李 燕

（91550部队 大连 116023）

1 引言

海空机动通信系统通过高速宽带微波和卫星通信无线传输链路实现岸基节点与空中平台、海上舰船、舰船与舰船之间的互联互通功能，提供语音、图像、数据等各类业务服务，构建多跳中继、远距离、高速传输通道。通过海空机动通信系统设计平台，有效提高通信设计效率，优化通信系统设计与应用，全面提升海空机动通信、应急指挥和勤务通信保障能力。

2 海空机动通信系统平台总体设计

平台系统设计包括：通信方案管理、设计目标设置、通信保障需求分析、路由设计、链路设计、通信布站、效果评估，如图1所示。通信方案管理是对方案进行新建、打开、复制、保存、搜索等管理；设计目标是通信系统的指标要求和设备布设要求；通信保障需求分析是对通信保障要求进行分解与计算；路由设计包括对海/对空岸站设计、对布设点进行自动路由设计或手工路由设计；链路设计包括微波链路计算与分析、卫星链路计算与分析；效果评估包括可靠性计算、数据传输时延估算、时间同步精度分析、误码率/丢包率分析。

图1 海空机动通信系统平台总体设计图

2.1 通信方案管理

通信方案管理包括新建、打开、复制、保存通信方案，依据检索条件查找通信方案，对通信方案进行设计编辑。

2.2 通信系统设计目标

设计目标是通信系统的保障要求，分为通信系统的指标要求和信息传输要求。

指标要求包括时间同步精度、数据传输时延、误码率/丢包率和系统可靠性要求。信息传输要求包括节点地点、设备名称、设备数量、数据类型、数据路数、数据速率、说明等，以人工或自动的方式转化为标准格式。

2.3 通信保障需求分析

通信保障需求分析是根据联网终端或系统对通信系统的要求进行分解与计算。每套设备按照标准格式填写所需传输的信息需求，或按照缺省值形成业务保障类型与数量，内容和结果可以人工进行调整，最终按照标准格式输出需求表。

2.4 对海/空通信岸站设计

对海/空通信岸站设计主要是指在对海/空通信系统中，根据条件选择合适的陆地岸站。主要过程为，进行海上舰船和空中飞行器坐标位置的自动或手动输入，根据坐标，检索通信资源库。按照数据库中配对的岸站进行选定，也可人工修改；或根据对海对空通信保障需求、对海对空通信性能指标（通信距离、传输容量等）、节点地理环境、舰船/飞行器运行轨迹等条件进行无线链路分析与判定，选定合适岸站；若通信系统无法满足要求，需要新建或改造，则进行无线链路分析，作为新建或改造的辅助依据。所有设计结果存入通信资源库。

2.5 链路设计

链路优化设计主要针对海空无线微波和卫通链路进行计算与分析，最终求解出最佳链路设计结果，为新建或改造的微波或卫星通信系统工程设计提供基础工作和实际参考，既可以用于网络建设的前期规划、辅助方案设计，也可用于网络改造中的系统分析。

2.5.1 微波链路计算与分析

设计平台对微波通信链路的计算与分析主要包括：路径设计和系统性能估算。路径设计主要包括：首先，根据收发微波站之间的路径情况确定反射点位置、估计反射系数，并计算第一菲涅尔半径、最小菲涅尔半径等参数。然后，初步选取天线高度，计算路径余隙计算，并验证其是否满足余隙标准，若满足则可选取该高度，若不满足，则改变天线高度直至满足余隙标准。系统性能估算主要包括：首先，根据调制方式和误码率门限，估算理论门限收信电平值。其次，估算设备恶化储备量和干扰储备量，计算实际门限收信电平值。再次，根据发信功率、传播损耗、天线增益等估算实际收信电平。由实际收信电平和门限收信电平，计算衰落储备。最后，根据收发路径的地形情况、气象条件、衰落储备等参数，计算系统中断率等，判断其是否满足中断率允许值。若不满足则需要增加抗干扰措施，如分集接收和自适应均衡。当采用频率分集和空间分集时，根据分集改善系数，再计算系统中断率，不断改变与优化参数直至满足允许的中断率指标。微波链路计算与分析结构如图2所示。

图2 微波链路计算与分析结构

路径设计的最终目的是选取合适的天线高度，使得在不同K值（等效地球半径因子）时均满足余隙标准。性能估算的最终目的是由衰落储备量、有无频率分集、空间分集等估算传输系统中断率，并判定其是否满足假设参考数字段分配的中断率允许值。

2.5.2 卫星链路计算与分析

设计卫星通信线路时，通常先选定通信卫星和工作频段，根据卫星转发器的性能参数和用户需求，选择系统所用的天线口径、调制和编码方式，然后通过链路计算，确定现有的设备配置能否满足通信质量和容量的需求，了解系统余量是否能够满足链路传输可用度要求，并根据计算结果，建议转发器及地球站的最佳配置，验证所设计线路的可行性与合理性。

卫星链路计算主要根据卫星数据、地面数据、载波参数等数据进行占用带宽、上行和下行载噪比C/T、系统总载噪比C/T、系统余量、接收天线口径及接收余量、发射天线口径及功放大小、功率利用率、带宽利用率等数据的计算。合理的设计应保证系统略有余量，同时使系统所占用的转发器功率资源（功率利用率）与带宽资源（带宽利用率）相平衡。如果链路预算结果表明，在功率与带宽相平衡时所得的系统余量过大或不足，可以改变天线口径或调制方式、编码参数，对系统进行优化。卫星链路计算与分析结构如图3所示。

图3 卫星链路计算与分析结构

2.6 通信节点布设

通信节点布设依据通信保障需求和路由设计结果，完成机动节点和固定节点的布设。对于超出通信保障能力的站点，根据需要进行设备调整。

2.7 效果评估

2.7.1 数据传输时延分析

数据传输时延分析主要是计算端到端通信设备的实时数据传输时延，主要针对分组交换（IP）传输时延进行分析。

IP数据传输时延=两端IP接入时延+信道时延。

两端IP接入时延主要包括节点处理时延、排队时延和发送时延。其中，发送时延是分组大小与链路的传输速率的比值，是确定性值；处理时延是受每个节点的计算能力和可用的硬件的影响，高速交换机与路由器的处理时延通常是微秒或更低的数量级，一般可以忽略不计；排队时延结果很大程度取决于分组到达队列的速率、链路的传输速率和到达流量的性质（即流量是周期性到达还是以突发形式到达），其值可从0到微秒甚至毫秒之间变化。

信道时延包括从源点到终点的所经过的每一跳设备时延和每一跳路径传输时延，其中每一跳设备时延基本上是固定的，传输时延是连接距离与传输速率的比值。电磁波在自由空间中传输的速率是光速，即3×108m/s，电磁波在铜线电缆中的传输速率为2.3×108m/s，电磁波在光纤中的传输速率为2×108m/s。

2.7.2 时间同步精度分析

时间同步精度分析工作主要围绕GPS或北斗时间同步精度、铷原子频标或高稳定石英频标守时精度等性能指标进行精度计算。

时间同步精度分析的主要工作是就频标对时间同步的影响进行定量分析，主要包括：GPS或北斗定时误差测量；频标守时模式时，根据铷原子频标或高稳定石英频标的准确度和漂移率，计算满足系统时间同步精度的最大时间值，以此时间值作为时统设备守时时间的参考依据；根据频标的准确度和漂移率，计算系统在某个时间段内系统的时间同步精度。

2.7.3 可靠性计算

可靠性计算是根据系统的串并联混合结构，进行数字传输可靠性分析。根据设备可靠性指标和串并联模型，采用关联结构模型由平台自动生成系统可靠性模型，也可由平台辅助设计人员以图标或预定义格式的方式建立该模型，根据保存在基础数据库中设备MTBF或设计（分配）指标计算可靠度。

2.7.4 误码率/丢包率分析

对每个节点的误码率和丢包率进行实际链路测试，统计求出每个节点的误码率/丢包率均值和方差，根据大量的测试数据，对系统的误码率/丢包率进行统计与分析。

3 方案推演

应用三维显示技术展现海空机动通信系统的动态过程，实时显示路由信息、链路配置等效果，显示通信带宽、时延等信息，可根据需要控制推演进度。通信方案推演过程为，依据通信系统的路由设计和设备配置生成推演方案；加载设备三维模型并渲染，加载三维地图并将通信路由和通信带宽叠加到地图上完成推演准备；实时计算通信路由，驱动三维模型随动；实时反馈用户对推演进度的控制和推演设备状态的设定；当用户选择某一通信设备时，展示该设备详细的设置参数，如：带宽、通信方式等信息；当通信设备带宽或系统时延不满足指标要求，标示出相应的指标、时间和设备。

4 结语

海空机动通信系统设计平台，采用计算机技术，充分考虑扩展性、开放性、软件设计标准化、接口标准化，建设了模块化、标准化和可视化的设计平台，实现了网络的信息化建设。下一步通过增加优化算法、指标精细分析，进一步提高系统的扩展应用。