浅析协调式区域动态电磁频谱管理

侯志军　姜水桥

【摘 要】传统条块分割、静态管理的电磁频谱管理模式，难以满足战场电磁频谱管理快速动态的需要。运用区域化的动态频谱管理策略，采取协调式区域动态频谱管理模式，重点解决频谱动态共享、动态感知、动态分配，可较好地推进该问题的解决。

【关键词】协调；区域；动态；频谱管理

当前，基于条块分割、静态管理的军事电磁频谱管理模式，存在效率不高、不符合频谱管理的特点等问题，难以满足信息化条件下国防建设和军事斗争需求。区域化动态电磁频谱管理模式，为问题的解决提供了思路。

1 传统电磁频谱模式存在的主要问题

一是，电磁频谱集中静态管理模式，加剧了区域频谱供需矛盾。当前战场电磁频谱管理主要采取集中静态的管理模式。在频率分配上，为便于管控系统间相互干扰，为每个部门（部队）分配一定数量的工作频率，且频率一经分配，其他用户不得随意使用。遇有冲突，采取计划协同的办法解决。这种模式在战场用频装备系统急剧增加的情况下，加剧了频谱供需矛盾。

二是，诸军兵种、军民自成体系、自我管理，不符合频谱管理区域性的特征。在有限的作战区域内，军兵种、民用频谱管理部门主要负责本系统的频管工作，虽建立相应的横向沟通与协调关系，出现问题由双方的统一上级负责，缺乏各个区域的统一管理部门，与电波区域传播特性不相符，致使有限的频谱资源使用效能得不到充分发挥。

2 协调式区域动态频谱管理策略

协调式区域动态频谱管理，为解决传统频谱管理模式存在的问题提供了思路，其基本内涵是：根据电波区域传播的特性，以频谱动态共享技术支撑，对现行频谱管理体制不作大的改动，按照区域对电磁频谱实施动态管理，以提高频谱利用效率。这一模式比较符合与当前频谱管理体制的兼容性较强，可操作性好。

协调式区域动态频谱管理，是在设备级频谱动态频谱管理的基础上实现。设备级频谱动态管理是建立在用户动态频谱接入的基础上，将某段频谱作为可利用的资源，区域内部的所有用频装备通过实时地感知、识别、利用可用频谱，实现不同用频设备有序共享该段频谱资源。其典型工作方式是：当用频设备需要使用频率时，通过主动或被动感知某区域的频谱；根据可用频谱空穴情况，调整自身的工作频率，在频谱空穴上工作，以充分利用空闲的频率资源；为避免对授权用户造成不必要干扰，设备可在空闲频谱间进行无缝转移。

协调式区域频谱动态管理模式引入了区域中心控制、区域用户共用以及区域频谱管理员机制。将某区域的频谱划分为静态使用频段、保护频段和协调共用频段。协调共用频带是频谱管理人员根据该地区频率使用情况和需要，提前将某段频率分配给该区域相关用频设备共用，要求用频设备接入区域用频网络，具备有一定的频谱感知能力，能够实时接入该频段。其典型工作过程是：频谱管理员通过区域管控中心，收集具有频谱认知功能的用频设备的感知信息，并对之进行综合处理分析；根据各用频设备的频谱请求信息，在不对其它合法用户造成有害干扰的前提下，为相关用频设备指配临时性工作频段。当用频设备工作结束后，释放占用频段，供其它用频设备重新使用。

区域协调访问频段的选定，是基于用户而不是针对广阔区域内特定服务分配的大段静态频谱，因此与现行静态频谱管理方式相比，区域协调式频谱管理能够更加高效、动态地为用户指配频率。同时，区域动态频谱接入用频设备使用的频谱由频谱管理员通过自动化程序自动实现，不是人工指配，其分配过程更加灵活，效率更高。毫无疑问，设备级的区域动态频谱管理是协调式区域动态频谱管理的重要组成部分，而协调式区域动态频谱管理与我们当前的频谱管理方式有一定的衔接，可操作性较强。

3 协调式区域动态频谱管理关键环节

在不改变现行频谱管理体制的情况下，协调式区域动态频谱管理，可在建立区域频管中心的基础上，通过突破频谱动态共享、频谱动态感知、频谱动态分配等关键环节的技术、管理机制，加快推进应用进程。

3.1 频谱动态共享

频谱共享是指在不改变现有的频谱分配总体架构下，实现不同系统用频装备的频谱共享，提高频谱使用效率。基本过程：一是，频谱共享准备阶段。区域频管中心收集区域各部门频率资源信息（包括禁用、专用以及受保护频率）、授权用户频率需求、用户优先级，具有频谱认知功能的用户组网数量、任务需求以及工作区域等信息。二是，频谱共享规划阶段。区域频管中心对频谱认知用户频谱共享进行静态规划。根据区域作战任务、网络规模、保障重点、频谱认知系统组网规模以及禁用频率、保护频率等情况，为频谱认知用户指定若干共享频段，确立频谱共享方式和共享机制。三是，共享实现阶段。区域频管中心将共享频段划分为若干个集合，统筹分配给各频谱认知网络频管中心。每个网络频管中心负责分配一个共享频率集，用于网内频谱认知用户的共享、接入。共享频率集一经分配，一般不能共享其他网络的共享频率集。用网内用户有用频需求时，在各网络频管中心的控制下或自主共享频率集。当预分配共享频率集无法满足网内认知用户需求时，网络频管中心迅速反应，及时协调其它网络共享频率集。

3.2 频谱动态感知

频谱动态感知是实施战场区域动态频谱管理的基础。作战过程中，用频装备受任务、地形、敌方干扰等因素的影响，使用频率具有不确定性。因此在不同时间、不同地点将产生大量的频谱空穴。要求用频设备能够动态感知周边的频谱环境，及时发现可用频谱空穴，并能对动态分析、决策。为确保频谱感知过程有目的、有秩序、高效率地运行，频谱感知过程一般需要区域频管中心的管理和控制。一是，当对电磁环境了解不多的情况下，区域频管中心控制频谱认知用户对工作频段进行初始感知，目的是掌控该区域、某些频段的频谱占用情况；二是，频管中心对电磁环境具有一定了解，特别是根据感知信息进行频谱共享规划后，在频谱认知用户没有任务时，网络频管系统控制频谱认知用户对共享频率集进行周期性地感知，以监测频率集占用状态。在区域频管和网络频管系统的管理控制下，频谱感知过程目的性更强、时效性更高。

3.3 频率动态分配

频率动态分配是优化频谱利用，提高信道容量，减少系统间干扰的有效手段，是确保用户有效接入，提高区域频谱动态管理性能的核心与关键。相比静态管理模式下，频率动态调整时间长，中间环节多，时效性能差等缺点；区域频率动态管理下的频率分配、指配执行部门从传统的军兵种以及各部队频管部门、业务部门转移到网络或区域频管中心，分配、指配环节减少，时效性更高，过程更加灵活。根据频谱认知用户使用空闲频谱情况，网络频管中心将采取相应的频率分配策略。

当频谱认知用户预分配的专用频率通信性能下降，但能够满足用户任务需求时，即使其共享频率集中存在干扰很小的“优质”空闲频谱，为减少频率动态分配的信息传递，同时避免对传统用户产生不必要的干扰，网络频管中心不进行频率动态分配；当用户预分配专用频率不可用，且网络共享频率集能够满足用户业务需求（网络内频谱共享）时，网络频管中心根据频谱认知用户数量、用户业务需求，频谱空穴数量等，依据一定的频率分配算法对网内用户进行频率动态指配；当网络预分配共享频率集不可用（无法为用户提供有效接入）时，网络用户需要共享其它网络空闲频率（网络间频谱共享），通过网络频管中心自主协调或区域频管中心干预措施，获取其它网络提供的共享频率，再依据一定的频率分配算法进行动态指配。

4 结束语

区域动态电磁频谱管理是一个复杂的系统，要完全实现，受频谱管理的技术、人才、机构、政策等多方面因素的影响和制约。论文仅从理念层面对协调式区域动态电磁频谱管理进行了一定分析，还有许多问题需要深入研究。

【参考文献】

[1]姚富强.动态频谱管理的发展现状及应对策略分析[J].电波科学学报，2013，8，28：794-796.

[责任编辑：朱丽娜]