CC BY
39
Mr Ljubiša Nedeljković,
pukovnik, dipl. inž.
Vojna akademija — Odsek logistike, Beograd
AUTOMATSKI I ADAPTIVNI VF RADIO--KOMUNIKACIONISISTEMI
UDC: 621.396.7 : 621.3.029.5
Rezime:
Automatski i adaptivni VF radio-sistemi razvijeni su sa ciljem da se obezbedi kvalitet-niji i lak{i na~in uspostave linka i prenosa poruka preko VF kanala. Automatska uspostava veze je robustni adaptivni VF radio-metod za automatsku uspostavu veze preko VF SSB kanala. Sadr'aj ovog rada ~ine pregled tehnologije, principi automatske uspostave veze (linka) i analiza konvencionalnih i adaptivnih radio-sistema.
Klju~ne re~i: radio-komunikacije, automatska uspostava linka, analiza kvaliteta linka.
AUTOMATIC AND ADAPTIVE RADIO COMMUNICATION SISTEMS
Summary:
Automatic and adaptive radio communication sistems are developed to ensure better quality and easy link establishment and transmitting of messages over the HF radio channel. Automatic link establishment is a robust, adaptive HF radio method for automatic communications establishing over the HF SSB link. The overview of this tehnology, the principles of automatic link establishment and the analysis of conventional and adaptive radio systems are the contents of this paper.
Key words: radio communication, automatic link establishment, link quality analysis, handshake.
Uvod
Visokofrekventni radio koristi se za radio-komunikacije na velikim rastojanji-ma u opsegu u~estanosti od 1,6 do 30 MHz. Visokofrekventne radio-komuni-kacije karakteri{u promenljivi uslovi pro-stiranja radio-talasa, ograni~en opseg za prenos podataka i niža ukupna pouzda-nost sistema. Konstantne promene para-metara jonosfere, {um i interferencija izazivaju poremećaje radio-komunikacija u VF opsegu, tako da se komunikacija ~esto ne može ostvariti.
Pouzdanost VF radio-komunikacije zavisi od velikog broja faktora kao {to su:
- radna frekvencija;
- stepen jonizacije jonosfere;
- distanca između stanica;
- ukupna procedura komuniciranja (stupanje u vezu, korekcija gre{aka, itd.).
Pri manuelnom na~inu rada radio--komunikacije uspostavlja ve{t radio-operator koji postavlja uređaj na fre-kvenciju, pode{ava radio-uređaj i uspostavlja komunikaciju sa drugim radio-stanicama. Takođe, operator stalno mora da prati promene stanja jonosfere i da prilagođava frekvenciju uslovima prosti-ranja talasa. Funkcionisanje radio-sistema sa manuelnim pode{avanjem umno-gome zavisi od ve{tine radio-operatora.
182
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
Iz navedenih razloga pristupilo se automatizaciji VF radio-komunikacija sa ciljem da se dobije na brzini i kvalitetu uspostave veze i obavljanja saobra}aja.
Automatski procesi ostvaruju se pod kontrolom mikrokontrolera, a posao ope-ratora je da programira ure|aje za rad i nadgleda njihov rad. Automatika omogu-}uje rad operatoru na principu „pritisni i govori po najboljem VF kanalu“ („push-to-tolk on the best channel“).
Automatske tehnike su i „adaptiv-ne“ tehnike, jer prilago|avaju radio na promene tokom propagacije VF talasa.
U ovom radu su analizirane mogu}-nosti primene adaptivnih radio-sistema i njihov doprinos protivelektronskoj za{titi radio-komunikacij a.
Automatski i adaptivni VF
radio-sistemi
Tehnologija automatske uspostave veze (Automatic Link Establishment, ALE) razvijena je sa ciljem da se omogu-}i automatska selekcija frekvencije i auto-matska uspostava veze u radio-mreži ili komunikaciji tacka - tacka, bez pomo}i operatora. Adaptivni radio-komunikacioni sistem ima sposobnost da proceni komu-nikacione uslove i, ako je potrebno, auto-matski podesi svoj rad, kako bi pobolj{ao svoje komunikacione performanse.
Automatska uspostava veze zasniva se na slede}im odlikama:
- sposobnosti skaniranja kanala (frekvencija);
- sposobnosti selektivnog pozivanja;
- automatskom slu{anju (stanica iden-tifikuje transmisije);
- analizi kvaliteta veze kao pomo}i frekvencionisanju automatske uspostave veze;
- proceni verovatno}e pojavljivanja gre{aka pri prenosu podataka;
- proceni odnosa signal + {um + dis-torzija/ {um + distorzija (SINAD);
- proceni distorzije zbog vi{estru-kog prostiranja (opciono);
- automatskom održavanju veze;
- nadgledanju zauzetosti kanala.
Automatski i adaptivni VF radio-si-
stem sastoji se od VF SSB radio-primopre-dajnika, kontrolera za automatsku usposta-vu veze, ALE kontrolera, korisnickog ter-minala (opciono), modema za prenos poda-taka (opciono) i antenskog sistema.
Primopredajnik je projektovan za rad sa SSB modulacijom u donjem ili gornjem bocnom opsegu, {irine 3 opsega kHz, i mora zadovoljavati odgovaraju}e tehnicke karakteristike. Adaptivni radio omogu}uje prenos podataka, govornih poruka, slika, a može imati i mogu}nost rada teleprinterom ili Morzeovom telegrafijom. Izlazna snaga predajnika zavisi od njegove namene, a
Sl. 1 — Blok-šema adaptivnog VF radio-sistema
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
183
može imati vrednosti od nekoliko desetina vati, npr. stanice koje nosi vojnik i stanice na vozilima, do nekoliko stotina vati ili ne-koliko kilovata.
ALE kontroler je kljucni uređaj u adaptivnim VF radio-sistemima. On može biti namenjen za jednu ili vise radio-stani-ca, može biti eksterni uređaj ili inkorpori-ran u samom VF RU. ALE kontroler ima zadatak da automatski uspostavi vezu pre-dajnik - prijemnik, sa jednom ili vise ra-dio-stanica, po najboljem VF kanalu.
Kontroler poseduje memoriju u koju skladisti predodređen broj kanala koji su programirani za određen broj fTekvencija. Svaki kanal ima vrednost njegovog kvali-
teta. Kanali se neprekidno skaniraju (2 do 10 kanala u sekundi). Svaki kontroler ima programiranu grupu pozivnih znakova (SELF - sopstveni, NET - mrežni, GROUP - grupni i INDIVI - individualni).
ALE signali su dizajnirani za standardni VF SSB kanal. Primenjena modulacija je tipa 8FSK, sa osam ortogonalnih tonova. Svaki ton traje 8 ms u opsegu od 750 Hz do 2500 Hz na 250 Hz razmaka. Svakom tonu odgovaraju tri bita podataka, sto rezultira signalizacionom brzinom od 125 Bd i bitskim protokom od 375 b/s.
Standardna rec u ALE sistemima sa-stoji se od 24 bita koji su razdvojeni po-
Nekodirana reč 24 bita
Interliving + Trostruka
utisnuti bit redundansa reči
Sl. 2 — Princip formiranja ALE reci
184
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2004.
ljem 3-bitne preambule posle koje sledi polje 7-bitnih ASCII karaktera. Funkcija svake predate kodne re~i, koje su dizajni-rane u preambuli koda, povezana je sa osnovnim ALE mogu}nostima. Postoji osam tipova re~i: TO, THIS IS, THIS WAS, DATA, REPEAT, THRU, COMMAND, and FROM. Svako od polja 7-bitnih karaktera upotrebljeno je da odredi karakter individualne adrese ili kao ASCII tekst, zavisno od preambule.
ALE kontroleri zasnivaju izbor fre-kvencije na analizi kvaliteta linka (Link Quality Analysis, LQA). Procesom me-renja kvaliteta kanala mogu se analizirati tri tipa podataka: verovatnoća greske po bitu (BER), odnos signal + sum + distor-zija / sum + distorzija (SINAD) i opcio-no merenje vremena kasnjenja zbog po-jave visestrukog prostiranja - multipata. Rezultati merenja memorisu se u matricu i na osnovu njih ALE poziva u~esnike po najboljem VF kanalu.
Visoka pouzdanost automatske uspo-stave veze ostvarena je preko trostruke tran-smisije ALE podataka, interlivinga, kao i korisćenjem Golejevog koda za korekciju.
Automatizovani HF radio podleže standardu MIL-STD-188-141A, sto se, u stvari, odnosi na ALE standard. Ratifiko-vana je nova verzija standarda poznata kao MIL-STD-188-141B iz 1998. godi-ne. U dodacima ovom standardu, Appendix A definise 2. generaciju ALE-a, Appendix C definise 3. generaciju ALE si-stema, Appendix D definise VF radio-umrežavanje, Appendix F definise tehni-ke protiv ometanja i interferencije.
Federalnim standardom FS-1045, koji se pojavio 1990. godine definisan je ALE sistem za potrebe vladinih organi-zacija SAD.
Adaptivnost radio-sistema
Adaptivnost radio-sistema može se definisati kao proces povezan sa auto-matskim promenama radnih parametara i/ili konfiguracije sistema, kako bi se od-govorilo na promene i vremenski pro-menljive uslove prostiranja radio-talasa po kanalu i eksternom sumu.
Radi jednostavnijeg razmatranja ra-dio-sistem se može prikazati po slojevi-ma. Svakom sloju mogu se pridružiti od-govarajuće adaptivne tehnike. Adaptivnost radio-sistema može se prikazati po nivoima prikazanim u tabeli 1.
Tabela 1
Adaptivne tehnike i pridruieni nivoi
Nivo Pridodate adaptivne tehnike
Nivo sistema Sistemski nivo upravljanja frekvencijama i kontrola
Nivo mreže Adaptivno rutiranje Kontrola podataka Hendsejking1 Razmena podataka
Nivo linka (veze) Upravljanje frekvencijama i kontrola
Transmisioni nivo Brzina prenosa podataka Talasni oblik signala Zastitno kodovanje Adaptivna kontrola snage Tip antene Dijagram antene
Najniži je transmisioni nivo, koji je odgovoran za fizi~ko kretanje poruke od jedne do druge ta~ke. Iznad njega je nivo veze koji predstavlja „srce“ sistema. Ovom sloju je prvenstveno dodat sistem automatske uspostave veze. Iznad njega je mrežni nivo koji je odgovoran za or-
1 Hendsejking (handshaking) u radio-komunikacijama oznacava proces automatske uspostave radio-veze koji obuhvata razmenu odgovarajućih komunikacionih parametara.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
185
ganizovanje serije radio-uređaja u jednu mrežu. Najvisi nivo je operator ili funk-cija viseg nivoa sistema koja je odgovor-na za generisanje i prijem poruka ili sao-bra}aj podacima.
Adaptivnost transmisionog nivoa
Kad god je to mogu}e adaptivni si-stem treba da radi maksimalnom brzi-nom. Međutim, ako je verovatno}a poja-vljivanja greske ve}a od dozvoljene brzi-na prenosa se snižava. U VF komunika-cijama bira se ona modulacija koja omo-gu}uje maksimalnu brzinu prenosa sa prihvatljivom karakteristikom pojavljiva-nja gresaka.
Metodi adaptivne detekcije i korek-cije gresaka omogu}uju primenu odgova-raju}eg stepena zastite integriteta podata-ka i transmisione sigurnosti. Sema kodi-ranja bira se na osnovu stanja na kanalu. Robustne seme se koriste za kola sa veli-kim poreme}ajima u VF kanalu.
Koncept adaptivne kontrole snage omogu}uje da se upotrebi adekvatna sna-ga predajnika za ostvarivanje maksimal-nog dometa bez izazivanja interferencije unutar željenog prostora. Sistem }e raditi sa minimalnom snagom koja obezbeđuje zadovoljavaju}i prijem i time otežati de-tekciju komunikacije, sto je znacajno sa aspekta elektronske zastite sistema.
Adaptivno podesavanje nule podra-zumeva da glavni lob dijagrama zracenja antene bude usmeren u pravcu dobrog prijema. Adaptivne antene koriste tehni-ke podesavanja nule (null-sterring), tako da mogu pozicionirati glavni lob u prav-cu željenog signala (beam steered array) i/ili da drže nulu u pravcu izvora suma (null-steered array). Jedna od tehnika za
redukovanje efekta suma može biti podesavanje nule u dijagramu prema neže-ljenom signalu, kako bi se redukovala neželjena dejstva.
Adaptivnost nivoa veze
Izvestaj CCIR 899-1 (1986) sugeri-se tri stepena za implementaciju upra-vljanja VF frekvencijama, a to su: dugo-rocna prognoza, kratkorocna prognoza i srednjorocna prognoza. Frekvencija za specificne poruke bira se na nivou adap-tivnosti veze. Primopredajnik mora prati-ti promene propagacije frekvencije za-snovane na informaciji analize procene kanala u realnom vremenu (real-time-channel-evaluation - RTCE), kako bi se odredio najbolji kanal za transmisiju poruke. RTCE automatski prikuplja infor-macije koje omogu}uju da se u prijemni-ku podesi skaniranje frekvencije u skladu sa prikupljenim informacijama, kroz pa-sivne ili aktivne tehnike monitoringa sao-bra}aja, sondiranja, polinga, itd. Jednom određena lista može se preformirati uzi-maju}i u obzir efekte slede}ih karakteri-stika: slabljenje puta, sum, interferencija, visestruko prostiranje (multipat), feding, disperzija, Doplerov pomak, zahtevi ko-risnika.
RTCE je proces merenja pogodnih parametara u grupi komunikacionih ka-nala u realnom vremenu. Koriste}i tako dobijene podatke kvantitativno se opisu-ju stanja tih kanala i mogu}nosti propu-stanja date klase, ili klasa, komunikacio-nog saobra}aja.
Sondiranje jonosfere je proces testi-ranja transmisionog medija za kratkotraj-ne potrebe. Sondiranje pruža aktuelne in-formacije o karakteristikama prostiranja
186
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
preko vertikalne putanje (pravac iznad zemlje) i kose putanje (pravac duž aktu-elne komunikacione putanje).
Kanal se nadgleda u pogledu zauze-tosti - zagusenja (congestion) i na osno-vu toga se određuje da li je moguć pre-nos poruka i obavljanje saobraćaja.
Analiza, aplikacija i sposobnost da se odgovori na RTCE informaciju sastav-ni su deo svakog adaptivnog nivoa. To implicira automatizaciju (mikroprocesor-sku kontrolu) adaptivnih procesa koji su upotrebljeni u radiju ili kontroleru siste-ma. Sveobuhvatno upravljanje frekvenci-jom sistema trebalo bi da ima:
- sve oznacene radne frekvencije;
- vise i niže nivoe snage;
- razlicite tipove antena;
- određeni modem i parametre brzi-ne prenosa podataka.
Adaptivnost nivoa mreže
Rutiranje je definisano kao proces određivanja transmisione putanje poruke kroz mrežu kako bi se omogućilo da poruka stigne u njenu destinacionu tacku.
Postoje dva važna algoritma rutira-nja - deterministicki i adaptivni. Deter-ministicki, ili algoritam fiksnog rutiranja, ostvaruje rutiranje poruka zasnovano na topologiji mreže, srednjem kasnjenju poruke ili na oba kriterijuma. Strategija adaptivnog rutiranja zasnovana je na cen-tralizovanim ili raspodeljenim semama za slanje poruka koje su zasnovane na kriterijumima koji obicno nisu fiksirani po vremenu. Putanja poruke određena je tokom njene transmisije, i prilagođava se tekućem saobraćaju ili uslovima u mreži kao sto su prekidi cvora ili linka.
Adaptivno rutiranje je proces rutiranja poziva zasnovan na uslovima u mre-ži. Odluka o rutiranju može doći od posi-ljaoca, može biti dinamicka, tako da sva-ki cvor odlucuje o rutiranju, ili može biti zasnovana na instrukcijama datim iz cen-tralizovane tacke kao sto je kontrolna stanica mreže.
Neograniceni tok (saobraćaj) poruka u mreži može dovesti do zagusenja. Sma-tra se da je mreža zagusena kada se poruke cekaju duže od ocekivanog kasnjenja. Zagusenje mreže može dovesti do zastoja u kojem nema toka poruka. Neocekivana razlika brzina dolaska poruka u mreži može dovesti do zagusenja.
Kontrola mrežnog toka je mehani-zam za raspodelu saobraćaja podjednako među mrežnim cvorovima. Primarna na-mena protokola jeste da uspostavi urednu razmenu informacija među procesima i da efikasno upravlja resursima mreže. Protokoli upotrebljeni u sistemu mogu biti fiksni ili adaptivni, zavisno od stanja u kanalu.
Adaptivnost nivoa sistema
Nivo sistema odnosi se na sposob-nosti koje omogućuju multimedijalne ko-munikacije, a to su: sistemski nivo upra-vljanja frekvencijma, kontrola, određiva-nje stresnih uslova i određivanje perfor-mansi veze.
Funkcije viseg nivoa upravljanja si-stemom obuhvataju: interfejs operatora, regulisanje redosleda poruka, određiva-nje prioriteta poruka - paketa, krajnji cilj kontrole toka poruka, kontrolu memori-sanja i slanje poruka. Memorisanje i sla-
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
187
nje poruka omogućuje da se poruke za-drže dok se ne stvore povoljniji uslovi za njihovo slanje.
Principi automatske
uspostave veze
Operator bira individualne adrese za pozivanje i nakon toga uklju~uje sistem, koji automatski:
- selektuje najbolji programirani ka-
nal,
- određuje raspoloživost selektova-nog kanala,
- predaje sekvencu sa adresama,
- automatski prima potvrdu uspostave veze (hendsejking),
- blokira prigusiva~ suma (skvel~),
- omogućava korisniku po~etak ko-munikacije,
- nadgleda aktivnosti sistema,
- po zavrsetku komunikacije vraća sistem na mod skaniranja (posle određe-nog vremena ili po komandi korisnika).
Kontroler za automatsku uspostavu veze daje podatke radiju da podesi odre-đene frekvencije i predaje ili nadgleda rad (prima na selektovanoj frekvenciji) u određenom periodu. Ako su ALE tonovi primljeni kontroler prekida produkciju re~i i određuje da li je poruka, ili poziv, za njegovu stanicu ili za individualne sta-nice, ~lanove mreže, grupe ili govorni poziv. Ako primljeni poziv nema adresu prijemne stanice tada kontroler daje ko-mandu radiju da nastavi skaniranje.
Drugi korak ovog procesa jeste da se odredi ko je pozvao i da se pripremi odgovor na poziv. Zavisno od tipa pozi-va, pijemna stanica će odgovoriti na zah-tev i, ako je potrebno, snimiti neki speci-fi~ni podatak.
ALE protokol za individualni poziv rastavljen je u tri dela. TO deo poziva, sadrži pozivni znak stanice koja je po-zvana (TO MB04) i pozivni znak poziva-juće stanice (TIS BA01). Poziv potvrđuje pozvana stanica (TO MB04, TIS MB04), a uspostavu veze pozivajuća stanica (TO MB04, TIS BA01).
TO MB04
Sl. 3 — Princip automatske uspostave veze (TO i THIS IS2 su standardne ALE re~i)
Pozivajuća stanica emituje poziv ~i-ja je dužina podesena sa brojem raspolo-živih kanala, tako da poziv može biti pri-mljen od pijemnika koji skanira. Ako pozivanje nije uspesno formira se drugi poziv na sledećem kanalu. U ALE sistemu može biti memorisano vise takvih skani-rajućih lista.
Kada se veza uspostavlja, ALE re~i se kombinuju u ALE ramu, koji je pode-ljen u sekcije. Kompletna automatska us-postava veze sa~injena je od tri takva rama. Prvopozivajuća stanica emituje pozivni ram, zatim pozvana stanica odgo-vara (odzivni ram), nakon toga pozivaju-
2 TO predstavlja direktnu destinaciju za individualni ili mrežni poziv, THIS IS (TIS) predstavlja identifikaciju predajnika, zavrsetak signala i nastavak protokola.
188
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
ća stanica daje potvrdu prijema odzivnog rama i predaje odgovarajući ram poziv-noj stanici. U tom trenutku radio-kanal je uspostavljen.
Stanica se identifikuje preko poziv-nog znaka koji ima maksimalno 15 ka-raktera, koji predstavljaju kombinaciju slova A do Z i cifara 0 do 9.
Proces koji je upotrebljen za uspo-stavu radio-kanala i uskla|ivanje komu-nikacionih parametara izme|u dve stani-ce naziva se hendsejking (handshaking). Posle uspostave veze operator može da komunicira govorom, podacima ili poru-kama koje se automatski prikazuju na displeju, (Automatic Masage Display, AMD). Ove kratke poruke su memorisa-ne i veoma se brzo predaju i ispisuju na displeju radija. Pored navedenog ALE obavlja povezivanje poruka koje mogu biti podaci tekstualne poruke (Data text Message - DMT) i blokovi podataka (Data Block Mode - DBM). Veza može biti prekinuta sa jednog dela (kraja) ili se može prekinuti u nedostatku aktivnosti jedne strane. Veza je prekinuta slanjem poruke THIS WAS (TWAS) drugoj stanici. Osnovni ALE proces je slican za govorni poziv operatora. ALE kontroler je dizajniran da „slusa“ ove tonove i mo-že da ih prepozna i u znatnom prisustvu suma. Veza može biti uspostavljena i u uslovima kada su govorne komunikacije pogorsane ili su veoma lose.
Da bi se minimiziralo vreme uspostave veze, ALE procenjuje kvalitet veze preko transmisione putanje. Sekvence unutar kojih se poziva zavisiće od aktuel-nog kvaliteta radio-kanala, pa je moguće da se kvalitet radio-kanala memorise za svakog ucesnika. Informacija o kvalitetu radio-kanala obezbeluje se tokom proce-
sa slusanja poziva koji se salju u progra-miranim intervalima, i odrelivanjem nji-hovog kvaliteta prijema, LQA.
ALE radio-prijemom dobija LQA rezultate od drugih stanica. Po drugom metodu LQA rezultat dobija se putem bi-direkcionog sondiranja, a po trećem metodu tokom procesa uspostave veze.
Tabela 2
Pojednostavljena LQA matrica za stanicu BA01
Adrese Kanali
01 02 04 14 20
BA02 60 33 12 01 23
MB03 10 - 40 21 45
MB04 21 00 00 86 78
MB05 - - 29 52 63
U tabeli 2 kanali predstavljaju pro-gramirane frekvencije, a brojevi u matri-ci su rezultati ocene kvaliteta kanala. Na primer, ako operator želi da sa stanice BA01 pozove ucesnika MB04, radio će poslati poziv po kanalu 14 koji ima naj-visi LQA rezultat.
Kada se želi pozvati veći broj ucesnika u mreži radio bira kanal sa najbo-ljom srednjom vrednosću LQA rezultata. Tako će za pozivanje svih ucesnika u mreži biti odabran kanal 20.
Primena tehnike automatske uspostave veze kod taktičkih radio-uređaja
Prema podacima firme Haris modu-larni tip ALE-a, koji je ugralen u primo-predajnik RF-56122r/t(E) kompatibilan je sa RU AN/PRC-138, RF-58000H ili RF-7210, i namenjen je za takticke radio-mreže.
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2004.
189
Tabela 3
Osnovne karakteristike ALE
Kanali 100 simpleksnih i/ili po-ludupleksnih
Frekvencijski opseg 1,6 do 29,999 MHz
Modovi USB, LSB, FSK, CW, prenos podataka i digita-lizovanog govora
Skaniranje do 5 kanala u sekundi
Skanirani kanali do 100
Selektivno pozivanje individualno, mrežno, opsti poziv
Izbor kanala automatski ili rucno
Hendsejking trostrani za individualni, mrežni ili opsti poziv
Ostalo digitalno skvelc, slusanje pre predaje (samo za ALE saobraćaj) i kljuc za pozivanje
Adrese format do 15 alfanume-rickih karaktera
Sopstvene adrese 20 sopstvenih; 20 mre-žnih i 200 individualnih
Signalizacija modulacija 8FSK sa kon-tinualnom fazom
Simbolska brzina 125 Bd
Bitska brzina 375 bit/s
Kodiranje Golay FEC, 2/3, interliving
Ciklus poziva 1 s do 79 s (zavisno od tipa poziva, skaniranih kanala i dužine pozivnog znaka)
Karakteristike adaptivnih
radio-sistema
Osobine adaptivnih sistema mogu se grupisati u osobine koje su pridružene na porastu nivoa automatizacije i one koje povećavaju sposobnosti radija da se adaptira na promene uslova prostiranja VF talasa. Potpuno adaptivni VF sistemi rade pod kontrolom mikroprocesora, sa inkorporiranom automatizacijom za sve teske funkcije koje obavlja operator radio--uredaja.
Znacajne osobine adaptivnog VF radija su:
- pogodan je i ekonomican za ko-munikacije na velikim rastojanjima;
- automatski bira najbolje radne fTek-vencije;
- automatski uspostavlja, održava i prekida vezu;
- automatski se prilagodava na uslo-ve prostiranja talasa;
- automatizacijom je znatno olaksan rad operatora na sistemu, koji obuhvata programiranje uredaja i nadgledanje njego-vog rada. Ostale funkcije se odvijaju auto-matski pod kontrolom mikroprocesora;
- primenom frekvencijskog skaka-nja sistem postaje otporan na ometanja i interferencije;
- VF radio-mreža se lako integrise sa drugim tipovima mreža primenom od-govarajućih protokola i interfejsa;
- omogućuje automatsku konekciju na komercijalne sisteme kao sto su tele-fonska mreža, Internet, satelit, pa se time prakticno eliminisu ogranicenja dometa;
- omogućuje zastitu informacija i prenosa;
- ima malu verovatnoću presretanja signala (Low Probability of Interception -LPI) koja se ostvaruju optimalnim izborom frekvencije i izlazne snage, izborom odgo-varajuće brzine i modulacije signala modema, i primenom zastitnog kodovanja.
Uporedna analiza adaptivnih i
konvencionalnih radio-sistema
Primena adaptivnih radio-sistema veoma je znacajna za vojne potrebe, a mo-gućnosti primene u funkcionalnim sistemi-ma sagledavaju se analizom njegovih osobina.
Automatski i adaptivni radio-sistemi imaju znacajne karakteristike koje kon-vencionalni radio-sistemi nemaju. Sa sta-
190
VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2004.
novista primene u funkcionalnim siste-mima najznacajnije su one osobine koje obezbeđuju komunikacionu sigurnost (Communication Security - COMSEC), transmisionu sigurnost (Transmission Security - TRANSEC) i malu verova-tnoću presretanja signala - LPI.
Zastita informacija, bilo da su u pita-nju govorni signali, podaci ili slika vrsi se primenom odgovarajućih sistema enkripcije (šifrovanja)3, s tim da se govorni signal pret-hodno obrađuje u vokoderu. Zastita prenosa prvenstveno se ostvaruje primenom fre-kvencijskog skakanja, gde se frekvencija radio-sistema menja rapidno u skladu sa pseudoslucajnim nizom, sa brzinom od 10 do 20 skokova u sekundi. Kod adaptivnog skakanja brzina je prilagođena uslovima prostiranja u kanalu. Za rad se biraju najbo-lje frekvencije iz određenog skupa frekvencija.
Primenom snažnih kodova za detek-ciju i korekciju gresaka, zavisno od uslo-va prostiranja u kanalu, znatno se elimi-nisu smetnje i ometanja tokom prenosa.
Interferirajuće smetnje eliminisu se primenom excision filtera.4
Analiza uslova koji su potrebni za uspostavu radio-komunikacije ukazuje na potreban kvalitet kanala za uspesnu uspostavu veze. Prema podacima u tabeli 3 može se videti da se uspostava veze kod
3 Jedan tip sistema upravljanja kljucevima je javni krip-tografski ključ (Public cryptography key). Prema ovom stan-dardu svaki korisnik generise dva ključa. Jedan je javni ključ, Y, a drugi je privatni ključ X. Kljuc Y izveden je iz ključa X. Snaga takvih sistema leži u teskoći izvođenja X od Y; sto je si-frovano Y ključem može da se dekriptuje samo X ključem. Ovaj sistem naziva se asimetrični sistem ključeva. Na drugoj strani je simetrični sistem ključeva, u kojem se koristi isti ključ za enkripciju i dekripciju.
4 Adaptivni excision filter — tehnika obrade signala koja poboljsava transmisiju podataka. Ona potiskuje uskopojasnu interferenciju na ulazu demodulatora i redukuje efekte „koc-hannel“ interferencije.
adaptivnih sistema 2. i 3. generacije mo-že izvrsiti i pri relativno malom odnosu signal/sum. Kod konvencionalnih radio-sistema, posebno za prenos podataka ili rad printerskom telegrafijom, za zadovo-ljavajući kvalitet signala na prijemu potreban je odnos S/N veći od 12 dB.
Vreme uspostave veze
Kod konvencionalnih VF radio-sistema vreme uspostave veze zavisi od brzine otpravljanja (npr. Morzeovih znako-va ili teleprinterskih signala) i propisane procedure obavljanja saobraćaja.
Tabela 4
Verovatnoca uspostave veze u 2G i 3G ALE sistemima
Odnos signal/sum (dB) u radio-kanalu B=3 kHz
Verovatnoća uspostave veze (Pv) Kanal sa Gausovim sumom Modifiko- vani CCIR dobar kanal Modifi-kovani CCIR los kanal
> 25% -2,5 +0,5 +1,0
> 50% -1,5 +2,5 +3,0
> 85% -0,5 +5,5 +6,0
> 95% 0,0 +8,5 +11,0
Multipat (ms) 0,0 0,52 2,2
Doplerov po-mak (Hz) 0,0 0,10 1,0
Podaci dati u tabeli 4 pokazuju da se uspostava veze sa ALE sistemima 2. i 3. generacije može ostvariti sa verovatno-ćom > 95% pri odnosu S/N = +8,5 dB.
Na primer, u slu~aju konvencional-nog sistema gde se komunikacija obavlja Morzeovom telegrafijom, pri brzini ot-pravljanja oko 100 karaktera u minuti R = 1/T; = 1/5-10-2 elementarnih znakova/s.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
191
Pretpostavlja se da se tekst u proseku sastoji od jednog dugog i dva kratka elementa, sto je ukupno 7Ti po karakteru a razmak između karaktera je 3Ti. Traja-nje poziva Tpoz = 16,8 s, a trajanje odziva dužim postupkom Todz = 18,5 s. Ukupno vreme uspostave veze sa jednim ucesni-kom iznosi Tu = 35,3 s.
Iako je pretpostavljena velika brzina predaje znakova, vreme za uspostavu veze je relativno dugo. Kod konvencionalnih sis-tema se nakon uspostave veze vrsi legi-timisanje ucesnika (provera identiteta), sto traje duže od uspostave veze sa ucesnikom. Na sve to treba dodati i vreme n x Tu, gde je n broj ucesnika u mreži.
Uspostava veze u adaptivnim siste-mima ostvaruje se za 3 do 4 s, zavisno od stanja u kanalu. Veza se ostvaruje po najboljem VF kanalu, pa je i ostvareni kvalitet veze najbolji.
Vreme otpravljanja poruke
Razmotriće se slucaj otpravljanja tekstualne poruke sa oko 2000 karaktera, sto odgovara jednoj stranici teksta formata A4.
Konvencionalni radio
Morzeovom telegrafijom Tpred * 20 minuta (pri brzini otpremanja 100 karak-tera/min, sto je prakticno velika brzina otpravljanja).
Teleprinterom R = 50 Bd, Tpred* 5 munuta.
Napredni radio-sistemi
Terminalom, koji radi brzinom R = 2400 b/s, Tpred * 7 do 10 s.
Zakljucuje se da je vreme predaje poruke Morzeovom telegrafijom i tele-printerom dugo, sto je veoma nepovoljno sa stanovista elektronske zastite sistema.
Povećanjem brzine prenosa skraćuje se vreme predaje poruke, a time i vreme zracenja predajnika.
Adaptivnost radio-sistema doprinosi njegovoj elektronskoj zastiti, jer smanju-je mogućnost presretanja, detekcije i ometanja signala.
Uspostava veze kod 3G ALE siste-ma vrsi se na fiksnoj frekvenciji, koja je u blizini radne frekvencije. To je sinhroni nacin uspostave veze.
Mala verovatnoća presretanja signala zasniva se na predaji koja se vrsi u si-rokom opsegu ucestanosti, a promene se vrse po pseudoslucajnoj zakonitosti koja je poznata prijemniku.
Konvencionalni radio-sistemi preda-ju obavljaju na fiksnoj frekvenciji, pa se lako vrsi presretanje signala. Napredni sistemi skacu sa jedne na drugu frekven-ciju adaptivno, 10 do 20 skokova/s, pa je verovatnoća presretanja signala mala.
Mala verovatnoća detekcije signala (Low Probability of Detection - LPD) ostvarena je brzom predajom poruka u si-rokom opsegu ucestanosti. Proces obavlja-nja saobraćaja i predaja poruka kod konven-cionalnog radija relativno dugo traju, pa je verovatnoća detekcije signala veća. Kod na-prednih sistema predaja poruka i procedura obavljanja saobraćaja traju kratko, pa je verovatnoća detekcije signala mala.
Zaključak
Automatski i adaptivni VF radio-si-stemi, ili napredni sistemi radio-komunika-cija, veoma su znacajni za primenu u funk-
192
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
cionalnim radio-komunikacijama. Omogu-ćuju brze i pouzdane radio komunikacije na velikim rastojanjima. Konvencionalni sistemi radio-komunikacija imaju mnogo slabosti koje ograni~avaju njihovu upotre-bu, i ne zadovoljavaju potrebe u slu~aju elektronskog rata. Pri promenljivim uslo-vima prostiranja VF radio-talasa, uticaju {uma i smetnji, pouzdan prenos govora, sl-ika ili podataka (multimedijalni prenos) omogućuju adaptivni VF radio--komunikacioni sistemi.
Pridodate adaptivne tehnike dopri-nose maloj verovatnoći presretanja i maloj verovatnoći detekcije signala. Tome, pre svega, doprinose adaptivni iz-bor izlazne snage, izbor odgovarajuće modulacione seme, automatsko uspos-tavljanje veze, velika brzina prenosa kao i prenos sa frekvencijskim skakanjem.
Naprednim sistemima radio-komunikacija upravljaju mikrokontroleri na bazi određenih protokola i standarda. Te funkcije objedinjene su u ALE kontrole-rima.
Da bi sistem uspesno funkcionisao neophodna je pouzdana informacija o stanju u kanalu RTCE, na osnovu koje se bira najbolja frekvencija za radio-komu-nikaciju.
Adaptivni VF sistemi pogodni su za komunikacije u pokretu, u sistemima brod-brod (kopno), kopno-vazduh, kop-no-kopno.
Radio-mreže bazirane na adaptiv-nim sistemima omogućuju integraciju sa drugim tipovima mreža, LAN, WAN i mrežama zasnovanim na TCP/IP proto-kolima.
Automatizacijom je povećana pou-zdanost VF sistema, a obuka operatora je pojednostavljena.
Adaptivni sistemi veoma su otporni na elektronska dejstva, obezbeđuju dobru komunikacionu i transmisionu sigurnost, pa su pogodni za primenu u funkcional-nim sistemima radio-veza na većim uda-ljenostima.
Automatski i adaptivni sistemi pri-menjuju se za potrebe vladinih organiza-cija, vojne potrebe, za miliciju, a sve vise ih koriste i radio-amateri.
Literatura:
[1] MIL-STD-188-141A, Interoperability and Performance Standards for Medium-and High-Frequency Radio Equipment.
[2] Federal Standard 1045A, HF Radio Automatic Link Establishment.
[3] Radio Communications in the Digital Age: Volume one. HF Tehnology, Harris Corporation, 2000.
[4] Sklar, B.: Digital Communications, Fundamentals and applications, Prentice-Hall, 1988.
[5] Nedeljković, Lj.: Osnovi radio tehnike, Beograd, 2000.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2004.
193
