的12900套增强型定位报告系统中的1万套，根据“陆军采办目标”，陆军总计将购买3.3万套。第三家宽带系统制造厂商是BAE系统(北美)公司，该公司报道美国和一些国际主顾对它的AN/VRC-99A宽带电台很感兴趣。这种电台工作在1300～1500MHz,有19个信道。2NTDR系统1．摘要NTDR系统是一个具有开放式结构的军用网络数据电台，它采用了商用模件和一个标准总线，可作为部队从排到旅的骨干电台。NTDR系统结构采用一个两层的分级网络概念进行设计，以增加系统容量，减少多路访问干扰和中继延迟。本篇论文将从由通信电子指挥部所进行的调查到由战术无线通信系统项目管理部管理的合同全方面地综述了NTDR的发展趋势，还讨论了一些来自未来数字电台宽带区域预测报告的测试结果，以及包括工业、通信电子指挥部和电子实验场（EPG）联合测试方法。还将阐述NTDR的工作原理以及当该系统用于某XXI师演习时的硬件和软件的建立。还将讨论早期试验的测试结果，并概述在战术环境中网络性能的模拟实验结果。2．项目历史空中和地面通信管理局于1994年5月开始数据电台的市场调查。该项调查是为了将现有的商用高级数据组网无线技术用于军队。调查的结果被用于未来数字电台宽带区域预测报告。在发布了这些报告不久，军队采集部开始了NTDR项目的研究，并申请撰写与EPLRS电台功能相同但价格较低的组网数据电台的提案要求。NTDR这个提案要求的初期准备工作中采用了空中和地面通信管理局的市场调查和未来数字电台宽带区域预测报告。当正在撰写NTDR技术要求时，几个公司也提交了未来数字电台宽带区域预测报告的提案，这些建议由几个正在准备NTDR提案要求的工程师审阅，这些建议使得NTDR的技术要求得到完善。这样提案证明是非常有用的，因为这些提案被提交供生产鉴定后，并没有进行重大更改。或者是通过与政府工程师进行面对面的会议；或者是通过使用电子公告栏，生产上对NTDR技术鉴定也给出了许多建议。未来数字电台宽带区域预测报告所提出的两个提案都获了奖，其中一个是授予ITT公司，ITT的宽带区域预测报告电台是将一个路由器和一个电台做在一个插件中（inonepackage），它有一个以太网口和一个PPP口，并采用了现有的商用部件，如PC－104卡和商用软件。在未来数字电台宽带区域预测报告提案改进期间，为XXI任务部队演习进行战术操作中心（TOC）内部通信研制了高宽带组网电台的技术要求，部队决定采用根据未来数字电台宽带区域预测报告合同生产的具有能提供这种通信能力的电台。3．测试未来宽带区域电台是在通信电子指挥部实验室测试的。测试ITT组网电台证明了是一种3挑战，特别是因为测试者是较熟悉TDMA网络系统测试。一个完全连通的RF网络在实验室中配置。然后，电台利用这个RF网络进行大多数的测试。通过采用FTP文件传输、脉冲信号（ping）和一个采用Sun工作站的Spray指令来进行吞吐量的测试。Spray指令使得不需采用太多的开销（overhead）就可测试数据的通过量。某些有关未来数字宽带区域电台的结果如图2所示，该图显示了所有节点的网络容量在同一时间都是有效的，还进行了多跳中继、动态路由和断开链接的测试。最终，还做了室外距离范围的测试。未来数字宽带区域电台能够在静态距离为12km时进行通信，但在移动时不能进行通信，这是因为这台未来数字宽带区域电台只是实验室的样机，并且ITT也没有完成Modem的多路径部分。距离范围的测试变得重要和必需，这是因为它决定是否将电台用于XXI师演习的关键。由于考虑到实验和系统的成熟性，ITT的未来宽带区域电台没有被选去参加XXI师的演习。同时，决定将NTDR的合同给予ITT公司。由于ITT的未来宽带区域电台的测试具有使人感兴趣的结果以及通信电子部还没有真正准备测试NTDR系统的事实，这样，对由10台ITT的未来宽带区域电台组网的网络结构进行了进一步研究，这是因为它与NTDR的网络结构非常相似的原因。这个合同后来将ITT的未来宽带区域电台修改为NTDR系统的早期版本，而不是具有不同内部元器件的两个相似系统。由通信电子部和电子实验场（EPG）应用这些早期的NTDR版本来开发测试仪器和测试技术。由通信电子部对这些早期的NTDR电台进行测试，以决定XXI师的演习是否采用NTDR电台。为了对NTDR进行频率管理和频率分配，空中和地面通信管理局（STCD）做了EMI与NTDR、EPLRS和MSE的兼容实验。通过量和距离范围的测试也给了他们信心。建立一个12km的链接，并以25kb/s的速度传输1Mb的PowerPoint文件，电台的精确范围仍没有被测试出，但与实验室的结果相比，这个距离的通过量并没有降低。还对某些BFA主机系统和路由器成功地进行了综合测试。由于采用了早期的电台，电子试验场（EPG）在测试过程中给予帮助；他们修改了某些用于测试EPLRS和战术互联网的测试仪表，以便测试仪表能与NTDR一起使用。ITT在他们第一次测试中采用了这个设备。ITT公司将EPG里的一个没有使用的计算机化的RF网络用于进行NTDR网络性能的测试，XXI师演习准备的NTDR电台也使用了这个网络。在XXI师演习的准备中，NTDR电台成功地通过了第一次战场测试。44．工作原理NTDR系统是按照军队C4I技术结构（C4ITA）设计的，具有支持一个旅的计算机和网络采用Internet协议组（IPS）进行通信。NTDR系统结构的方块图如图3所示，该图示出了NTDR怎样与五个其他通信系统进行接口，以及怎样支持部队运作和C4I的技术结构。NTDR系统结构的设计采用了一个两层的分级网络概念，在该系统中，一个中间数据簇（intercluster）的主干信道提供给不同数据簇（cluster）用户之间的包中继（如图3所示）。在每一数据簇中的一个NTDR被指定为一个数据簇头（clusterhead），并且，这个NTDR电台工作在主干信道和本地数据簇的两个信道上。这种结构是以OSPF（首先打开最短路径）路由协议区域概念为基础，这里，一个NTDR数据簇头可作为一个可组合成本地区域或数据簇的节点之间的区域路由器。在一个数据族内，本地拓扑结构的变化和路由的更新不在数据簇之外传播。5一个两层的结构可通过将网络通信分为3个单独的频率来减少多路访问（multipleaccess）的干扰、增加容量利减少中继延迟：l）fo，一个通用的访问（access）频率；2）f1，本地内部数据簇（intracluster）频率；3）f2，中间数据簇（intercluster）主干频率。在这3个频率信道上的工作是通过一个接收机指挥信造访问协议来完成的，通过传输这个接收机独特的PN访问码，信道访问的请求被指令到专们的接收机上。如果接收机是空闲的，它以fo发送一个清除发送（CTS）指令应答这个访问请求，指令发射机以f1或f2发送它的包传输。一个接收机分别是一个数据簇成员或数据簇头的函数，这就允许NDTR以频率f1建文本地数据簇通信和以f2建立中间数据簇通信。由于在一个部队旅区域里的数据簇头数目（为20）相对较低，所以，多种访问干扰的话务载荷和概率也相对较低。这就允许在最佳功率和通信距离的条件下，通过旅区域的包被延迟，因此，包可以以最小的延迟数到达它们最终的目的地。6或f）发送信息。这个功率控制和忙音指示的过程可使本地数据簇中和数据簇头之间的多种访问干扰为最小，而且，本地数据簇频率f能够被数据簇再使用，以提供较高的整个网络通过量。另外，自适应功率控制被用于每个传输，以便进一步减少干扰。接收机测定每个访问请求（频率为fo）所收到的信噪比（SNR），并以清除发送（CTS）回复发送回一个功率调节指令，发射机在随后包传输上调节其发射功率。CTS也可作为一个忙音指示，防止其他的用户以接收机发指令包频率（f121NTDR系统设计是以一个完全分布的和自适应分组无线网络为基础，该网络可支持通过任意节点的移动工作。网络的结构是半自动的．网络管理终端（NMT）通过产生每个NTDR电台的网络初始化数据组来进行网络的初始化。根据对每个NTDR进行初始化和填充，网络将自动配置和启动信息的通信。网络的配置由下列几步组成：数据簇信息、路由表和路由的分布、OSPF状态的运行和指令信息、建立与外部主机和网关连接的建立。NTDR网络将继续支持在移动工作期间的网络运作，并为路由表（作为连接变化的函数）的更新、由于移动性而引起的NTDR节点的再加入以及由于损耗、移动性或拓扑而引起的数据簇头的解除/再建立作准备。所有的这些功能在一个分布式（distributed）基础上自动执行。而不需要外部NMT的支持。可是，NTDR网络将与一