CC BY
88УДК 621.396.9 ГРНТИ 49.31.01
МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАДИОЛИНИИ ТРОПОСФЕРНОЙ СВЯЗИ С МАЛОГАБАРИТНЫМИ СТАНЦИЯМИ ТРОПОСФЕРНОЙ СВЯЗИ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Н.Н. ПЛОТНИКОВ
310 военное представительство МО РФ (г. Санкт-Петербург)
Д.О. ПЕТРИЧ, кандидат технических наук
Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (г. Санкт-Петербург)
Представлена аналитическая модель функционирования радиолинии, образованной малогабаритными станциями тропосферной связи военного назначения. Входные данные получены с использованием программного имитатора многолучевого канала. Модель описывает динамику реакции контроллера рабочих режимов в соответствии с динамикой изменения канала. Выходными данными модели являются данные, на основе которых контроллером рабочих режимов принимается решение о выборе рабочего режима функционирования станции. Разработаны обобщенные алгоритмы формирования и приема сигнала в малогабаритной цифровой станции тропосферной связи, основанные на выделении корреляционных свойств сигнала в потоке неизвестных информационных символов. Предложена схема малогабаритной станции тропосферной связи, учитывающая возможность работы в обычном режиме и в режиме радиоэлектронного подавления.
Ключевые слова: малогабаритная станция тропосферной связи, кодер, декодер, модуляция, параллельный модем, помехоустойчивое кодирование, радиоэлектронное подавление, модель, алгоритм.
THE FUNCTIONING MODEL OF A TROPOSPHERIC COMMUNICATION RADIO
line with small-sized military tropospheric communication sTATIONs
N.N. PLOTNIKOV
310 military representation of the Ministry of Defense of the Russian Federation (St. Petersburg)
D.O. PETRICH, Candidate of Technical sciences
Mozhaisky Military Space Academy (St. Petersburg)
An analytical model of the radio line functioning formed by small-sized military tropospheric communication stations is presented. The input data is obtained using a software simulator of a multipath channel. The model describes the dynamics of the operating mode controller response in accordance with the dynamics of the channel change. The output data of the model is the data on the basis of which the operating mode controller makes a decision on the choice of the operating mode of the station. Generalized algorithms for signal generation and reception in a small-sized digital station of tropospheric communication, based on the allocation of the correlation properties of the signal in the stream of unknown information symbols, have been developed. The scheme of a small-sized tropospheric communication station, taking into account the possibility of working in normal mode and in the mode of electronic suppression, is proposed.
Keywords: small-sized tropospheric communication station, encoder, decoder, modulation, parallel modem, noise-resistant coding, radio-electronic suppression, model, algorithm.
Введение. Разработка малогабаритных станций тропосферной связи отечественными предприятиями промышленности активно началась в середине двухтысячных годов. Результатом ее стало появление малогабаритных станций тропосферной связи (МСТС) «Ладья», «Сосник-4ПМ», «Гроза». Разработанные МСТС обеспечивают высокий уровень энергосбережения, отличаются простотой эксплуатации и относительно низкой себестоимостью. Небольшие массогабаритные характеристики значительно увеличили мобильность станций и расширили диапазон их возможного использования, в том числе и в интересах Вооруженных сил Российской Федерации. Несмотря на довольно высокие эксплуатационные показатели, на сегодняшний день интеграция МСТС в контур управления на различных уровнях архитектуры управления подразделениями при выполнении ими задач по предназначению незначительна. Данный факт обусловлен рядом причин: отсутствием необходимых сертификатов соответствия (отечественная элементная база, проведение специальных исследований и специальных работ и т.д.), позволяющих использовать МСТС для нужд армии, недостаточных технических характеристик (низкая пропускная способность на заданных интервалах связи), отсутствием серийного производства станций и т.д.
Следует отметить, что эффективность использования тропосферных станций для организации связи в интересах армий западных стран неоднократно доказана результатами эксплуатационного мониторинга [1], а возможность их использования в интересах отечественных Ракетных войск стратегического назначения обоснована в [2], поэтому вопросы разработки и модернизации отечественных МСТС приобретают все более значимую актуальность в настоящее время. Высокая мобильность при эксплуатации, отсутствие демаскирующих признаков и минимальное количество персонала обеспечения выгодно выделяют МСТС перед подвижными станциями тропосферной связи. Вместе с тем стоит отметить и относительно невысокую стоимость их производства, по сравнению с теми же спутниковыми станциями связи, что крайне актуально в условиях жестких рамок бюджета Министерства обороны РФ. Не менее важным преимуществом МСТС является возможность значительно уменьшить потребление мощностей до 750 Вт на станцию, что допускает использование выделенных аппаратных, обеспечив размещение компактных станций тропосферной связи на существующих командно-штабных машинах без дополнительной модернизации последних.
Актуальность. Основам развития и применения МСТС в интересах повышения эффективности управления войсками посвящен ряд работ отечественных специалистов. В работе Переломова В.Н. выполнен анализ эффективности применения современных помехоустойчивых средств тропосферной связи [1]. Работа Жумабаева Б.Т., Исабаева К.Ж., Петровского А.А., Ковтуна В.Г. посвящена перспективам развития станций тропосферной связи [3]. Работа Александрова Д.И. посвящена анализу тропосферных станций отечественного производства [4]. Научные исследования, выполненные Чудновым А.М., Макаровым С.Б., Кирик Д.И., посвящены оценке выигрыша в эффективности, который обеспечивается использованием алгоритма управления параметрами и режимом декодирования избыточного кода при использовании канала с нестационарной средой [5]. В работах Ганина Д.В., Гладких А.А., Пчелина Н.А. и Сорокина И.А. исследуются вопросы адаптивной обработки данных в системе мягкого декодирования [6]. Вопросы повышения помехоустойчивости подавления межсимвольной интерференции, характерной для тропосферного канала связи, рассматриваются в трудах Мартышевской Д.А. [7]. Труды Рагузина С.В. посвящены исследованию эффективности функционирования помехозащищенных цифровых тропосферных радиолиний при маневрировании частотным ресурсом [8]. В работах Милютина Е.Р. и Яременко Ю.И. произведена оценка эффективности применения адаптивных алгоритмов в линиях связи с замираниями [9]. Макаренко С.И. при описании модели сети связи специального назначения выделяет важное значение свойств адаптивности к динамике изменений среды [10]. Вместе с тем вопросы управления алгоритмами формирования и приема сигналов в линиях тропосферной
связи изучены недостаточно. Данный факт обусловливает актуальность разработки новых моделей и алгоритмов функционирования МСТС, которые позволят расширить спектр исследуемых характеристик станций связи и сформировать основные направления их совершенствования.
Одним из возможных направлений совершенствования моделей и алгоритмов функционирования МСТС является исследование возможности применения устройства, предназначенного для отслеживания изменений состояний канала и перенастройки основных элементов приемо-передающего устройства в зависимости от сложившихся внешних условий.
Цель работы - разработать модель радиолинии, образованную МСТС, для получения и исследования качественных характеристик МСТС в различных режимах функционирования. Для достижения цели исследования необходимо решить задачу, заключающуюся в совершенствовании моделей и алгоритмов функционирования МСТС в различных внешних условиях обстановки.
Для разработки модели радиолинии, образованной МСТС, необходимо решить ряд частных задач:
1. Разработать структурную схему модели функционирования радиолинии на основе МСТС, в состав которой входит контроллер рабочих режимов.
2. Определить основные входные и выходные данные разработанной модели.
3. Обосновать характеристики сигнально-кодовой конструкции (СКК).
4. Разработать усовершенствованный алгоритм приема сигнала, учитывающий режим функционирования МСТС в условиях преднамеренных помех.
5. Разработать усовершенствованный алгоритм передачи сигнала, позволяющий МСТС осуществлять функционирование в условиях радиоэлектронного подавления и формировать условия для выбора рабочего режима.
6. Исследовать основные результаты применения разработанной модели.
На рисунке 1 представлена структурная схема предлагаемой модели функционирования радиолинии.
МОДЕЛЬ РАДИОЛИНИИ
Операторная схема функционирования радиолинии
Структурная схема формирования и приема сигнала в малогабаритной цифровой станции ТРС
Показывает динамику реакции канала и динамику реакции КРР
Учитывает наличие КРР, отслеживающего изменение состояний канала и перестраивающего кодер и демодулятор
Выбор рабочего режима контроллером рабочего режима
Р
Рисунок 1 - Модель функционирования радиолинии тропосферной связи с малогабаритными станциями
тропосферной связи военного назначения
Модель радиолинии включает в себя следующие структурные элементы:
1. Операторная схема функционирования радиолинии.
2. Обоснование характеристик СКК (модема).
3. Структурная схема малогабаритной станции тропосферной связи.
4. Спектр формируемого сигнала.
5. Алгоритм формирования сигнала.
6. Алгоритм приема сигнала.
Красным цветом на рисунке 1 обозначены новые элементы, которые не рассматривались в моделях радиолиний, разработанных ранее.
Входными данными модели являются значения отношения сигнал/шум ^КК) в зависимости от состояния канала, полученные при помощи программного имитатора многолучевого канала, выполненного по модели Ваттерсона-Джонсона в соответствии с рекомендацией Пи-Я F.1487 и с учетом особенностей канала тропосферной связи.
Несмотря на то, что данные рекомендации создавались для канала декаметровой радиосвязи, в котором имеют место самые сложные условия распространения сигнала, данный имитатор может использоваться для моделирования канала ТРС. Данный факт подтверждается совпадением данных, полученных при использовании имитатора, и данных, полученных по результатам трассовых испытаний МСТС «Ладья» (Р-444) [17], и в первом, и во втором случае среднее значение SNR составило 10,2 дБ. Текущее же значение SNR изменялось от 6 до 17 дБ (при использовании одной полосы/субполосы). Программный имитатор разработан специалистами АО «НПО «Импульс» для использования при эскизно-техническом проектировании систем и изделий, разрабатываемых по заказам Министерства обороны РФ. Ввиду многообразия типов моделируемых каналов для моделирования выбирались наиболее и наименее благоприятные варианты, такие как канал с аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ) и канал с наличием замираний соответственно. Параметры многолучевого канала для малогабаритной станции тропосферной связи для открытого интервала определены в [15, 16] в результате трассовых испытаний аналогичных радиостанций с той же полосой и видом модуляции.
Выходными данными модели являются варьируемые параметры, на основании которых контроллер рабочего режима (КРР) принимает решение по выбору режима работы. Под режимом следует понимать вектор (1):
(1)
где е{1,...,1б} - текущее число рабочих субполос; к1 (?) - текущая кратность модуляции в /-той субполосе; Д (0 - текущая скорость помехоустойчивого кодирования.
Искажения сигнала в субполосе а будем определять следующим вектором (2):
а =
(ждли/л.)
(2)
где ) - среднее отношение сигнал/шум; И^ - число субполос; - частотное
растекание; пгау - задержка между лучами в соответствии с принятыми в международных
рекомендациях определениями [11-14].
В различных субполосах данные параметры одинаковы. Они определяют для различных субполос одинаковые статистические характеристики процесса девиации уровня сигнала вследствие медленных и быстрых замираний, а также размытия его спектра из-за неоднородностей тропосферы. Однако, в различных субполосах данные процессы полагаются не
коррелированными. Скорость передачи & в таком случае будет зависеть от а , [3(1) вероятности ошибки на бит pd .
Перейдем к структурным элементам модели. Операторная схема функционирования радиолинии представлена на рисунке 2.
Станция А
Демодулятор Б
Станция Б
qАБ )
КРР Б
4- Ра«)
Рисунок 2 - Операторная схема функционирования радиолинии
Описание операторной схемы функционирования радиолинии:
1. В радиоканал из станции «А» к станции «Б» поступает сигнал 84Б(1), который вследствие искажения в радиоканале изменяет свое состояние до Л'(/. (7).
2. Демодулятор «Б», обработав и оценив полученный сигнал , передает информацию, сформулированную как функция качества дАБ ) в КРР «Б».
3. КРР станции «Б» по результатам обработки функции качества ¿7^(0 определяет рабочий
режим Д,(7), для КРР «А» станции «А» и направляет сигнал , {I) станции «А».
4. В радиоканале на сигнал могут воздействовать, помимо естественных помех, преднамеренные помехи. Источником данных помех в силу особенностей формирования радиолинии может выступать объект противника - коптер (мини беспилотный летающий объект). На схеме обозначен, как «Станция РЭП», где СПРП-система принятия решения на подавление, КП-канал подавления, КР-канал разведки.
5. На приеме в станции «А» искаженный сигнал sба ) поступает в демодулятор станции «А», который осуществляет те же функции, что и демодулятор станции «Б», только по отношению к сигналу s ба ). Выходными данными демодулятора станции «А» является функция качества ^ (?).
6. На основании функции качества дБА(£) КРР А определяет режим работы для станции «Б» - РБ (I ).
7. Происходят действия, указанные в пункте 1 данного описания.
Следующим структурным элементом модели является структурная схема формирования и приема сигнала в малогабаритной станции тропосферной связи военного назначения.
На рисунке 3 представлена структурная схема малогабаритной станции тропосферной связи.
Оконечное оборудование данных (ООД), обозначенное как источник и получатель сообщений, посылает и принимает в станцию ТРС последовательность бит.
В режиме защиты от радиоэлектронного подавления (ФМ ШПС) на данную последовательность генератор ПСП производит наложение псевдослучайной последовательности суббит, следующей со скоростью в B раз большей, чем последовательность информационных бит. Для синхронизации генераторов ПСП на передаче и приеме используется система единого времени (СЕВ) собственная или заимствуемая (ГЛОНАС, GPS и проч.). В данной работе способы реализации СЕВ не рассматриваются. В обычном режиме генератор ПСП не используется.
Далее поток суббит (для режима ФМ ШПС) или поток бит (для обычного режима) поступает в перемежитель (mapper) бит по детерминированному правилу, обеспечивающий их передачу в различных субполосах и в различные моменты времени. Перемежитель формирует из общего потока бит (суббит) параллельные потоки бит в соответствии с текущим делением на субполосы, подканалы и циклы передачи, останавливает (буферизирует) входной поток при переключении режимов передачи и приема в режиме временного разделения направлений передачи «time division duplex» (TDD). Обычно перемежитель представляет собою прямоугольную матрицу с размером, изменяющимся в зависимости от скорости передачи, базы сигнала и числа подканалов. Эти изменения определяются при выборе режима работы контроллером режима работы - в структурной схеме обозначен красным цветом. Определение качества приема в выбранном режиме работы контроллер режима работы производит на основании полученных от демодулятора функций качества. Это является одной из отличительных особенностей данной модели.
сообщений -► Перемежитель -► Кодер V Модулятор Передатчик
Контроллер режима работы
Получатель сообщений
Деперемежитель
Генератор ПСП
Декодер
Демодулятор
Приемник
Рисунок 3 - Структурная схема формирования и приема сигнала в малогабаритной цифровой станции ТРС
военного назначения
В кодере реализуются скорости помехоустойчивого кодирования R=1 (без кодирования), 0,5 и 0,25. Используются только блоковые коды. Максимальный размер блока ограничивается количеством посылок в цикле передачи одной субполосы (20 тыс.), умноженным на кратность модуляции. В различных субполосах кодирование выполняется независимо. В зависимости от числа используемых субполос и скоростей передачи в них контроллер режима работы управляет выбором скорости кодирования. Поток бит с выхода кодера поступает на вход модуляторов.
Реализуется ОФМ модуляция кратности 1, 2, 3 и 4. Контроллер режима работы управляет выбором кратности модуляции. На выходе модулятора формируется полосовой сигнал с шириной спектра 100 МГц. В нем в соответствии с текущей помехо-сигнальной ситуацией используются от 1 до 16 из 20 субполос. 4 полосы из 20 будут являться запасными, т.к. по результатам натурных испытаний МСТС «Ладья» в 20 % случаях наблюдались замирания. Полоса 100 МГц выделяется для организации связи двух абонентов. Поскольку ширина диапазона станции ТРС 600 МГц, возможна организация до 6 попутных радиолиний (рисунок 4).
Рисунок 4 - Спектр формируемого сигнала
Далее сформированный сигнал поступает на вход передатчика, где переносится возбудителем в ВЧ область от 4,4 до 5 ГГц, усиливается до номинальной мощности и через фидер поступает на антенну.
В соответствии с представленным описанием обобщенный алгоритм формирования сигнала в малогабаритной цифровой станции тропосферной связи можно представить в виде блок-схемы (рисунок 5).
На приеме сигнал от антенны поступает через фидер на приемник, где digital down converter (DDC) переносит его в низкочастотную (НЧ) область, где происходит дискретизация НЧ сигнала, в результате которой два потока синфазных /(А/*/) и квадратурных 0(А1»/)
составляющих поступают на вход демодулятора (3) S(At'i) = I(At»i)'Cos(a)0t)-O(At»i)'sm(co0t),
■ t 1 где i - индекс шага дискретизации, fd = — - частота дискретизации.
S(At'i) = I{At*i)*cos{co0t)-O{At*i)*sm{co0t),
(3)
• / 1 где I - индекс шага дискретизации, =--частота дискретизации.
А/
Интересным техническим решением является заимствование в реализации приемника оригинального алгоритма синхронизации и демодуляции принимаемого сигнала [17]. Алгоритм основан на выделении корреляционных свойств сигнала в потоке неизвестных информационных символов. Покажем это на примере ОФМ-4.
При идеальной синхронизации функция качества к/(А1*1) по синфазной квадратуре сигнала, отмеченная на рисунке 6 сплошной жирной красной линией, примет максимально возможные значения при максимальном расхождении - минимально возможные. Пусть это будут значения 1 и 0. Аналогично определяется функция качества Ос/(А/»1). Если для проверки гипотезы о том, что синхронизация установлена на данном отсчете правильно, мы сложим значения функций качества всех 20000 посылок цикла передачи по синфазной и квадратурной составляющим, то суммарная функция качества достигнет значения 40000. Если гипотеза неверна, то ее значения будут маленькими. Данный принцип можно использовать как для
синхронизации по времени, так и для синхронизации по частоте. Это поиск начала цикла передачи и поиск смещения сигнала из-за эффекта Доплера и расхождения опорных генераторов станций, соответственно. При использовании СЭВ и после установления соединения при отсутствии СЭВ нет необходимости производить полный перебор гипотез о смещении сигнала по времени и частоте. Достаточно исследовать область допустимых смещений, определяемую характеристиками данного канала.
Рисунок 5 - Блок-схема обобщенного алгоритма формирования сигнала
О(Ш)
1(Ш)
Рисунок 6 - Определение функции качества: для ОФМ-4 по синфазной составляющей
После решения задач синхронизации демодулятор выделяет поток бит и отправляет его в декодер, который за счет избыточности передаваемого потока обеспечивает исправление ошибок в нем. Используются каскадные коды Рида-Соломона, позволяющие определять количество исправляемых ошибок в кодовом блоке. Данный параметр является определяющим для принятия решений в КРР (рисунки 2, 3). При отсутствии исправляемых кодом ошибок очевидна возможность увеличения скорости передачи путем выбора большей кратности модуляции, а при использовании наибольшей кратности - переход к увеличению числа рабочих субполос. Данное решение требует изменений режимов работы перемежителя, кодера и модулятора. При этом увеличение числа исправляемых кодом ошибок до максимального значения требует сокращения числа рабочих субполос и снижения кратности модуляции.
С выхода декодера поток бит поступает на деперемежитель и из параллельного превращается в последовательный. После этого он передается получателю сообщений. В режиме защиты от РЭП с принятого потока снимается шифрующая гамма. Кодер и Декодер для данного режима не используются. При демодуляции происходит синфазное наложение посылок, кодирующих суббиты одного информационного бита. При расчете уровня блокирования приемника могут быть использованы зависимости по оценке вероятности ошибки на бит от базы сигнала и энергетике радиолинии, полученные в данной работе. В соответствии с представленным описанием обобщенный алгоритм приема сигнала в малогабаритной цифровой станции тропосферной связи можно представить в виде блок-схемы (рисунок 7).
Интерфейс управления имитатором многолучевого канала в автономном комплексе моделирования представлен на рисунке 8. Имитатор позволяет независимо в 128 каналах определить следующие характеристики (центральное поле, верхняя строка): отношение сигнал/шум SNR, допплеровское растекание спектра сигнала , тип многолучевости пп
ray
определяется количеством лучей nr, максимальной взаимной задержкой лучей х и количеством
замираний в минуту 3 КРР.
Рекомендации ITU-R Report 539, F.520, F.1487 [18] определяют функциональную структуру имитатора многолучевого канала, порядок измерения характеристик модемов при работе с ним, основные типы многолучевости: канал с АБГШ без замираний, Good Chanel, Middle Chanel, Bad Chanel и прочие. Модель Ваттерсона-Джонсона в пакете прикладных программ для технических вычислений MatLab реализует названные типы многолучевости.
Начало
Входной сигнал (от фидера)
Перенос сигнала в низкочастотную область с помощью РРС
Дискретизация низкочастотного сигнала
!(Д1:*1) Ц(Д1:*1) параллельные потоки бит
Демодуляция
сигнала Б(Д1:*1)=!(Д1:*1)* *соз(ш0:)-
Исправление ошибок в потоке бит декодером, подсчет количества ошибок
А
Ошибки есть
Выбор большей кратности модуляции, увеличение числа рабочих субполос
Снижение кратности модуляции, сокра щение числа рабочих субполос
Формирование последовательного
потока бит в деперемежителе
Режим защиты от РЭП (ФМ ШПС)
Обычный режим работы
Выдача потока бит получателю сообщений
Начало
Рисунок 7 - Блок-схема обобщенного алгоритма приема сигнала
Несмотря на то, что данные рекомендации создавались для канала декаметровой радиосвязи, в котором имеют место самые сложные условия распространения сигнала, данная
модель может использоваться для моделирования канала ТРС. Достаточным представляется рассмотрение канала с АБГШ без замираний для радиорелейного режима и канала с замираниями для ТРС с наиболее неблагоприятными параметрами, которые будут определены ниже.
При моделировании на имитаторе использовался параллельный модем на 25-44 подканала с шириной подканала 100 Гц и длиной интервала ортогональности 10 мс. В результате в АБГШ будет обеспечена адекватность помехоустойчивости рассматриваемых модемов. Количество посылок на слоте - 4. Интервал между посылками - 2 мс соответствует заявленному интервалу. Длительность интервалов передачи и приема по 49 мс. Соответственно длительность цикла передачи 100 мс, что в 10 раз больше. Число передаваемых и принимаемых посылок в цикле передачи сокращается с 20000 до 100 при использовании 25 подканалов. Для более достоверного оценивания канала предпочтительным является переход на максимально реализуемое в модели число подканалов - 44 подканала. Это 176 посылок в цикле передачи на передачу и прием. В соответствии с этими цифрами необходимо производить пересчет скоростей передачи. С изменением длительности посылки с 5 мкс до 10 мс соответственно должна уменьшиться и скорость замираний в канале.
Исходя из данных, полученных по результатам натурных испытаний МСТС «Ладья», в среднем при работе станций происходило 8 замираний в секунду [17]. Это соответствует 4 •lO"5 замираний на посылку. Если посылка занимает 10 мс, то это будет соответствовать скорости замираний 4 • 103 замираний в секунду или 0,24 замирания в минуту. В модели по «Рекомендации F.1487» это соответствует границам Good Chanel.
Рисунок 8 - Интерфейс управления имитатором канала и модемов
Расчет вероятности ошибки на различных скоростях производится на основе прогона тестовой последовательности с длиной, репрезентативной для измерения требуемого уровня
ошибки —). На рисунках 9 и 10 показаны графики зависимости вероятности ошибки от
Р
значения SNR для различных рабочих режимов, полученные по результатам имитационного моделирования.
Рош
1.00Е-01
Зависимость Рош отБШ для различным режимов работы в канале с замираниями
1,00Е-02 -
1.00Е-03
1,00Е-04
1,00Е-05
1.00Е-06
\ **"" С >. V " -ч,
\ \ \ N' ■* ч ^ "■с ч Ч N ' ч N. Ч ' Ч ч
4 ч V ч ч ч 4 ч 4 \ ч ч ч ч ч \
—1 I ими \ 4 \ 4 > ч ч "ч ч ч ч
:: \ \ N
1 2 3 4 5 6 7 — 1=(4;0,25;1) --3=(8;0,5;1)
-----6=(8;0,5;2)
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1,5=(8;0,25;1} ......... 2=(4;0,5;1)
-4=(2;1;2) ----6=(8;1;1) БЫК
8=(4;0,5;4) -8=(2;1;4)
Рисунок 9 - Зависимость вероятности ошибки от для различных рабочих режимов в канале с замираниями
Рош
1,00Е-01 ±
1,00Е-02
1,00Е-03
1,00Е-04
1,00Е-05
1,00Е-06
Зависимость Рош от для режимов работы ОФМ-2,4,8; [?=1; 0,5; 0,25; №Ь=1,...,16 в канале с АБГШ
\ \ \ \ \ \ ч \ \ \ \
\| \ 1 \ 1_1 \ \ \ \ г— \ 4 \ \ \ \ \
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
-1=(4;0,25;1)
-----4=(4;0,5;2)
-----16=(4;0,5;8)
1,5=(8;0,25;1) •- 6=(4;0,5;3) 16=(1;1;8)
.........2=(4;0,5;1)
----12=(4;0,5;6)
-18=(4;0,5;9)
Рисунок 10 - Зависимость вероятности ошибки от SNR для различных рабочих режимов в канале с АБГШ
В ходе имитационного моделирования при условии использования 16 субполос, трех вариантов кодирования и трех вариантов модуляции возможно получить до 144 возможных режимов работы, часть из которых представлена на рисунках 9 и 10 под графиками.
Данные режимы определялись с учетом гарантируемой вероятности ошибки на бит в канале Ри пор = . Зная значения варьируемых параметров, определяющих режим работы, можно
посчитать скорость передачи информации, реализуемую в каждом из возможных рабочих режимов.
Скорость передачи, реализуемая рабочим режимом (к, Я, ), будет определяться выражением (4):
^ = ^ ■ Я ■ log2 к.
(4)
В зависимости от скорости, требуемой для выполнения конкретных задач станции, определяется режим. Например, при минимальном приросте скорости в 50, 100, 150 бит производить смену рабочего режима не имеет никакого смысла.
Выводы. В работе представлена новая аналитическая модель функционирования радиолинии, образованной МСТС военного назначения, определены основные входные и выходные данные разработанной модели (входные данные для исследования модели получены с использованием программного имитатора многолучевого канала, выходными данными модели являются данные, на основе которых контроллером рабочих режимов принимается решение о выборе рабочего режима функционирования станции), обоснованы характеристики СКК, разработан усовершенствованный алгоритм приема сигнала, учитывающий режим функционирования МСТС в условиях преднамеренных помех, разработан усовершенствованный алгоритм передачи сигнала, позволяющий МСТС осуществлять функционирование в условиях радиоэлектронного подавления и формировать условия для выбора рабочего режима, исследованы основные результаты применения разработанной модели.
Разработанная модель функционирования радиолинии, в отличие от существующих моделей, учитывает наличие контроллера режима работы (обычный режим и режим радиоэлектронного подавления), отслеживающего изменение состояний канала и перестраивающего кодер и демодулятор, что позволяет определить зависимость динамики реакции канала и динамики реакции МСТС в части выбора режима работы и исследовать качественные характеристики МСТС в различных режимах функционирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Переломов В.Н. Эффективность применения современных помехоустойчивых средств тропосферной связи // Технологии электромагнитной совместимости. М.: Издательский дом «Технологии», 2018. С. 3-9.
2. Плотников Н.Н. Методика расчета состава радиолинии привязки полевого узла связи ракетной дивизии подвижного грунтового ракетного комплекса // Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы создания и эксплуатации вооружения, военной и специальной техники». СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2018. С. 426-431.
3. Жумабаев Б.Т., Исабаев К.Ж., Петровский А.А., Ковтун В.Г. Перспективы развития тропосферной станции от аналоговой до нейронных сетей // Материалы V Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной науки и производства». Рязань: РГРТУ имени В.Ф. Уткина, 2020. С. 3-12.
4. Александров Д.И. Анализ тропосферных станций отечественного производства // Сборник статей Международно-практической конференции «Динамика взаимоотношений различных областей науки в современных условиях». Уфа: ООО «Омега Сайнс», 2018. С. 8-11.
5. Чуднов А.М., Макаров С.Б., Кирик Д.И. Оценка эффективности управления параметрами кода и режимом декодирования при передаче сообщений по нестационарному каналу // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 12 (24). С. 102-111.
6. Ганин Д.В., Гладких А.А., Пчелин Н.А., Сорокин И.А. Адаптивная обработка данных в системе мягкого декодирования // Вестник НГИЭИ. 2016. № 10 (65). С. 15-23.
7. Мартышевская Д.А. Повышение помехоустойчивости высокоскоростной передачи цифровых сигналов с помощью подавления межсимвольной интерференции: диссертация кандидата технических наук: 05.12.04. ВлГУ, 2017. 141 с.
8. Рагузин С.В. Моделирование и разработка помехозащищенных цифровых тропосферных радиолиний с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты: диссертация кандидата
технических наук: 05.13.16., 05.12.13. Ульяновский филиал Военного университета связи, Ульяновск, 1999. 199 с.
9. Милютин Е.Р., Чуднов А.М., Яременко Ю.И. Оценка эффективности применения адаптивных алгоритмов в линиях связи с замираниями // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28. № 8. С. 1602-1605.
10. Макаренко С.И. Описательная модель сети связи специального назначения // Системы управления, связи и безопасности. 2017. № 2. С. 113-164.
11. Рекомендация МСЭ-R P.310-10 (08/2019) Определения терминов, относящихся к распространению радиоволн в неионизированной среде. 7 с.
12. Рекомендация МСЭ-R P.617-3 (09/2013) Методы прогнозирования и данные о распространении радиоволн, необходимые для проектирования тропосферных радиорелейных систем. 12 с.
13. Рекомендация МСЭ-R P.834-9 (12/2017) Влияние тропосферной рефракции на распространение радиоволн. 16 с.
14. Рекомендация МСЭ-R P.1406-1 (10/2007) Эффекты распространения радиоволн, касающиеся наземных сухопутной подвижной и радиовещательной служб в диапазонах ОВЧ и УВЧ. 11 с.
15. Фомин А.Н., Копылов В.А., Филонов А.А. и др. Общая теория радиолокации и радионавигации. Распространение радиоволн: учебник / А.Н. Фомин, В.А. Копылов, А.А. Филонов, А.В. Андронов; под общ. ред. А.Н. Фомина. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2017. 318 с.
16. Колосов С.В. Методики расчета радиорелейных и тропосферных линий: учебное пособие / С.В. Колосов, С.М. Тверитин. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2010. 103 с.
17. Муха Р.Н., Серов В.В., Тараканова Т.Г., Шевырев А.В. Малогабаритная помехозащищенная станция загоризонтной связи // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 2. С. 11-16.
18. Recommendation ITU-R F.1487 Testing of HF modems with bandwidths of up to about 12 kHz using ionosfpheric cannel simulators, 2000. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/f/R-REC-F.1487-0-200005-I!!PDF-E.pdf (дата обращения 10.03.2021).
REFERENCES
1. Perelomov V.N. 'Effektivnost' primeneniya sovremennyh pomehoustojchivyh sredstv troposfernoj svyazi // Tehnologii 'elektromagnitnoj sovmestimosti. M.: Izdatel'skij dom «Tehnologii», 2018. pp. 3-9.
2. Plotnikov N.N. Metodika rascheta sostava radiolinii privyazki polevogo uzla svyazi raketnoj divizii podvizhnogo gruntovogo raketnogo kompleksa // Materialy IV Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Sovremennye problemy sozdaniya i 'ekspluatacii vooruzheniya, voennoj i special'noj tehniki». SPb.: VKA imeni A.F. Mozhajskogo, 2018. pp. 426-431.
3. Zhumabaev B.T., Isabaev K.Zh., Petrovskij A.A., Kovtun V.G. Perspektivy razvitiya troposfernoj stancii ot analogovoj do nejronnyh setej // Materialy V Vserossijskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Aktual'nye problemy sovremennoj nauki i proizvodstva». Ryazan': RGRTU imeni V.F. Utkina, 2020. pp. 3-12.
4. Aleksandrov D.I. Analiz troposfernyh stancij otechestvennogo proizvodstva // Sbornik statej Mezhdunarodno-prakticheskoj konferencii «Dinamika vzaimootnoshenij razlichnyh oblastej nauki v sovremennyh usloviyah». Ufa: OOO «Omega Sajns», 2018. pp. 8-11.
5. Chudnov A.M., Makarov S.B., Kirik D.I. Ocenka 'effektivnosti upravleniya parametrami koda i rezhimom dekodirovaniya pri peredache soobschenij po nestacionarnomu kanalu // Radiotehnika. 2020. T. 84. № 12 (24). pp. 102-111.
6. Ganin D.V., Gladkih A.A., Pchelin N.A., Sorokin I.A. Adaptivnaya obrabotka dannyh v sisteme myagkogo dekodirovaniya // Vestnik NGIEI. 2016. № 10 (65). pp. 15-23.
7. Martyshevskaya D.A. Povyshenie pomehoustojchivosti vysokoskorostnoj peredachi cifrovyh signalov s pomosch'yu podavleniya mezhsimvol'noj interferencii: dissertaciya kandidata tehnicheskih nauk: 05.12.04. VlGU, 2017. 141 p.
8. Raguzin S.V. Modelirovanie i razrabotka pomehozaschischennyh cifrovyh troposfernyh radiolinij s psevdosluchajnoj perestrojkoj rabochej chastoty: dissertaciya kandidata tehnicheskih nauk: 05.13.16., 05.12.13. Ul'yanovskij filial Voennogo universiteta svyazi, Ul'yanovsk, 1999. 199 p.
9. Milyutin E.R., Chudnov A.M., Yaremenko Yu.I. Ocenka 'effektivnosti primeneniya adaptivnyh algoritmov v liniyah svyazi s zamiraniyami // Radiotehnika i elektronika. 1983. T. 28. № 8. pp. 1602-1605.
10. Makarenko S.I. Opisatel'naya model' seti svyazi special'nogo naznacheniya // Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti. 2017. № 2. pp. 113-164.
11. Rekomendaciya MSE-R P.310-10 (08/2019) Opredeleniya terminov, otnosyaschihsya k rasprostraneniyu radiovoln v neionizirovannoj srede. 7 p.
12. Rekomendaciya MSE-R P.617-3 (09/2013) Metody prognozirovaniya i dannye o rasprostranenii radiovoln, neobhodimye dlya proektirovaniya troposfernyh radiorelejnyh sistem. 12 p.
13. Rekomendaciya MSE-R P.834-9 (12/2017) Vliyanie troposfernoj refrakcii na rasprostranenie radiovoln. 16 p.
14. Rekomendaciya MSE-R P. 1406-1 (10/2007) 'Effekty rasprostraneniya radiovoln, kasayuschiesya nazemnyh suhoputnoj podvizhnoj i radioveschatel'noj sluzhb v diapazonah OVCh i UVCh. 11 p.
15. Fomin A.N., Kopylov V.A., Filonov A.A. i dr. Obschaya teoriya radiolokacii i radionavigacii. Rasprostranenie radiovoln: uchebnik / A.N. Fomin, V.A. Kopylov, A.A. Filonov, A.V. Andronov; pod obsch. red. A.N. Fomina. Krasnoyarsk: Sib. feder. un-t, 2017. 318 p.
16. Kolosov S.V. Metodiki rascheta radiorelejnyh i troposfernyh linij: uchebnoe posobie / S.V. Kolosov, S M. Tveritin. Chelyabinsk: Izd. centr YuUrGU, 2010. 103 p.
17. Muha R.N., Serov V.V., Tarakanova T.G., Shevyrev A.V. Malogabaritnaya pomehozaschischennaya stanciya zagorizontnoj svyazi // Uspehi sovremennoj radioelektroniki. 2014. № 2. pp. 11-16.
18. Recommendation ITU-R F.1487 Testing of HF modems with bandwidths of up to about 12 kHz using ionosfpheric cannel simulators, 2000. fElektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/f/R-REC-F.1487-0-200005-I!!PDF-E.pdf (data obrascheniya 10.03.2021).
© Плотников Н.Н., Петрич Д.О., 2021
Плотников Николай Николаевич, старший инженер, 310 военное представительство Министерства обороны Российской Федерации (г. Санкт-Петербург), Россия, 195299, г. Санкт-Петербург, ул. Киришская, 2, [email protected].
Петрич Дмитрий Олегович, кандидат технических наук, доцент кафедры программно-алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления ракетно-космической обороны, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (г. Санкт-Петербург), Россия, 197198, г. Санкт-Петербург, ул. Ждановская, 13, [email protected].
DOI: 10.24412/2500-4352-2021-19-81-95
