新一代战术通信网络系统架构设想*

薛晓飞，凌 云，卢晓勇

（中国电子科技集团公司第二十八研究所，南京 210007）

0 引言

我军战术通信网络系统在其发展过程中，呈现代系、通用专用、功能定位等方面的差别，在互联互通、体制兼容、编配选型、升级改造等方面还有改进空间。针对改进，开展了相关统型工作［1］，比如战术互联网中互联网控制器、战术电台的统型研制。但还需要进一步加强顶层统一规划设计，对其架构进行本质上深入清晰的剖析，从根本上达到通用好用。

近年来，外军在战术信息网络（WIN-T）、模块化开放式系统架构（MOSA）、车辆综合电子架构（VICTORY）、联合战术无线电系统（JTRS）等方面，都取得了较大的突破，网络化、服务化、软件无线电等技术在战术通信网络系统中得到了广泛的应用。WIN-T 项目中互联网控制器高度统型；VICTORY采用服务化总线方式实现设备和业务的集成运用［2］；JTRS 已经大量装备软件无线电电台。

本文提出新一代战术通信系统架构的完整设想，试图从根本上解决若干存在问题，使得战术通信系统能够更好用、更通用，并能够适应未来的整体升级改进。

1 整合思路

目前，战术通信网络系统的基本业务包括数据和话音，通信方式上包括有线通信传输和无线通信传输，网络控制上包括数据交换路由和话音交换中继。具体主要功能包括了数据交换路由、话音交换中继、有线网络控制、无线网络控制、有线通信传输、无线通信传输等，主要功能连接框图如图1 所示。

图1 战术通信网络系统主要功能连接框图

战术通信网络系统覆盖战术互联网、初级战术互联网、专用指控通信网等。战术通信网络系统的核心设备是通信网络控制设备，在通信网络控制设备的发展过程中，不断加入新的功能。通信网络控制设备的具体功能发展变化如图2 所示。不同种类通信网络控制设备之间相同或相似模块较多，存在多种协议。

图2 通信网络控制设备的功能发展

无线通信传输基本还是作为独立的设备形态存在，但是有线通信传输的形态较多。建议从根本上统一通信网络控制设备，将有线通信传输从通信网络控制设备中独立出来。基于“软件定义”的思想［3］，采用“硬件统型通用”、“功能软件定义”的方案，进行架构统型。

1.1 无线通信传输

对于无线通信传输，目前的统型程度较高，但也还存在一些区分。电台到通信网络控制设备的接口标准得到一定的统一，各种通信网络控制设备都能够对电台进行控制。但在升级和兼容方面还有待改进。

针对战术无线电台，应大力发展软件无线电电台［4］，并进一步统一电台到通信网络控制设备的接口标准。

1.2 有线通信传输

在有线传输中，双绞线是使用非常广泛的传输介质，传输体制包括模拟二线、K 口、HDSL、SDSL、G.HDSL 等方式，如图3 所示。每种通信体制基本是一种单独的硬件系统，不同的传输方式之间兼容性低，还具有主从、速率等复杂的设置，自动匹配功能弱，而且速率档位间隔大，不能够充分利用传输介质信道。实际上，不同的有线通信传输具有很多相似之处，由于缺乏统一的设计，导致有线通信传输共用程度低。

图3 现有有线通信传输方式

到目前为止，既没有出现将频带、CDP、SDSL、HDSL 等调制解调方式汇集在一起的芯片，也没有出现能够同时支持频带、CDP、SDSL、HDSL 等多种调制解调功能的通用有线传输系统，更没有出现基于双绞线的能够自动匹配信道特定的具有认知功能的有线传输系统。针对有线通信传输，可以先实现数据接口的统一，再实现传输处理硬件的统一，通过加载不同的软件形成不同的有线通信传输功能，如图4 所示。

图4 通有认知线通信传输方式

1.3 无线网络控制

无线网络控制主要包括无线网络的控制接口和控制协议。目前的无线网络主要包括战术互联网、初级战术互联网、专用指控通信网等，存在多种无线网络控制协议和多种控制接口。

针对无线网络控制，应进一步统一控制接口的形态，建议采用独立的无线网络控制模块硬件，通过加载不同的软件实现不同的无线网络控制功能。

1.4 有线网络控制

有线网络控制主要包括有线网络的控制接口和控制协议。由于有线通信传输的架构不清晰，有线网络控制接口存在内部控制接口和外部控制接口，接口形态更多。外部控制接口一般遵循通用的标准，控制协议根据不同的组网应用具有多种协议标准。

针对有线网络控制，应将控制接口全部统一到一种外部接口形态，统一有线网络控制模块的硬件，提供多个并行通道，每个通道可以加载不同的有线网络控制软件。

1.5 数据交换路由

需要规范数据交换路由和有线网络控制、无线网络控制之间的接口规范。当需要同时支持多个网系时，建议可以先采用多个数据交换路由模块的设计思路，多个数据交换路由模块可以采用统一的硬件形态，逐步实现一个数据交换路由模块支持多个网系。

1.6 话音交换中继

需要规范话音交换中继和有线网络控制、无线网络控制之间的接口规范。建议统型并只有一个话音交换中继模块。

1.7 车通总线

车通总线是战术通信网络的一个重要组成部分，其发展经历了CAN 总线、1553B 总线、485 总线、令牌环总线、以太网总线等，速率从两兆发展到百兆再到千兆，承载的业务从单一支持数据或音频到同时支持数据和音频。需要进一步提升通信手段、增加业务类型、改进业务运用方式。

2 架构设想

通过整合统型和完善架构，设想下一代战术通信网络系统的架构主体包括服务化车内总线、统型通信网络控制设备、宽带软件无线电台、通用有线传输设备，如图5 所示。

宽带软件无线电台和通用有线传输设备采用统一的接口连接统型通信网络控制设备，加载不同的控制协议支持不同的通信传输和组网。有线波形和无线波形都基于软件定义，能够实现各种有线和无线传输。车内各种业务都通过高速以太网总线以服务化的方式进行共享交换。

2.1 统型通信网络控制设备

统型通信网络控制设备的功能组成包括数据交换路由、话音交换中继、有线网络控制、无线网络控制，有线通信传输不再作为统型通信网络控制设备的功能。

图5 新一代战术通信网络系统架构模型

其中话音交换中继模块1 个，数据交换路由模块根据能够支持的网系数据确定，每个有线、无线网络控制模块能够控制多路有线、无线通信传输，有线网络控制模块和无线网络控制模块的数据能够根据需要选配。

统型通信网络控制设备采用统一的硬件形态，通过加载不同的功能模块软件，实现不同的通信网络控制功能。同时根据战术通信和应用的关系，支持身份与位置分离映射、报文与通道选择适应等通指一体化应用的功能。

2.2 宽带软件无线电台

宽带软件无线电台采用软件无线电技术［5］，通过标准化、模块化的可编程硬件组成通用的数字硬件平台，通过软件定义实现无线信号的射频、中频和基带处理等功能，能够通过重新编程来实现系统的升级更新，可以实现多频道、多模式、多功能的无线电通信，具有良好的通用性、灵活性。

宽带软件无线电台硬件组成包括处理器、数字信号处理、门阵列矩阵、宽带模数转换、射频前端、宽带多频段天线等。通过软件编程实现不同的信道调制、保密结构、网络协议和终端控制功能。

宽带软件无线电台能够工作在2 MHz～2 GHz频段上，不但能与常规的短波（HF）电台、超短波（VHF）电台、高速数据（UHF）电台通信，而且还能与卫星通信终端、数据链终端等非常规通信装备进行通信，甚至能接入民用移动通信系统。

2.3 通用认知有线传输设备

通过通用认知有线传输设备，能够提升目前有线传输设备的集成度，提高信道适应能力，解决目前有线传输设备种类繁多、接口窗接线柱过多、使用不方便、信道自适应等问题。通用有线传输设备基于二线被覆线传输介质，利用“软件定义传输”和“智能化”［6］技术，通过统一的硬件加载不同的调制解调软件实现对各种调制解调功能的兼容，并提供具有认知能力的调制解调功能，能够感知有线传输信道带宽等特性和认知对端的传输波形特性，自适应动态匹配最佳的有线传输波形。后续还能够进行精细的速率自适应调节，支持连续的传输速率的变化，进一步充分利用信道带宽。

研制有线传输通用硬件，对外接口包括规范统一的数据接口和双绞线有线传输接口。系统组成设计包括数据接口电路、可定义门阵列逻辑电路、可定义数字信号处理电路、高速模数转换电路、可控阻抗匹配电路、自适应接口保护电路和处理器等，如图6 所示。具有通用性和认知性，能够适应目前和未来一段时间内有线传输设备的处理要求。通过统一的硬件加载不同的波形软件，包括固定波形（频带、CDP、SDSL、HDSL 等）和自适应认知波形，实现对已有的频带、CDP、SDSL、HDSL 等多种调制解调功能的兼容，实现自适应认知波形，并支持未来调整解调功能的升级；数据接口电路能够根据采用的波形进行同步调节，能够支持已有的V.34、V.35 等接口标准的内容，支持接口内容的升级；能够根据传输信道的特性匹配最佳的认知波形，进行精细的速率自适应调节，进行连续均匀的步进调节，调节步进不高于最大速率的1/32，不同于已有的培增调速方式，能够充分利用信道带宽。

图6 通用有线通信传输组成设计

其中，数据接口支持规范统一的标准，建议采用不低于10 Mb/s 的以太网同步时隙方式，采用独立的发送通道和接收通道，每个通道包括类型信息、控制信息、状态信息、数据信息，或者采用不低于1 000 Mb/s 的以太网IP 方式；数据接口电路实现电平的匹配和转换；可定义门阵列逻辑电路实现类型信息、控制信息、状态信息、数据信息的分解和结合，根据数据信息的发送和接收情况反馈状态信息，根据控制信息进行数据信息的发送控制；可定义数字信号处理电路实现发送信息到发送波形的调制，以及接收波形到接收信息的解调；高速模数转换电路实现高速的数字信号和模拟信号的映射转换；可控阻抗匹配电路实现双绞线有线传输接口模拟信号和发送波形、接收波形之间的二线四线变换和阻抗匹配；自适应接口保护电路通过探测双绞线有线传输接口上的稳态电信号的电平和频率特性，自动调整最匹配的接口保护电路，实现对瞬态破坏电信号的旁路释放和抑制；处理器接收可定义数字信号处理电路的反馈信息，控制可定义门阵列逻辑电路、可定义数字信号处理电路、可控阻抗匹配电路加载对应的方式。

系统启动时，处理器控制可定义数字信号处理电路加载预设的认知发送波形（如128 kb/s 速率对应的认知波形），控制可定义门阵列逻辑电路加载预设的逻辑处理方式（如V.34、V.35 等对应于统一标准的逻辑处理方式），控制可控阻抗匹配电路加载预设的阻抗匹配方式（如120 Ω）。系统运行时，可定义数字信号处理电路对接收的波形进行识别，处理器根据可定义数字信号处理电路反馈的接收波形特性（波形频率、调试方式、数据速率等）判断该波形是否为固定波形（频带、CDP、SDSL、HDSL 等）。如果是固定波形，则将该固定接收波形对应的固定发送波形设为待加载发送波形，如果不是固定波形，则处理器根据可定义数字信号处理电路反馈的信道特性（波形失真情况、噪声干扰情况、数据校验情况等）判断当前接收的认知波形和信道特性是否匹配，如果匹配，则将认知接收波形对应的认知发送波形设为待加载发送波形，如果不匹配，则将和信道特性对应的认知发送波形设为待加载发送波形，最后比较当前发送波形和待加载发送波形是否一致。如果不一致，则处理器根据待加载发送波形控制可定义数字信号处理电路调整发送波形，控制可定义门阵列逻辑电路调整逻辑处理方式，控制可控阻抗匹配电路调整阻抗匹配方式。处理器内部预设固定波形库和认知波形库，每种波形存储对应的可定义数字信号处理电路运行软件、可定义门阵列逻辑电路运行软件和控制可控阻抗匹配电路的阻抗匹配控制参数，加载对应波形时，根据存储的对应软件对可定义数字信号处理电路、可定义门阵列逻辑电路进行软件加载，根据存储的对应参数对可控阻抗匹配电路进行控制。流程图如下页图7 所示。

图7 通有线通信传输流程设计

2.4 服务化车内总线

服务化车内总线采用千兆甚至万兆的高速IP总线，传输介质采用光纤、网线、WIFI 等，采用软交换、网络化、服务化技术，承载数据、音频、视频、操作和分支总线等业务，实现人员对各种业务的灵活便捷使用，具有就近接入、综合应用、集成高效、冗余抗毁及灵活通用等特点［7-9］。其组成包括多业务服务、总线网元、总线网关等，如图8 所示。

3 结论

通过对新一代战术通信网络系统架构的设想，充分运用软件定义、软交换、网络化、服务化、智能化等新技术，提出了有线通信传输从通信网络控制设备分离，以及研制通用认知有线传输设备的思路，希望能够从根本上改进现有战术通信网络系统。同时下一代战术通信系统应具有更好的安全性，其实现还应充分考虑自主可控。

图8 服务化车内总线组成设计