CC BY
16
Dejan S. Vuji},
dipl. inz. profesor dr Miroslav L. Duki},
dipl. inz.
Elektrotehnicki fakultet, Beograd
ULOGA SAVREMENIH KOMERCIJALNIH TELEKOMUNIKACIONIH SISTEMA U PROCESU PLANIRANJA, ORGANIZACIJE I IZVO\ENJA VOJNIH OPERACIJA
UDC: 623.611 : 355.42/.43
Rezime:
Ubrzani razvoj komercijalnik telekomunikacionih sistema stvorio je mogucnost da se deo vojnih telekomunikacionih potreba, posebno u mirnodopskim uslovima, moze u potpuno-sti zadovoljiti upotrebom komercijalne tehnologije. Izvidacki sistem, zasnovan na specificnoj vojnoj tehnologiji koja eksploatise komercijalne resurse, poput pasivnih radarskih sistema i akustickih senzora dostupnih na komercijalnom trzistu, moze predstavljati primer jednostav-nog i vrlo efikasnog sistema. Potrebna komunikacija sa pretpostavljenom komandom, kao i akcije koje se sprovode na osnovu dobijenih rezultata, mogu biti podrzane komercijalnim si-stemima zasnovanim na savremenim tehnoloskim resenjima, poput adaptivnih modulacionih postupaka i prenosa signala u prosirenom spektru sa direktnom sekvencom i/ili frekvencij-skim skakanjem i visestrukim pristupom na bazi kodnog multipleksa. Ovako organizovani si-stemi u potpunosi zadovoljavaju mirnodopske potrebe Vojske SCG, dok se primena, delimic-no ili potpuno, siri i na slucajeve sukoba ogranicenog intenziteta, antiteroristicka dejstva i slucajeve elementarnih nepogoda.
Kljucne reci: vojni telekomunikacioni sistem, sistemi prosirenog spektra, adaptivni prijemnici.
ROLE OF CONTEMPORARY COMMUNICATIONS SYSTEMS IN THE PROCESS OF PLANNING, ORGANISING AND REALISATION OF MILITARY OPERATIONS
Summary:
Fast progress in commercial communications systems development has made possibilities to fulfill communications needs in military organizations, especially during the periods of peace. A reconnaissance system, based on specific military technology such as passive radar systems and acoustic sensors, available in commercial market, represents a possible relisation of a simple and highly efficient system. Necessary communication with a higher command, also as actions that are made based on gathered information, could de supported through use of commercial communications systems employing adaptive modulation processes, direct sequence and freqyency hopping spread spectrum communications and code division multiple access. In this way organised systems completely fulfill communication needs of the Army of Serbia and Montenegro during peacetime, but the applicability of such systems expends partially or fully on cases of limited military interventions, antiterrorist actions and nature disasters.
Key words: military communications systems, spread spectrum systems, adaptive receivers.
Uvod
Sa razvojem savremenih telekomu-nikacija koje karakterise, pre svega, pre-nos multimedijalnih korisnickih sadrzaja,
znacajno su izmenjeni uslovi u kojima se sprovodi organizacija i upravljanje voj-nim operacijama. Savremena tehnoloska resenja, posebno u domenu signal-proce-sorskih platformi, omogucila su da se
deo savremenih komercijalnih informaci-ono-komunikacionih tehnologija iskoristi u vojne svrhe, posebno u mirnodopskom periodu.
Poslednjih godina dolazi do irever-zibilnog procesa i primene komercijalne tehnologije u okviru vojnih komunikaci-onih sistema, za razliku od druge polovi-ne XX veka karakterisane stalnim tran-sferom tehnologija iz vojnog u komerci-jalni segment drustva.
Znatno jeftinija komercijalna tehnologija, masovno primenjena u vojnim si-stemima po principu masovne nabavke (Components of the Shelf, COTS), omo-gucava brzo i ekonomicno opremanje je-dinica telekomunikacionim sistemima cija funkcionalnost u mirnodopskim uslo-vima u potpunosti moze zadovoljiti po-trebe vojnih jedinica. Treba posebno na-glasiti da savremeni komercijalni teleko-munikacioni sistemi, vrlo visokih perfor-mansi, pruzaju priliku da se ublazi ili za-ustavi tehnicko nazadovanje oruzanih snaga (OS) zemalja u razvoju u odnosu na OS razvijenih zemalja, koje raspolazu znatno vecim finansijskim sredstvima.
U ovom radu prikazane su moguc-nosti iskoriscenja komercijalnih teleko-munikacionih sistema za potrebe Vojske SCG, pre svega u segmentu formiranja savremene i robustne telekomunikacione infrastrukture za potrebe planiranja, or-ganizacije i izvrsenja vojnih operacija.
Trendovi realizacije savremenih telekomunikacionih sistema strategijskog i taktickog nivoa
Strategijski telekomunikacioni centri odlikuju se relativno skromnom mobilno-scu i visokim stepenom oruzane zastite u
sirokom okruzenju. S obzirom na znacaj i trajnost informacija koje se prenose po-sebna paznja mora se obratiti na tajnost prenosa. Informacije cija su vaznost i ak-tuelnost trajanja vise dana ili meseci mo-raju biti tako prenosene izmedu strategij-skih centara da se osigura mala verovat-noca njihovog otkrivanja i eksploatacije, sto nije odlika taktickih komunikacionih sistema u kojima se vrsi razmena informacija cija je aktuelnost ogranicena na neko-liko casova ili par dana.
Postojeci principi planiranja i orga-nizacije vojnih akcija podrzavaju oprede-ljenje po kojem se strategijski segment komunikacija oslanja na stacionarne sisteme. Medutim, takticki komunikacioni sistemi ne mogu se osloniti na fiksnu in-frastrukturu zbog sledecih razloga, [1]:
- stacionarni komunikacioni sistemi znatno su podlozniji neprijateljskim elektronskim i borbenim dejstvima;
- visokomobilne jedinice zahtevaju da i komunikacioni sistemi budu jednako mobilni;
- komunikacioni sistemi moraju ostati funkcionalni cak i ukoliko su neki od komunikacionih centara unisteni ili se neke veze izmedu centara ometaju.
Zahvaljujuci razvoju savremenih te-lekomunikacionih sistema moguce je pronaci jedinstveno resenje koje moze zadovoljiti i ove oprecne principe realizacije komunikacione podrske. Kao jed-no od potencijalnih resenja namece se komunikacioni sistem u formi dvoseg-mentne mreze u kojoj se upotrebom sta-cionarnih (Fixed Wireless Access, FWA) baznih stanica (BS) ostvaruju sirokopoja-sne veze strategijskog nivoa, sa korisni-cima na rastojanjima do 50 km, prime-nom prenosa signala u prosirenom spek-
tru sa direktnom sekvencom (Direct Sequence Spread Spectrum, DS SS) ili sa tehnologijom frekvencijskog skakanja (Frequency Hopping Spread Spectrum, FH SS) za takti~ke komunikacione veze dometa do S km.
Raznolikost organizacije i prirode vojnih jedinica neme}u u odredenoj meri i razli~ita tehnolo{ka re{enja prilikom podr-{ke planiranju i organizaciji vojnih opera-cija. Ako se razmatra upravljanje i organi-zacija operacija u kojima u~estvuju kopne-ne jedinice ranga do bataljona (ili brigade) neminovno se mora pretpostaviti centrali-zovani princip komunikacije u kojem mo-bilni korisnici komuniciraju sa jednim sta-cionarnim ili slabo mobilnim centrom koji pokriva odredenu geografsku zonu. Orga-nizacija mreze sa okastom strukturom u kojoj svaki korisni~ki terminal vr{i slozene relejne funkcije nije odgovaraju}a za jedi-nice nizeg ranga, posebno voda, gde se ne moze o~ekivati da pojedinac nosi veliku koli~inu slozene telekomunikacione opre-me. Medutim, u slu~aju planiranja i organizacije operacija u okviru jedinica Ratne mornarice svakako treba uzeti u obzir prili-kom planiranja operacija da je mogu}e rea-lizovati vrlo zilavu telekomunikacionu in-frastrukturu okaste topologije, zasnovanu na principima ad hoc mreza.
Pregled savremenih tehnoloskih
resenja u domenu komercijalnih
telekomunikacionih sistema
Potrebe savremenih korisnika, kako komercijalnih tako i vojnih, poslednjih godina ne mogu se zadovoljiti skupom osnovnih telekomunikacionih servisa po-put prenosa govora i modemskim preno-
som podataka. Potreba korisnika za veli-kom koli~inom informacija dovodi do zahteva za novim servisima poput pristu-pa Internetu, prenosa multimedijalnih signala protocima do 1SS Mb/s, uz potre-ban nivo za{tite tajnosti prenosa. Primera radi, razvoj savremenih procesora za ob-radu digitalnih signala (Digital Signal Processor, DSP) omogu}ili su realizaciju jeftinih specifi~nih prijemnika ili prijem-nika op{te namene koji koriste niz sloze-nih digitalnih modulacionih postupaka.
Projektovanje snaznih i fleksibilnih adaptivnih primopredajnika [2], zasniva se na optimalnom kompromisu izmedu niza suprotstavljenih projektnih zahteva. Neki od ovih zahteva su mala potro{nja, visoka robustnost u odnosu na gre{ke nastale prilikom prenosa signala u radio-ka-nalu vremenski varijantnih karakteristika, visoka spektralna efikasnost, malo ka{nje-nje signala kako bi se podrzali multimedi-jalni servisi u realnom vremenu, veliki ka-pacitet, itd. Ovi zahtevi vode ka konceptu proizvoljnog, otvorenog, programabilnog i fleksibilnog re{enja poznatog kao soft-verski definisan radio [3].
Tehologija pro{irenog spektra kod koje je {irina opsega u~estanosti u kojem se obavlja prenos signala znatno ve}a od minimalno potrebne za prenos poruke, nudi niz prednosti kao {to su, [4] :
- potiskivanje uskopojasne interfe-rencije;
- realizacija kodnog multipleksa (Code Division Multiple Access, CDMA), (slika 1);
- otpornost na vi{estruku propagaciju;
- mala verovatno}a presretanja signala (Low Probability of Interception, LPI), kada je preno{eni signal u {to je mogu}e ve}oj meri „nevidljiv";
N konsnikil |10 ka lia lu Frekvencija
Sl. 1 — Primer komercijalnog DS-CDMA sistema [4]
- tajnost prenosa;
- visoka spektralna efikasnost;
- precizno merenje rastojanja.
Prednost CDMA u odnosu na kon-
vencionalne tehnike visestrukog pristupa ogleda se, pre svega, u povecanom kapa-citetu sistema koji nije ogranicen kon-vencionalnim parametrima poput broja radio kanala u sistemima sa visestrukim pristupom na bazi frekvencijske raspode-le (Frequency Division Multiple Access, FDMA) i velicine vremenskog slota u si-stemima sa visestrukim pristupom na ba-zi vremenske raspodele (Time Division Multiple Access, TDMA), vec samo ni-voom interferencije koji trpe aktivni ko-risnici u sistemu. Visoka spektralna efikasnost ostvarena je uz faktor frekvencij-skog ponavljanja jednak 1, sto zapravo znaci da se u celom sistemu prenos ostvaruje na samo jednoj radio-ucestano-sti. CDMA, kao posebnu prednost, ima izuzetnu otpornost na uticaj visestruke propagacije koja predstavlja jedan od osnovnih ogranicavajucih procesa prili-kom radio-prenosa telekomunikacionih signala. S obzirom na to da su ostale in-teresantne osobine CDMA tehnologije visestruke forme diversitija, postepen handover, koji osigurava da nema izgu-bljenih veza, primena vokodera promen-ljivog protoka, laka prilagodljivost posto-jecoj telekomunikacionoj infrastrukturi,
pre svega JFTM i JMTM, uz malu snagu predajnika korisnickih terminala i BS, cine DS i FH CDMA vrlo interesantnim tehnologijama za primenu u savremenim vojnim telekomunikacionim sistemima. Otvorena mrezna arhitektura ostavlja mogucnost da se unapredenja razvijena ne samo u okviru vojnog vec i u okviru komercijalnog segmenta jednostavno in-tegrisu u postojece CDMA sisteme.
Ostale tehnologije poput OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) nude slicne prednosti poput tehnologije prosirenog spektra, uz osetno pri-sustvo u komercijalnim telekomunikacionim sistemima, posle vrlo pozitivnih is-kustava u realnim uslovima rada.
Prednosti savremenih tehnolo{kih re{enja u procesu planiranja, organizacije i izvo|enja vojnih operacija
Primena opisane komercijalne teh-nologije u vojnim komunikacionim siste-mima moze zadovoljiti niz mirnodopskih potreba Vojske SCG u oblasti podrske planiranju, organizaciji i sprovodenju savremenih operacija.
Upotreba adaptivnih primopredajni-ka, realizovanih na DSP platformama, sa mogucnoscu promene modulacionog po-stupka (QPSK, 64-QAM, TCM 16-QAM) u zavisnosti od nivoa suma i na-mernih ili nenamernih smetnji, otezava mogucnost posrednog pracenja pokreta jedinica povezujuci ih sa odredenim ti-pom sredstva radio-veze.
Rad u prosirenom spektru znatno smanjuje verovatnocu otkrivanja broja aktivnih radio-stanica, sto ostavlja mo-gucnost da se njihov broj zadrzi u tajno-
sti. Kombinovanje komercijalnih radio-uredaja, zasnovanih na konvencionalnim tehnologijama, i sistema pro{irenog spektra sa direktnom sekvencom na stra-tegijskom nivou stvara prividan utisak prestanka rada radiostanica, zbog ~ega se potencijalni neprijatelj dovodi u zabludu, stvaraju se preduslovi za postizanje mak-simalnih efekata planiranih akcija i daje se ve}a sloboda prilikom upravljanja operacijama.
Broj radio-sredstava na terenu moze biti vrlo veliki iz vi{e razloga. S obzirom na to da se radi o komercijalnoj tehnologi-ji, pojava aktivnih prijemnika baziranih na opisanim tehnologijama izaziva manju pozornost potencijalnih neprijatelja jer pove}anje broja aktivnih uredaja moze predstavljati i redo van deo aktivnosti lo-kalnih, komercijalnih korisnika i operato-ra koji korisnicima pruzaju telekomunika-cione servise upotrebom iste tehnologije. Primenom komercijalne tehnologije u oblastima u kojima postoji i izvestan broj istih i sli~nih komercijalnih tehnologija onemogu}ava ili zna~ajnije otezava pra}e-nje razme{taja i grupisanja radio-sredsta-va. S obzirom na {irok rejon dejstava ve-}ih vojnih formacija, do nivoa korpusa, i veliki broj komercijalnih korisnika u istoj regiji ostvaruje se efekat maskiranja ko-munikacija za potrebe Vojske.
Posebno je zna~ajna ~injenica da primena komercijalnih telekomunikacio-nih uredaja garantuje i znatno nizu cenu uredaja usled velike komercijalizacije u odnosu na vojne sisteme iste ili sli~ne na-mene, ali istovremeno garantuje i jedno-stavnu obuku posluzilaca s obzirom na to da ve}i deo njih koristi istu opremu i van vojnih delatnosti. Telefonski servis ostvaren upotrebom FWA DS-CDMA si-
stema [S, б], predstavlja tipi~an primer telekomunikacionog sistema koji se mo-ze iskoristiti i za prenos govora u vojnim sistemima u toku mirnodopskog perioda, a sa kojim su komercijalni korisnici, voj-nici na odsluzenju vojnog roka i stalno zaposlena lica u vojnoj sluzbi, upoznati. Takode, primenom komercijalne tehnologije i opreme problem interkonekcije sa javnom fiksnom telefonskom mrezom (JFTM) i ostalim javnim telekomunikaci-onim sistemima ne postoji ili je minima-lan. Na ovaj na~in, ostvareno je efikasno i kvalitetno iskori{}enje komercijalnih resursa u mirnodopskom periodu, kri-znim situacijama ili u toku ratnih uslova kao dopunskih kapaciteta u sluzbi ostvarivanja telekomunikacionih veza i elektronske borbe.
Nedostaci komercijalnih telekomunikacionih sistema poznati su od ranije, jo{ od perioda kada su sistemi pro{irenog spektra uvedeni u vojnu upotrebu sredi-nom XX veka. Kada su u pitanju DS-CDMA sistemi, problem „blizu-daleko", povezan sa problemom kontrole snage, nije od zna~aja u komunikacionim siste-mima strategijskog nivoa u kojima korisnici emituju signale u stacionarnom sta-nju. Upotreba visokousmerenih antena i antenskih nizova samo moze smanjiti ni-vo smetnji i zra~enja koje moze biti uzrok otkrivanja DS-CDMA sistema i smetnji okolnim sistemima ali i od okol-nih sistema. Poznato je da su DS-CDMA sistemi podlozni impulsnom ometanju [7], ali da se primenom naprednih tehni-ka interlivinga i za{titnog kodiranja moze primetno umanjiti efekat impulsnih smetnji, kao i {irokopojasnih ometa~kih signala [S]. Kada su u pitanju FH-CDMA sistemi tada se kao optimalan efekat
Sl. 2 — BER u funkciji kolicnika ometanog i zauzetog opsega za NCFSKpri dejstvu PBN ometaca, bez suma sistema [8]
ometanja istice ometanje dela opsega u kojem se prenosi FH signal [9, 10]. Primera radi na slici 2 prikazana je verovat-noca greske po bitu (Pe) u funkciji kolicnika ometanog i zauzetog frekvencijskog opsega, Y prilikom prenosa signala neko-herentnom binarnom digitalnom frekven-cijskom modulacijom (Noncoherent Frequency Shift Keying, NCFSK) u odsu-stvu aditivnog belog Gaussovog suma (ABGS) na ulazu u prijemnik (SNR=0), za razlicite vrednosti odnosa snaga kori-snog i ometackog signala (SJR=0, 10, 20dB). Izbor nekontinualnog opsega za rad i zastitno kodiranje mogu ograniciti uticaj opisanih postupaka ometanja.
Zakljucak
Primena komercijalne telekomunika-cione opreme u toku planiranja, sprovode-nja i izvodenja operacija u Vojsci SCG otvara mogucnost za smanjenje troskova, posebno u mirnodopskom periodu kada mogucnosti komercijalne opreme u pot-punosti zadovoljavaju potrebe. Savreme-
na komercijalna tehnologija omogucava delimicnu ili potpunu zastitu od niza ne-prijateljevih izvidackih operacija u okviru elektronske borbe. Takode, u slucaju ele-mentarnih nepogoda FWA sistemi i slicna komercijalna tehnologija omogucavaju vrlo brzo uspostavljanje komunikacije i resavanje problema unistene ili nefunkci-onalne telekomunikacione infrastrukture na ugrozenom podrucju.
Poslednjih godina povecan je broj te-roristickih napada. Moze se uociti da tero-risticke grupe, delujuci u urbanim sredina-ma i u mirnodopskom periodu, koriste komercijalne komunikacione sisteme, pa je neophodno da se odgovarajuce ljudstvo u Vojsci detaljno upozna sa mogucnostima i tehnoloskim karakteristikama ovih sistema, kako bi se ostvario maksimalan efe-kat pri odbrani i preventivnoj zastiti od eventualnih teroristickih napada. Iskustva posle 11. septembra 2001. i napada na Svetski trgovinski centar pokazuju da se komercijalni sistemi poput FWA DS-CDMA sistema mogu efikasno iskoristiti da se brzo zameni unistena telekomunika-ciona infrastruktura.
Kombinovani sa pasivnim izvidac-kim sistemima, komercijalni telekomuni-kacioni sistemi mogu posluziti za realiza-ciju efikasnog sistema u okviru sistema za EI i PED.
Vojsci SCG otvara se mogucnost da nabavkom komercijalnih uredaja i pro-gramabilnih signal-procesorskih platfor-mi realizuje optimalno prilagoden teleko-munikacioni i izvidacki sistem, uz rela-tivno male troskove, cime bi se znatno unapredili postupci planiranja, organiza-cije i izvodenja savremenih vojnih opera-cija u mirnodopskom i ratnom periodu.
Literatura:
[1] Shi, V. T. S. Evaluating the performability of tactical communications networks, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 53, January 2004 (str. 253-260).
[2] ------, FEATURE TOPIC: SOFTWARE RADIOS, IEEE
Communications Magazine, Vol. 33, May 1995 (str. 24-68).
[3] Hanzo, L.; Wong C. H.; Yee, M. S.: Adaptive wireless transceivers — turbo-coded, turbo-equalized and space-time coded TDMA, CDMA and OFDM systems, John Wiley & Sons, 2002.
[4] Dukic, M. L.: Moderne telekomunikacije: odabrana pogla-vlja, Akademska misao, 2003.
[5] D. S. Vujic, M. L. Dukic, Analiza spoljne interferencije u DS-CDMA WLL sistemu, TELFOR'2000, Beograd, no-vembar 2000 (str. 219-222).
[6] Vujic, D. S.; Dukic, M. L.: Analiza interferencije u SS DS-CDMA WLL sistemu, Telekomunikacije, septembar 2002 (str. 12-20).
[7] Ponos, Z. M.; Dukic, M. L.: Analysis of GPS receiver antijamming characteristics, IEICE Transactions on Communications, Vol. E83-B, No. 10, October 2000 (str. 2411-2418).
[8] Vujic, D. S.: Opis nekih tehnika za potiskivanje sirokopoja-sne smetnje u SS DS-CDMA sistemima, TELFOR'2000, Beograd, novembar 2000 (str. 485-488).
[9] Certic, J. D.; Vujic, D. S.: Analiza ometanja FH signala sum-nim signalom u delu opsega signala sa frekvencijskim skaka-njem, Telekomunikacije, septembar 2002 (str. 26-30).
[10] Vujic, D. S.: Certic, J. D.: Komparativna analiza mogucih postupaka ometanja FH signala, TELFOR'2001, Beograd, novembar 2001 (str. 238-241).
