CC BY
102
УДК 621.394
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В ВОЕННОЙ СВЯЗИ АНАЛОГОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ НА БАЗЕ СОВРЕМЕННЫХ ПОДХОДОВ
И ТЕХНОЛОГИЙ
Е.Е. Исаков, О. А. Губская, С.П. Кривцов, Л.И. Орлова, О.И. Кривошей
В статье рассмотрены перспективы применения в военной связи аналоговых систем передачи на базе современных подходов и технологий, современные способы применения аналоговой аппаратуры с цифровой обработкой сигнала, применяемой в военной связи. Приведены схемы подключений и передачи сигналов низкочастотных сигналов, работающих по проводным линиям связи. Приведены примеры динамического управления ресурсом пропускной способности системы передачи информации изменением местоположения спектров сигналов на оси частот.
Ключевые слова: аналоговые системы передачи, пропускная способность, аппаратура каналообразования.
Известно, что для целей электросвязи, включая и связь военную, применяются два типа сигналов электросвязи: аналоговые (с возможным бессчетным числом их промежуточных значений на непрерывном отрезке времени) и дискретные (с возможным значительным, но не бесконечным числом их промежуточных значений). Разновидностью последних являются цифровые сигналы с возможным конечным числом их значений на определенном (дискретном) временном интервале.
Под эти основные типы сигналов (аналоговые, цифровые) реализуются и два основных типа многоканальных средств связи: аппаратура аналоговых каналов (ААК, обычно с частотным разделением каналов, - ЧРК) и аппаратура цифровых каналов (АЦК).
С применением подобной аппаратуры и включенных между ними участков линий для «переноса» сигналов электросвязи из пункта «А» в пункт «В» с различными средами распространения (радио, проводные, волоконно оптические) формируются и соответствующие системы передачи. Причем, тип самой системы передачи (аналоговая, - АСП, или цифровая, - ЦСП) определяется типом самого сигнала электросвязи на участке его переноса из пункта «А» в пункт «В».
Поэтому, здесь вполне возможна ситуация, когда, например, применяется ААК, а система передачи оказывается цифровой (ЦСП) и наоборот. В таких случаях все зависит от типов дополнительных преобразователей сигналов, включаемых на входах (выходах) участков переноса (типов модемов, кодеков и пр.).
Аналоговые (в рамках АСП) способы (принципы) обеспечения в военной связи передачи информации (сигналов электросвязи) характеризуются данными рис. 1. В данном случае передача непрерывных (аналоговых) сигналов (например, речевых сообщений) осуществляется в их «естественном» виде до канальных окончаний ААК, а затем переносится вверх по оси частот с помощью вспомогательных преобразователей, осуществляющих формирование многоканальных сигналов с ЧРК. На стороне приема реализуется обратная схема преобразований.
Дплгргпаи (ш^фроим)
пгрг носчккн СХГКЛЛС1
Рис. 1. Принципы построения аналоговых военных линий и ПСС
343
Что же касается применения в составе таких линий оконечного оборудования с цифровыми выходными сигналами (ПЭВМ, СА ТЛФ, ПД и др.), то с помощью включаемых на их выходах вспомогательных преобразователей сигналов (модемов, УПС ТЧ и т.п.) цифровые сигналы преобразуются к аналоговому виду и передаются затем по соединительным линиям на входы канальных окончаний ААК с последующими аналогичными для аналоговой связи преобразованиями.
К достоинствам подобной схемы подключений и передачи сигналов следует отнести возможность применения низкочастотных (дешевых, практически не подверженных внешним помехам) соединительных линий, относительно низкочастотных многоканальных сигналов на уровне линейных спектров (обеспечиваются значительные протяженности усилительных участков при применении проводных линий, их низкая чувствительность к электромагнитным наводкам), отсутствие каналов для программных противодействий, дешевизна низкочастотных средств измерений и пр. Известно, что на таких средствах (ААК, АСП) и поныне продолжают обеспечивается значительные объемы военной мобильной (полевой) и стационарной связи, хотя с момента прекращения их промышленного производства прошло уже более 30 лет.
Тем не менее, ныне у ряда национальных специалистов и руководителей из области военной связи сформировалась точка зрения о том, что по причинам произошедшей за последние десятилетия конверсии ВПК, сопровождавшегося потерями в промышленном производстве АСП их компонентной базе, - дальнейшие усилия по совершенствованию и наращиванию функциональных возможностей линий, узлов и сетей связи на основа ААК (АСП) «не имеют на то каких-либо дальнейших перспектив и обречены на медленное умирание»;
На этой основе был сделан вывод о необходимости радикальной реконструкция военных линий, узлов и сетей связи путем замены в них ААК на АЦК, а вместе с ними и АСП на ЦСП. Причем, - на первом этапе подобной замены было решено использовать зарубежную цифровую компонентную базу (по причинам ее отсутствия у национальных производителей) и зарубежное цифровое телекоммуникационное оборудование.
1. Вместе с тем, скрупулезный научно - технический анализ показывает, что подобного
подобного род рода «представления» носили ранее и продолжают носить необоснованный (ошибочный) характер, поскольку к настоящему времени имеются все необходимые технологические и иные возможности для ускоренного воссоздания современного парка ААК на уже имеющейся в РФ соответствующей качественной и относительно низкочастотной («низкоскоростной») элементной и компонентной базе.
2. Необходимость такого подхода обусловлена и тем, что в рамках уже начавшегося «перехода» в военной связи от АСП на ЦСП в силу физических причин становятся неизбежными особо значительные потери в ее устойчивости из-за: многократного (в десятки - сотни и более раз!) расширения спектров цифровых сигналов электросвязи, появления уязвимых к помехам каналов синхронизации, необходимости построения ЦСП на зарубежной цифровой электронике с весьма вероятными «закладками» и пр.
Поэтому существо предлагаемого принципа построения военной ААК (упущенного из вида национальной военной наукой и практикой уже более 40 лет тому назад), сводится к использованию так называемых способов «цифровой обработки сигналов» (ЦОС!), реализованных на совершенных (современных) подходах и технологиях.
Данный способ сводится к следующим ступеням формирования и обработки сигналов:
Функциональная схема подобного устройства иллюстрируется данными рис. 2 («Аналог» (каналы ТЧ и ШК); «Цифра» (цифровая обработка сигналов); «Аналог» (линейные сигналы)).
Дискретизатор
Хс(1)
Л
И) ?2 ФНЧ
-|ацп|
Х(кО
1 Ав©
Ц»
КТ
У(к1)
ФНЧ К
Процессор "УЦОС.
(ПЭВМ, микро-ЭВМ)
Рис. 2. Принцип построения «одноканалъной» цифро-аналоговой аппаратуры каналообразования (ЦААК) с переносом спектра сигнала по частоте
В подобном устройстве реализуются адекватные нынешним ААК способы формирования однополосных сигналов, их частотной селекции, инвертирования, сдвига на оси частот и пр. Отличия здесь состоят в том, что все эти операции реализуются в рамках одного и того же устройства цифровой обработки сигналов (УЦОС).
Производительность современных процессоров (в том числе и отечественных) такова, что нет каких либо ограничений для формирования на их основе многоканальных сигналов с ЧРК до 100 - 300 (!) и более каналов связи.
Поскольку, в рассматриваемом случае перечисленные операции с преобразованиями сигналов осуществляются в рамках единого технологического процесса (на уровне платы с микропроцессором и с дополнительными преобразователями сигналов), то это позволяет представить сформировавшееся ныне положение вещей в виде функциональной схемы, содержание которой приведено на рис. 3.
Л|Ш»рн1Л]1н аналоговых кяиалош (ААК) с чгк
\Н \Л< И"< IIIE.IV I III 11 МЫ ГЛРЕДЛ'Ш (АСП < ЧРКЧ
(ГРЛ.ТРЛ.СС)
к к к ь
IV »«л»* она (11КЛ. КМ)
рупвк(СПМ)
,(Д>-■>' КК) т»И1Т«»ги1||А1')
фяи^ы ^щыуи
^)фй1Л])и шаровых к'ипллов (ЛЦК) СА ТЛФ (ТЛГ)
f— ТЛФ \и.»>
)
ЦММЧ'НЫЬ < ЦСТКММ III1-КДЧЧМ (ЦПЬ
1.и>"01
»)■!>) <« ЯЖй.ЧЬЯ.1»ГПГЯ. \ар МЯ)
» чагптмИп »о! (•> ■»<-■>. I к .«■ М1 10 >ммм ■ г|<амы« |^игм (и»•<■
гаая угадгюи (■«»
И гу4*.
ушцшткт >»*••■ г ам■ мш* ннии ^••■гм мм!
мимаямп цншпмм с^кАмн ^лнжпа |(ЛСП
Рис. 3. Развитие по «спирали»: от ААК с ЧРК на Ь, С фильтрах к ЦААК
с ЧРК на «цифровых» фильтрах
В ее верхней части в условном виде отражен состав нынешних ААК с ЧРК на Ь,С фильтрах со штатными вариантами их совместного применения с узловым и линейным оборудованием.
В средней части показано преимущественно применяемое в настоящем в военной и гражданской связи оборудование АЦК из состава ЦСП, располагающее на порядок меньшими массогабаритными показателями. С помощью дополнительных устройств здесь решаются задачи автоматизированного управления канальным (сетевым) ресурсом. Вместе с тем, здесь появляются дополнительные каналы внутриузловой и линейной синхронизации, а сами цифровые переносчики сигналов располагаются в области особо высоких частот (десятки... сотни МГц). Поэтому, из-за использования особо высокочастотных и широкополосных линейных цифровых сигналов, поддержание устойчивой связи в штатных условиях здесь реально возможно лишь за счет применения направляющих систем на основе волоконно-оптических линий (ВОЛ).
В нижней части рисунка показан следующий шаг в развитии способов передачи информации с отмеченной выше схемой преобразования сигналов: «А» ® «Ц» ® «А».
В данном случае приблизительно еще на один порядок происходит уменьшение массогабаритных показателей и энергопотребления самой аппаратуры связи. Здесь же оказываются относительно низкочастотными и сами линейные сигналы (доли. единицы МГц), не требуется применения специальных каналов синхронизации, а сама аппаратура оказывается в состоянии обеспечивать те же режимы работы на линейном и узловом уровне, что и нынешние ААК с ЧРК.
Подтверждением этому стал разработанный в соответствии приведенной на рис. 2 схемой (на способах ЦОС) макетный образец шестиканальной ААК с ЧРК (по предлагаемой аббревиатуре, - цифровой аппаратуры аналоговых каналов, ЦААК с ЧРК).
Схема его подключения в тракт передачи сигналов электросвязи характеризуется данными рис. 4, т.е. оказывается адекватной (!) нынешним схемам применения ААК с ЧРК (рис. 1).
Рис. 4. Возможный принцип построения военных линий и ПСС на основе ЦААК
Поскольку с применением УЦОС (рис. 2) сможет быть получен любой аналог нынешним ААК с ЧРК, то это означает возможность реализации ЦААК с любой ка-нальностью (рис. 5).
Рис. 5. Рациональный подход к созданию парка ААК (ЦААК) на современных подходах и промышленных технологиях
346
Вместе с тем, рассмотренные выше примеры вовсе не означают только «механического» замещения одних типов систем передачи на другой тип, хотя и с существенно меньшими массогабаритными показателями и энергопотреблением.
Отмеченное выше развитие по «спирали» (рис. 3) обеспечивает появление в рамках ЦААК с ЧРК совокупности качественно новых свойств, недостижимых в рамках нынешних ААК и особо актуальных для условий военного применения. В обобщенном виде их содержание поясняется данными рис. 6.
К числу таких свойств относятся такие, как:
совмещение в рамках одной упаковки (платы) ЦААК функций ААК с различной канальной емкостью;
перенос спектров парциальных каналов на оси частот, чем обеспечивается совмещение функций частотной фильтрации с функциями коммутации каналов (по частоте) в рамках одного и того же цифрового устройства (УЦОС);
Рис. 6. Обобщенные данные по содержанию новых функциональных возможностей парка ЦААК на современных цифровых технологиях
концентрация всего ресурса системы передачи информации на отдельных частотах связи с управлением, как шириной полосы частот, так и интенсивностью сигналов;
управляемое выделение на оконечных и транзитных станциях требуемых по оперативной обстановке полосы частот под передачу информационных сигналов;
динамическое управление ресурсом пропускной способности системы передачи информации изменением местоположения спектров сигналов на оси частот (фактически коммутацией каналов с адресованием по частоте), изменением предоставляемой под связь полосы частот (от нескольких Гц до сотен кГц, а если необходимо, то и, -МГц) и изменением амплитуд (интенсивности) передаваемых сигналов.
Важно отметить, что перечисленные выше свойства реализуются в рамках физически выделенных технических средств, т.е. не связанных между собой ни каналами синхронизациии, ни каналами открытого доступа для внешних деструктивных воздействий, включая программные.
Это означает, что в ЦААК происходит фактическое совмещение положительных функций ААК (низкочастотность, узкополосность, помехозащищенность) и АЦК (незначительные массогабаритные показатели, автоматизированное управление ресурсом пропускной способности), при одновременном отсутствии нынешних оперативно-технических и эксплуатационных недостатков и тех, и других.
Таким образом, с применением ЦААК реально открываются качественно - новые возможности для совершенствования и развития транспортной составляющей сетей военной связи. При этом, для ее серийного производства вовсе не потребуется создания мощной промышленной базы, поскольку речь в данном случае фактически идет о разработке специального программного обеспечения (СПО) и вставляемых в ПЭВМ специализированных плат.
Таким образом, продолжение базирования военной связи на ААК и ЦААК с ЧРК позволит:
постепенно наращивать (без радикальной реконструкции линий и узлов связи) показатели надежности и пропускной способности действующих сетей военной связи (стационарных, полевых), в том числе и на основе развертывания современных систем технологического контроля и управления;
качественно решать вопросы защиты контура автоматизированного управления военной связью от несанкционированного доступа;
развивать промышленное производство в области военной кабельной номенклатуры;
сохранить и наращивать ныне существующую подготовку военных кадров в области ААК (ЦААК) и АСП (в ВВУЗ-ах связи и пр.);
наращивать усилия по цифровизации военного оконечного, терминального, коммутационного и пр. оборудования вторичных сетей с использованием уже имеющейся широкой номенклатуры специальных технических средств национальных и зарубежных производителей с адаптированными к аналоговым каналам и протяженным физическим линиям свойствами средств модемной и факсимильной связи, засекречивания, электронной почты, многоканальной телефонии, малокадрового телевидения и пр.;
использовать сэкономленные финансовые средства за счет расширенного применения в военной связи вместо АЦК (ЦСП) парка ЦААК (ЦАСП) для создания специальной испытательной, полигонной базы на устойчивость с целью изыскания и отработки новых подходов и программ развития военной связи для условий информационного противоборства.
В заключение следует обратить внимание специалистов на ряд лежащих на «поверхности» качественно - новых возможностей ЦААК в части обеспечения различных видов связи.
Их содержание иллюстрируется данными рис. 7 - рис. 12.
Так, в соответствии с данными рис. 7, на основе ПЭВМ с вставленной в ее свободный слот платой ЦААК (со способами ЦОС в частотном диапазоне КВ - УКВ) формируется универсальное АРМ, пригодное для обеспечения «прямых» связей с полосами частот, начиная от нескольких десятков кГц и выше. При этом под связь сможет быть задействовано одновременно до нескольких частотных каналов с автовыбором наилучшего из них.
Примером возможного в таком случае способа организации и обеспечения связи могут служить и данные рис. 8. В качестве среды распространения сигналов электросвязи здесь используются физические пары ныне применяемых в военной связи кабелей типа МКС. Как показывают расчетные данные, в зависимости от номиналов рабочих частот и самих полос частот дальности многочастотных «прямых» связей здесь могут достигать 50 и более километров.
Рис. 7. Реализация многочастного АРМ на основе ЦААК
Рис. 8. Реализация сети с частотным доступом на физических парах МКС
Данные рис. 9 относятся к одному из возможных вариантов реализации ЦААК для применения в сетевых структурах на основе АСП (ЦАСП) с ЧРК с целью дистанционно-управляемой коммутации на уровне широкополосных каналов (ШК). Известно, что предпринятые в прошлом попытки по реализации коммутаторов ШК на L, C фильтрах так и не увенчались успехом из-за чрезмерной громоздкости подобного оборудования.
Данные рис. 9 относятся к вполне возможным случаям совместного применения ЦААК со штатными средствами РРС (ТРС) с регулируемыми полосами линейных спектров для динамического управления их ресурсом пропускной способности в сложной обстановке.
Рис. 9. Реализация на ПЭВМ коммутатора ШК
Рис. 10. Реализация новых режимов работы штатных РРС и ТРС
Данные рис. 11 соответствуют варианту реализации РРС с однополосной амплитудной модуляцией и с возможным обеспечением на основе ЦААК, - режима многочастотного радиодоступа (по типу сотовых сетей связи).
Данные рис. 12 соответствуют случаям возможного совместного использования ЦААК с портативными РРС путем реализации различных вариантов сотовой связи
в интересах военного применения.
Рис. 11. Реализация радиосети на РРС (ТРС) при однополосной АМ
Рис. 12. Развертывание систем сотовой связи на основе ЦААК и РРС
Выше изложенное означает, что с применением в военной связи современных промышленных технологий на основе средств и способов цифровой обработки сигналов открываются новые и практически неограниченные возможности для наращивания ее функциональных свойств без радикальной реконструкции ее транспортной составляющей (линий, узлов и сетей связи) и при минимальных экономических и временных затратах.
В свою очередь это создает предпосылки для качественного повышения устойчивости военной связи при минимальных временных и экономических (финансовых) затратах.
Список литературы
1. Исаков Е.Е. Технологические проблемы построения транспортных сетей и систем военной связи. СПб.: ВАС, 2004. 326 с.
2. Исаков Е.Е. Устойчивость военной связи в условиях информационного противоборства. СПб.: ВАС, 2009. 400 с.
3. Исаков Е.Е. Основные принципы построения устойчивой военной связи и возможные способы их реализации. СПб.: ВАС, 2015. 448 с.
Исаков Евгений Евгеньевич, д-р техн. наук, старший научный сотрудник, isakoveenic@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Губская Оксана Александровна, адъюнкт, oksanochka23932393@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Кривцов Станислав Петрович, старший преподаватель, staskrivamail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Орлова Людмила Ивановна, преподаватель, akacia25@rambler.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного,
Кривошей Ольга Ивановна, инженер отделения, ya. olga0125@yandex.ru, Россия, Москва, Войсковая часть 25801
PROSPECTS OF APPLICATION IN MILITARY COMMUNICATION OF ANALOG SYSTEMS OF TRANSFER ON THE BASIS OF MODERN APPROACHES
AND TECHNOLOGIES
E.E. Isakov, O.A. Gubskaya, С.P. Krivsov, L.I. Orlova, O.I. Krivoshey
The article discusses the prospects for the use of analogue transmission systems based on modern approaches and technologies in military communications, modern ways of using analog equipment with digital signal processing used in military communication. Diagrams of connections and transmission of signals of low-frequency signals working on wired communication. Examples of the dynamic resource management of the transmission capacity of the information transmission system by changing the location of the spectra of signals on the frequency axis are given.
Key words: analog transmission systems, bandwidth, channeling equipment.
Isakov Evgeniy Evgenievich, doctor of technical sciences, senior researcher, isa-koveenicagmail. com, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications. Marshal of the Soviet Union S. M. Budyonny,
Gubskaya Oksana Aleksandrovna, postgraduate, oksanochka23932393@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications them. Marshal of the Soviet Union S. M. Budyonny,
Krivsov Stanislav Petrovich, senior lecturer, staskriva mail.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications. Marshal of the Soviet Union S. M. Budyonny,
Orlova Lyudmila Ivanovna, lecturer, akacia25@rambler. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marshall of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Krivoshey Olga Ivanovna, branch engineer, ya.olga0125@yandex.ru, Russia, Moscow, Military Unit 25801
