1 Оглавление Введение .................................................................................................................. ….2 1. Основные направления развития адаптивной радиосвязи КВ диапазона……4 1.2. Использование высокоэффективных передающих и приемных антенн….…5 1.3. Радиосвязь с использованием частотной адаптации 1.4. Использование компенсаторов помех 7 ………………………………...…8 1.5. Использование составных радиолиний через ретранслятор.... ............... …..11 1.6 Использование разнесённого приёма …………………… …………............12 1.7. Применение сигналов сложной структуры ..................................................... 13 1.8. Организация управления мощностью на выходе передатчика.....................15 2.Основные направления развития адаптивной радиосвязи КВ диапазона.......19 3. Технические основы перспективных систем КВ радиосвязи............................22 4. Векторная сигнальная обработка...........................................................................25 Заключение ....................................................................................................... .........27 Список использованной литературы ....................................................................... 28 2 Введение Одним из условий выполнения основных задач строительства и развития Вооруженных Сил Российской Федерации достигается путем обеспечения надежного функционирования системы управления Вооруженными Силами в различных условиях. При этом неотъемлемой составляющей военного потенциала государства является Военно-морской флот, который обеспечивает гарантированную защиту страны от агрессора, как в береговой зоне, так и на морских просторах. Вопросы управления военно-морскими силами в различных условиях, на сегодняшний день, решены не в полном объеме. Это проявляется в недостаточной устойчивости функционирования и разведзащищенности системы специальной связи для нужд обороны страны и ее элементов, особенно в военное время. Такое положение дел, в конечном счете, сказывается отрицательно на качестве предоставляемых специальной связью услуг. Возможность передачи сообщений на большие расстояния обеспечивает космическая и коротковолновая (КВ) связь. К преимуществам КВ радиосвязи можно отнести оперативность установления прямой связи на большие расстояния, простоту организации радиосвязи с подвижными объектами, возможность обеспечения связи через большие труднодоступные пространства (зоны повышенного заражения, труднопроходимые водные и горные районы, лесные завалы), высокую мобильность средств KB радиосвязи, довольно простую восстанавливаемость связи в случае нарушения (в результате воздействия как случайных. так и преднамеренных помех) и низкую стоимость одного канала на километр дальности связи и то, что при её использовании можно обойтись без промежуточных ретрансляционных станций при относительно небольшой мощности передатчиков. В задаче управления морскими силами и средствами данный вид связи имеет большое значение, а в период ведения боевых действий становится основным. 3 В тоже время КВ связи присущи и такие недостатки, как резкое затухание сигнала на трассе радиосвязи, различный характер замирания сигнала, ограниченная ёмкость используемого диапазона частот. Качество связи существенно зависит также от времени суток, года и состояния ионосферы. Кроме того, системы KB радиосвязи характеризуются чувствительностью к случайным и преднамеренным помехам, а также малым отношением скорости передачи к занимаемой полосе частот, значительной доступностью для средств радиоразведки и одновременно малым отношением сигнал-помеха в точке приема. Пути устранения этих недостатков, в принципе, и определяют те направления, по которым в настоящее время ведется поиск мер по повышению эффективности KB радиосвязи и проведению оптимизации комплексных многоцелевых систем КВ радиосвязи Военно-Морского флота, которые используются на дальних морских рубежах действия сил флота, где альтернативы такой комплексности просто нет. 4 1. Способы повышения эффективности радиосвязи КВ диапазона Особенностью связи в декаметровом диапазоне волн является наличие глубоких замираний сигналов и больших уровней помех от посторонних радиостанций. Уровни сигналов и помех в точке приёма изменяются по случайному закону. Согласно статистическим данным распределение уровней сигналов и помех в декаметровом радиоканале подчиняется нормальному закону. Для повышения эффективности рассчитываемой радиолинии можно использовать два пути: увеличить величину среднего превышения уровня сигнала над уровнем помех на входе приемника z; уменьшить величину допустимого превышения уровня сигнала над уровнем помех на входе приемника zдоп. К основным способам увеличения z, которые можно назвать также способами повышения энергетического потенциала радиоканала, обычно относят: применение передающей и приемной антенн, обладающих высокими направленными свойствами; применение метода частотной адаптации (работа на группе частот); передача сообщений по составным радиолиниям через ретранслятор; использование компенсаторов помех. К способам, позволяющим снизить величину допустимого превышения уровня сигнала над уровнем помех на входе приемника zдоп, относятся: применение разнесенного приема сигналов; адаптация по уровню мощности на выходе передающего устройства; использование радиосигналов, обладающих высокой помехоустойчивостью, в том числе сигналов сложной структуры. Рассмотрим особенности расчета показателей эффективности радиосвязи для всех указанных способов. 5 1.2 Использование высокоэффективных передающих и приемных антенн Важнейший элемент любой радиолинии — антенна. Это особенно важно для антенн КВ-радиосвязи. В тоже время ограниченность комплекта антенн мобильных радиосредств, практически исключение их дублирования для работы на одинаковых участках диапазона или при равных условиях ведения связи, приводят к трудностям в осуществлении маневра антеннами. В качестве примера можно привести, что когда для радиостанции вместо приемной антенны штырь 3 м, размещаемой на мачте, используются -образная антенна или логопериодическая антенна (ЛПА), имеющие больший коэффициент усиления. При одинаковой длине фидера выигрыш от такой замены на некоторых частотах составляет 7 8 дБ. Другим примером для этой же радиостанции при использовании для связи ЛПА может стать переход от вертикальной поляризации антенн обоих корреспондентов к горизонтальной. Дальность связи при этом в силу особенностей распространения земных волн разной поляризации увеличивается. Применение на радиолиниях более эффективных антенн требует, как правило, площадок больших размеров для их размещения, время развертывания антенно-мачтовых устройств может увеличиваться, что приводит к уменьшению мобильности средств связи. В силу известных законов электродинамики антенны КВ радиосвязи имеют огромные размеры и традиционно являются однонаправленными с параметрами диаграммы направленности, формируемыми геометрией антенн. В современных условиях, когда усилия исследователей и разработчиков сосредоточены на создании эффективных систем формирования цифровых сигналов, их обработки, адаптации параметров к сигнально-помеховой обстановке, повышении пропускной способности линий КВ радиосвязи, несовершенство антенных систем может существенно минимизировать конечный результат. В частности, в Арктической зоне России, где велик удельный вес островных территорий, высока вероятность просто не найти места для традиционных антенных полей. 6 Сегодня задача сокращения площадей, занимаемых полноразмерными эффективными антеннами КВ - узлов радиосвязи, неотделима от задачи совершенствования характеристик антенных КВ-систем. Доминирующей тенденцией в этой сфере является разработка антенных систем на основе фазированных антенных решеток (ФАР). Тенденция сама по себе не нова. Однако реализация таких комплексов на базе технологий и технических решений конца прошлого столетия обусловила отсутствие динамики изменения положений формируемых диаграмм направленностей, низкие показатели радиоэлектронной защиты и недостаточную чувствительность ФАР в целом. Учитывая тенденции совершенствования КВ радиосвязи как таковой, а также расходящийся характер углов возвышения лучей передающей и приемной антенн и углов возвышения радиотрассы, можно выделить основные направления совершенствования антенных систем: - обеспечение многоканальности приемных антенных систем; - разработка антенных систем с интеллектуальным изменением положения главного лепестка диаграммы направленности; - определение характеристик, типа излучателя удовлетворяющих и его требованиям основных к электрических единичному антенному элементу цифровой ФАР; - разработка оптимальных конфигураций размещения антенных элементов ФАР и расстояний между ними в диапазоне рабочих частот. Таким образом, в настоящее время, существует потребность и, главное, возможность ее совершенствования на цифровой основе, с тем чтобы привести связь на большие расстояния в соответствие с требованиями цифровой трансформации. 7 1.3 Радиосвязь с использованием частотной адаптации Если для работы радиолинии выделяется группа из количества выделяемых на радиолинию частот связи, то, как известно вероятность обеспечения связи с достоверностью не хуже заданной. Если предположить, что все частоты связи в статистическом смысле одинаковы, а критерием их смены является ухудшение качества связи ниже установленной нормы. Среднее время работы на одной частоте зависит как от требований к достоверности передаваемой информации, так и от условий ведения связи. Значения интервала корреляции уровней помех х рекомендуется выбирать в зависимости от протяжённости трассы: х = 3 4 мин для трасс длиной до 500 км, х = 4 6 мин для трасс 500 1000 км, х = 6 9 мин для трасс длиной свыше 1000 км. Таким образом, исходя из требуемой вероятности связи с мгновенной заменой частот связи, получаем требования к вероятности связи на одной закреплённой частоте, количеству выделяемых частот и времени, затрачиваемому на смену частоты. При этом количество выделяемых радиолинии частот и время смены рабочей частоты являются исходными данными при определении требований к аппаратуре адаптации, а вероятность связи на закреплённой частоте используется в качестве исходной величины для проведения дальнейших энергетических расчётов. 8 1.4 Использование компенсаторов помех Применение компенсаторов позволяет снизить уровень станционных помех на входе приёмника. Степень подавления помех в общем случае может быть определена коэффициентом компенсации. Величина коэффициента компенсации зависит от целого ряда факторов: типа компенсатора (пространственно-временного или сигнального), степени различия характеристик сигналов и помех, способа их обработки. При обосновании требований к ТТХ перспективных радиосредств обычно проводится анализ существующих и перспективных методов компенсации, выбирается конкретный метод и оценивается его эффективность в различных условиях сигнально-помеховой обстановки. Подобный анализ выходит за рамки настоящей работы, поэтому при расчётах энергетических параметров радиолинии будем полагать коэффициент компенсации заданным. Как показывает практика, технически реализуемая величина коэффициента компенсации в современных ДКМ радиолиниях составляет Кп = 10 – 100. Методика и порядок расчёта энергетических параметров радиолинии остаются при этом такими же, с той разницей, что при расчёте средних уровней станционных помех необходимо учитывать коэффициент подавления, т.е. x[ дБ ] x cт [ дБ ] а п , где x ст – среднестатистический уровень станционных помех, ап = 10 lgКп – величина коэффициента подавления. 9 1.5 Использование составных радиолиний через ретранслятор Передача сообщений через ретранслятор может осуществляться на радиолиниях как земных, так и ионосферных волн. В первом случае для построения составной линии связи организуется ретрансляционный пункт, находящийся между конечными пунктами трассы и производящий дополнительное усиление радиосигнала на его пути от одного корреспондента к другому. На трассах ионосферных волн, протяженность которых составляет около 1000 км и менее, повышение эффективности радиосвязи может быть достигнуто, если в результате перехода к ретрансляции сигналов радиолиния получит возможность использования для связи более высоких частот, на которых уровни помех значительно меньше. Для этого необходимо применять специальные радиоцентры-ретрансляторы, удаленные от развернутой сети радиосвязи на значительные расстояния, равные 2500 3500 км. При этом, кроме снижения уровня помех, увеличение z может быть достигнуто за счет использования на удаленных радиоцентрах-ретрансляторах мощных передатчиков и высокоэффективных антенн. При передаче сообщений по составному радиоканалу, сигнал от одного корреспондента вначале поступает на приемник ретранслятора, а затем его передатчиком ретранслируется другому корреспонденту. Переприем сигнала в месте ретрансляции может производиться на радио или на низкой частоте. В первом случае сигнал снимается с тракта принимаемой частоты или одного из трактов промежуточных частот приемника ретранслятора, а во втором – с выхода демодулятора и подается на соответствующий вход передатчика ретранслятора. Наиболее предпочтительным является переприем по низкой частоте, поскольку позволяет в значительной степени ослабить влияние помех 1-го участка составной радиолинии на качество приема сообщений на втором. Процессы ретрансляции непрерывных и дискретных сигналов имеют свои особенности. 10 При передаче непрерывных сигналов на 2-й участок радиолинии ретранслируются помехи, накопленные на 1-м участке, причем мощность передатчика ретранслятора РПРД р перераспределяется между сигналом и помехами. Коэффициент пропорциональности при переприеме по низкой частоте можно определить, если сравнить мощности сигнала и шума на выходе линейной части приемника ретранслятора. Можно считать, что независимо от вида модуляции сигнала существующее в этой точке радиоканала соответствие между величинами этих мощностей сохранится не только до входа усилительных каскадов передатчика ретранслятора, но и до его выхода. Необходимые для расчета коэффициента kп мощности сигнала и помех на входе приемника ретранслятора определяются на основе уравнений передачи, построенных для 1-го участка составной радиолинии. Исходя из этого, мощности сигнала и помех на входе согласованного по сопротивлению и поляризации приемника ретранслятора Мощность помех на входе приемника корреспондента складывается из мощностей внешних шумов, шумов антенно-фидерного тракта, а также помех, переизлученных с 1-го участка радиолинии. При переприеме дискретных сигналов в пункте ретрансляции производится восстановление непосредственно информационных посылок. Поэтому мощность шумов на выходе приемника ретранслятора Рш вых р = 0. Следовательно, теперь вместо накопления шумов происходит накопление ошибок, заключающееся в том, что модулирующий низкочастотный сигнал для передатчика ретранслятора содержит в себе ошибки первого участка радиолинии, возникающие после демодуляции радиосигнала в приемнике ретранслятора. Причем можно считать, что процессы возникновения ошибок на каждом из участков не зависят друг от друга. Одним из способов повышения эффективности радиосвязи при использовании ретрансляции сигналов является такой, при котором для передачи сообщений между двумя корреспондентами назначается несколько независимых 11 направлений связи ретрансляторами через различные радиоцентры-ретрансляторы. Такими могут быть обычные радиоцентры сети радиосвязи, выделяющие для этого часть своего ресурса. При этом подобно частотной адаптации радиолиния в процессе функционирования получает возможность выбирать для передачи каждого сообщения направление связи, лучшее из всех возможных в текущий момент времени. Также отметим, что при переприеме дискретных сигналов кроме восстановления посылок на пункте ретрансляции может производиться перекодирование сигнала. При этом количество ошибок в принимаемом сигнале уменьшается и, следовательно, требование к качеству связи может быть несколько ослаблено. 12 1.6 Использование разнесённого приёма За счёт разнесённого приёма можно повысить качество принимаемой информации и эффективность радиосвязи ионосферными волнами. Он является одним из эффективных методов борьбы с замираниями. Различают частотное, пространственное и поляризационное разнесение при приеме радиосигналов. Основной недостаток частотного разнесения (по сути частотной адаптации) состоит в расширении полосы частот, занимаемой линией радиосвязи, что приводит к увеличению взаимных помех, к ухудшению ЭМС средств радиосвязи в ДКМ диапазоне. Чаще других в практике радиосвязи применяется способ пространственного разнесённого приёма. Эффективность того или иного метода разнесенного приема во многом определяется способом обработки сигналов на приемной стороне. Наибольшее распространение на практике получили способы автовыбора и линейного сложения. При этом наиболее простой и достаточно эффективной оказывается обработка сигналов по методу автовыбора той ветви (тракта приёма), в которой уровень сигнала максимален. При данном методе приёма сигналов ЧМн, как известно, вероятность ошибки определяется выражением Методика и порядок расчёта энергетических параметров радиолинии в данном случае остаются в основном такими же, как при одиночном приёме на закреплённых частотах. Разница будет лишь в определении допустимого превышения уровня сигналов над уровнем помех на входе приёмника. 13 1.7 Применение сигналов сложной структуры Перспективным способом повышения эффективности радиосвязи, особенно в условиях сильной загрузки диапазона частот посторонними радиостанциями, является использование для передачи сообщений радиосигналов сложной структуры, под которыми понимаются сигналы с быстро меняющимися по определенному закону параметрами. Сущность всех методов формирования таких сигналов сводится к тому, что их образование осуществляется способом двойной модуляции: на первом этапе несущее колебание модулируется информационным сигналом, а на втором – полученный радиосигнал дополнительно (повторно) модулируется по определенному, характерному только для данного направления связи закону. Наиболее широко в радиосвязи в настоящее время используется два вида повторной модуляции: 1. Фазовая (относительная фазовая) модуляция несущего колебания цифровой кодовой последовательностью с частотой следования символов, во много раз превосходящей скорость передачи информационных сигналов. Системы связи, использующие этот метод формирования радиосигналов, называются системами с фазоманипулированными псевдослучайными сигналами (ФМн-ПСП). 2. Модуляция несущего колебания путем изменения (сдвига) его частоты в дискретные моменты времени. Радиолиния во время передачи сообщений не остается на фиксированной частоте, а переходит с одной частоты на другую, выбирая их из некоторого множества, причем порядок использования частот определяется кодовой последовательностью, заданной для этой радиолинии. Такой метод называется псевдослучайной или программной перестройкой рабочих частот (ППРЧ). При этом различают «быструю» ППРЧ, для которой на длительности одного элементарного информационного сигнала происходит несколько перестроек (скачков) несущей частоты, и «медленную», когда скачки производятся после передачи нескольких информационных посылок. Сигналы с 14 «быстрой» ППРЧ можно отнести к последовательным многочастотным составным сигналам или сигналам типа частотно-временных матриц (ЧВМ). Сигналы типа ЧВМ представляют собой совокупность элементарных частотно-разнесенных сигналов, следующих друг за другом последовательно во времени через интервалы времени. Каждая такая последовательность несет информацию об определенном символе (0 или 1) и передается на Q частотах. Высокая помехоустойчивость сигналов типа ЧВМ обусловлена их большой избыточностью по частоте и по времени, что позволяет реализовать все преимущества разнесенного приема. Наиболее часто при приеме сигналов типа ЧВМ осуществляется их некогерентная обработка с весовым, зависящим от мощности помех, сложением сигналов каждого из разнесенных каналов. Информация о мощности помех может быть получена в паузах между элементарными сигналами на каждой частоте. Сигналы типа «медленной» ППРЧ в настоящее время предполагается применять в основном для защиты от специально организованных помех. При использовании на радиолиниях режима «медленной» ППРЧ радиосигнал в сущности представляет собой последовательность узкополосных сигналов, передаваемых на разных частотах. Помехоустойчивость приема сообщений для радиолиний, осуществляющей переходы с одной частоты на другую, будет зависеть от того, присутствует ли на них помеха. 15 1.8 Организация управления мощностью на выходе передатчика Одним из самых простых способов повышения эффективности радиосвязи ранее считалось применение мощных передатчиков. Однако на применение передатчиков, имеющих большую мощность, накладывается ряд ограничений. Прежде всего, необходимость выполнения требований по электромагнитной совместимости радиосредств и разведзащищенности системы связи. Кроме того, в полевых условиях при ограниченном ресурсе радиосредств применение передатчиков большой мощности возможно только на наиболее важных направлениях связи. Примером использования указанного способа для радиолиний может стать переход от радиостанции средней мощности (1 кВт в антенне) к радиостанции большой мощности (5 кВт в антенне). При этом уровень сигнала на входе приемника увеличивается только на несколько децибел. Такое незначительное повышение при значительном повышении мощности передатчика получается неоправданным и способствует разработке адаптивных систем радиосвязи, в которых управление (адаптация по уровню) выходной мощности передатчиков радиолиний организуется при реализации других приведенных способов повышения эффективности ДКМ радиосвязи. Например, адаптация по уровню выходной мощности РПдУ радиостанции организуется в рамках адаптации по частоте радиолинии совместно с пространственно-разнесенным приемом. Организация управления выходной мощностью передатчиков ЧАРЛ в рамках ее частотной адаптации является решением противоречивой задачи. Стохастичность декаметрового канала связи при передаче цифровых сообщений, приводит к замираниям сигналов, а так же межсимвольной интерференции и существенным образом снижает качество связи. Поэтому, для повышения достоверности приема сообщений в таких условиях, требуемое значение мощности передатчика увеличивают, чтобы обеспечить гарантированное превышение уровня сигнала над уровнем шума при заданной вероятности ошибки. 16 С другой стороны, потребности в частотах связи превышают частотный ресурс декаметрового диапазона. Для работы различных радиолиний часто используются близкие частоты, что приводит к неизбежному появлению взаимных помех, называемых станционными. Данные помехи являются основными в декаметровом диапазоне. Снижение уровня таких помех возможно лишь путем уменьшения уровня излучаемой передатчиками мощности при использовании направленных антенн. Очевидно, существует противоречие, обусловленное противоположностью методов устранения негативных воздействий замираний и станционных помех. Указанное противоречие может быть минимизировано путем реализации адаптивного по мощности канала связи. Весьма актуальной задачей является разработка метода управления уровнем мощности на выходе передатчика на основе многопараметрической адаптации, с учетом состояния канала связи (уровня замираний, уровня станционных помех и др.). Решение поставленной задачи подразумевает комплексное решение ряда частных задач: - формирование оценки состояния канала связи с учетом законов вероятностного распределения смеси полезного сигнала и помех различной физической природы, действующих в точке приема; - оптимизация уровня излучаемой мощности при вхождении в связь и ее ведении, в соответствии с проведенной оценкой состояния канала связи; - адаптивное управление излучаемой мощностью с учетом изменения состояния канала связи; - обеспечение оптимального с энергетической точки зрения режима работы передатчика. Опытным путем было доказано, что при одинаковых энергетических затратах в сетях радиосвязи с динамическим управлением уровнем мощности передатчиков и без рассматриваемого управления, устойчивость работы радиолиний и ёмкость радиосети с управлением мощностью возрастает в несколько раз. 17 Для реализации адаптации канала связи по мощности в радиолинии декаметрового диапазона важно иметь структуру предающего тракта радиостанции, позволяющую организовать управление выходной мощностью передатчика с учетом стохастичности канала связи при обеспечении высокого коэффициента полезного действия усилителя мощности. Отдельно следует выделить требование по обеспечению высокой линейности усилителя мощности при осуществлении управления мощностью на его выходе. Оценка состояния канала связи, то есть, оценка уровня замираний в канале связи может быть сформирована при использовании идентификатора закона распределения огибающей принимаемой смеси полезного сигнала и шума. Работа идентификатора в структуре блока анализа аппаратуры адаптации должна обеспечивать требуемую точность в управлении уровнем выходной мощности передатчика. Во многих известных схемах передатчиков широко применяется регулировка излучаемой мощности на его выходе путем изменение уровня напряжения возбуждения. Такой метод, как правило, используется в схемах автоматического регулирования уровня мощности (АРУ) для поддержания выходной мощности передатчика на заданном уровне. Использование данного способа для управления уровнем мощности передатчика в рамках адаптации по мощности затруднительно в силу ряда недостатков: - перестройка по мощности возможна лишь в небольших пределах; - инерционность перестройки; - нарушение режима работы по напряженности и, как следствие, низкий КПД. Еще одним известным способом регулирования выходной мощности передатчика является управление количеством коммутируемых усилительных модулей в оконечном каскаде усилителя мощности. Способ основан на ступенчатой регулировке выходной мощности передатчика путем выключения одного или нескольких модулей оконечного каскада усилителя мощности. 18 Особенностью данного передатчика является построение оконечного каскада усилителя мощности по модульной схеме на основе использования схем сложения мощности нескольких генераторов. Принцип сложения мощностей широко используется при построении полупроводниковых передатчиков, поскольку он позволяет получить большие уровни мощности с помощью относительно маломощных активных приборов, а так же снизить влияние изменения нагрузки на режим работы усилителей мощности. Основным достоинством рассматриваемого способа управления мощностью является малое время перестройки. Недостатки: - большой шаг перестройки по мощности (определяется мощностью усилительного модуля); - диапазон перестройки по мощности ограничен шагом перестройки; - нарушение режима работы по напряженности и, как следствие, низкий КПД. Таким образом, основные недостатки существующих способов управления мощности связаны с нарушением режима работы усилителя по напряженности и снижением его КПД, с трудностью обеспечения требуемого шага дискретной перестройки, а также с инерционностью перестройки. Обеспечение адаптации по уровню выходной мощности передатчика декаметрового диапазона предлагается на основе комплексного подхода, минимизирующего недостатки известных способов управления мощностью. Управляя выходной мощностью передатчика, с учетом закона распределения огибающей сигнала, в рамках многопараметрической адаптации в радиолинии декаметрового диапазона позволит снизить уровень станционных помех при учете особенностей декаметрового канала. При этом должна обеспечиваться минимально необходимая мощность передающих устройств, при которой сохраняется требуемое качество канала связи. 19 2. Основные направления развития адаптивной радиосвязи КВ диапазона Наибольшее распространение получил метод частотной адаптации, реализованный в частотно-адаптивных радиолиниях (ЧАРЛ). Специалисты считают, что для надежности круглосуточной работы линий KB радиосвязи в условиях случайных помех необходима непрерывная перестройка передатчика и приемника на наиболее оптимальную для данного момента времени рабочую частоту. Выбор такой частоты осуществляется с помощью специализированных ЭВМ и микропроцессорной техники. Значительные успехи в этой области, достигнутые к настоящему времени, существенно увеличили число факторов, учитываемых при выборе оптимальной частоты. Так отмечается, что на реально действующих линиях KB радиосвязи выбор оптимальной частоты осуществляется автоматически с помощью специальной программы, учитывающей кроме перечисленных выше факторов координаты передатчика и приемника, мощность передатчика и чувствительность приемника, тип антенны, время года и суток и др. Метод частотной адаптации не реализует всех потенциальных возможностей повышения качества KB радиосвязи. Поэтому в последние годы внимание многих исследователей все чаще привлекают вопросы, связанные с многопараметрической адаптацией. В настоящее время четко обозначились два направления в использовании адаптивных методов ведения радиосвязи. Первое предполагает адаптацию к изменению условий распространения радиоволн и уровней случайных помех, а второе — к воздействию средств радиоразведки и преднамеренных помех. В печати имеется большое число сообщений об успешном решении подобных задач и экспериментальном исследовании их технической реализации. Дать практическими навыками работы на обычном телефонном аппарате. В рамках развития КВ радиосвязи основные усилия разработчиков сосредоточены не только на исключении свойственных КВ-радиосвязи недостатков, но и на придании ей новых свойств, отвечающих современным и 20 перспективным требованиям. К недостаткам КВ радиосвязи относятся: резкое затухание сигнала на трассе радиосвязи, различный характер замирания сигнала, зависимость качества связи от времени суток, года и состояния ионосферы, ограниченный ресурс используемого диапазона частот, а также низкие скорости, достигаемые в стандартных каналах. Основной метод парирования этих недостатков - адаптация. Традиционной и наиболее распространенной является частотная адаптация, которая опирается на результаты зондирования ионосферы. Этот метод и сегодня не утратил своего значения и, более того, претерпевает существенные изменения, связанные с внедрением специализированных ЭВМ и микропроцессорной техники. Это не только повышает быстродействие операций по оптимизации рабочих частот, но и позволяет существенно расширить перечень параметров, учитываемых в ходе оптимизации. К числу таких параметров относятся координаты передатчика и приемника, мощность передатчика и чувствительность приемника, тип антенны, время года и суток и др. Однако метод частотной адаптации, несмотря на свое развитие, не реализует всех потенциальных возможностей повышения качества KB радиосвязи. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется многопараметрической адаптации к динамически изменяющейся сигнально-помеховой обстановке. Особенно важна такая адаптация в Арктической зоне, где полярные и субполярные линии связи частично захватывают или пересекают авроральную зону либо пролегают вблизи нее. При этом в качестве физической основы многопараметрической адаптации могут рассматриваться как оценки соотношения сигнал/шум в полосе 3 кГц, доплеровских сдвигов частот, степени многолучевости и времени запаздывания лучей в основном канале связи по рабочему сигналу, так и результаты непрерывной оценки помеховой обстановки на резервных каналах связи. Выбор параметра адаптации может осуществляться по критерию Гурвица. При этом ключевыми параметрами канала связи, изменяемыми в ходе многопара- 21 метрической адаптации, являются несущая частота, мощности излучения, поляризация, сигнально-кодовая конструкция (скорость передачи информационных символов, вид модуляции, способ кодирования и т.д.). При использовании сигналов OFDM, кроме того, могут применяться изменение количества и расстановки субчастот, а также адаптивное перераспределение информационного потока и мощности передатчика между субчастотами сигналов OFDM. Логика многопараметрической адаптации, необходимость сокращения времени реакции алгоритмов адаптации, требования рынка по повышению качества и расширения спектра услуг КВ радиосвязи в сочетании с общей тенденцией перехода к цифровой экономике — все это привело к необходимости перевода на цифровую основу операций, составляющих суть организации и осуществления связи. Речь идет, в том числе, и о цифровой обработке при приеме обычных сигналов. Внедрение методов цифровой обработки сигналов в системах связи обеспечит, с одной стороны, реализацию любых формально описываемых преобразований сигналов, а с другой — переход к программно-конфигурируемым (SDN) и когнитивным сетям связи. И в то же время переход на цифровой формат — это ключ к решению задачи масштабной конвергенции технологий связи, созданию гибридных сетей связи и формированию единого информационного пространства. 22 3. Технические основы перспективных систем КВ радиосвязи Принимая во внимание перечисленные общие тенденции и направления развития КВ радиосвязи, в России в настоящее время идет создание федеральной системы КВ радиосвязи основанной на современных достижениях отечественной науки и техники. С целью формирования технической основы перспективных систем КВ-радиосвязи, ведутся перспективные исследования и разработки, такие как: - модернизация антенно-фидерного оборудования КВ диапазона с отказом от протяженных антенных полей и заменой их на эффективные компактные антенные системы, занимающие малые площади; - развитие совмещенных радиоцентров диапазона КВ; - развитие многопортовых антенных систем, в том числе поляризационноизбирательных, обеспечивающих векторную сигнальную обработку; - совершенствование приемно-передающего оборудования на основе технологий цифровой обработки сигналов; - совершенствование методов и средств сигнальной обработки; - внедрение векторной сигнальной обработки; - освоение новых, перспективных технологий сигнальной обработки, в том числе для решения специальных задач; - развитие средств обеспечения: имитаторов радиоканалов, специализированного программного обеспечения, учебно-тренировочных средств и т.д. Указанные разработки объединены тенденцией к конвергенции программно-аппаратных и антенных компонентов радиосистем и, соответственно, к конвергенции частотно-временной и пространственной обработки сигналов. Реализуя эти тенденции, ФГУП НИИР осуществляет создание в интересах КВрадиосвязи как аппаратных средств, антенных модулей и программного обеспечения, так и системных решений. 23 При этом на системном уровне решаются следующие задачи: - обеспечение перехода от автоматизированных систем к адаптивным и далее – к системам когнитивного радио. Такой переход невозможен без освоения SDN-технологий; - повышение спектральной эффективности. Сейчас реализуется порядка 3 бит/Гц; - повышение энергоэффективности; - снижение эксплуатационных расходов и площадей. В сфере антенной проблематики в течение ряда лет ведутся исследования, направленные на создание приемных и передающих антенных систем, в том числе малогабаритных, аккумулирующих целый спектр перспективных требований и дающих возможность использовать наиболее эффективные способы формирования, селекции и обработки сигналов. Одним из примеров такого многофакторного решения являются рамочные трехортогональные малогабаритные антенны , которые позволяют купировать влияние Земли на их характеристики, самостоятельно осуществлять прием и пространственную селекцию сигналов, а также служить антенным элементом фазированных антенных решеток. В области создания перспективных антенных систем на базе ФАР наиболее рельефно проявляются конвергентные тенденции, отмеченные выше. На рис. 1 показана структурная схема перспективной цифровой приемной антенной решетки КВ-диапазона с использованием элементов фотоники. Рис.1 24 В этом решении в полной мере реализован принцип конвергенции антенной и программно-аппаратной составляющих. Действительно, здесь невозможно провести четкую границу между указанными компонентами. Аналоговая радиоприемная часть начинается уже в антенных элементах, там же происходит оцифровка сигналов. Однако окончательное формирование диаграмм направленности осуществляется в специальном вычислителе. Характерной чертой решения является отсутствие высокочастотных фидеров для передачи парциальных сигналов от антенных элементов к аппаратуре обработки. Вместо высокочастотных аналоговых сигналов передаются соответствующие цифровые сигналы, причем передача осуществляется по волоконно-оптическим линиям. Для передающих КВ антенн реализована конвергенция технологии Predistortion. Формирование высокочастотных сигналов происходит в антенных модулях на основе прямого цифрового синтеза. То есть высокочастотные сигналы ни в аналоговой, ни в цифровой форме вообще не передаются от аппаратной части к антенным модулям – только данные, содержащие информацию об этих сигналах, и, параллельно, модулирующий сигнал. Такое решение позволяет без каких-либо ограничений воздействовать как на фазы, так и на амплитуды парциальных сигналов, оптимизируя тем самым энергетику решетки. Дополнительная возможность – подавление сигнала как блокирующей помехи в направлении радиоцентрах. собственной приемной радиосистемы на совмещенных 25 4. Векторная сигнальная обработка В ходе создания перспективных антенных систем КВ диапазона в настоящее время активно разрабатываются и внедряются алгоритмы векторной сигнальной обработки, которая поддерживается использованием поляризационноизбирательных антенн и антенн с пространственно разнесенными элементами. Векторная сигнальная обработка позволяет решать следующие задачи: - подавление мощной блокирующей помехи от собственного передатчика в совмещенных радиоцентрах диапазона ВЧ; - «слепое» разделение сигналов, в том числе со сверхразрешением; - подавление непреднамеренных и преднамеренных сосредоточенных помех в полосе основного канала приема; такое подавление осуществляется также на основе «слепого» разделения; - пеленгация источников радиоизлучений; - локация источников радиоизлучений триангуляционным методом; - маскировка сигналов шумом и другими мощными сигналами, обнаружение замаскированных сигналов и другие специальные задачи. Поляризационно-избирательный прием обеспечивает также такие дополнительные возможности, как одноточечная пеленгация и реализованный на ее основе триангуляционный метод локации. Не менее важными самостоятельными направлениями усовершенствования являются «слепое» разделение сигналов и его различные приложения, в частности в области маскирования сигналов шумом и другими мощными сигналами, а также обнаружение замаскированных сигналов. При разделении используются различия сигналов: - в частотно-временной области – некогерентность сигналов; это необходимое условие разделения в принципе; - в пространственной области – приход сигналов с разных направлений, так называемый эффект пеленгатора; - различия сигналов по поляризации, что обеспечивает возможность 26 разделения даже при приходе сигналов практически с одного направления. К настоящему времени получено экспериментальное подтверждение возможности эффективного «слепого» разделения сигналов на основе разрабатываемых в технических, алгоритмических и программно-аппаратных решений. 27 Заключение За последние годы в результате развития теории цифровой обработки сигналов, управления и кодирования, появились принципиально новые подходы к решению классических задач радиосвязи, которые позволяют повысить скорость и достоверность передачи сообщений в КВ диапазоне, а также решить возникающие задачи по обеспечению устойчивой КВ радиосвязи. Также стоит отметить, что все приведенные задачи необходимо решать в режиме реального времени. Поэтому только в настоящее время, когда появились высокопроизводительные вычислители, возникла возможность их реализации. Более того, можно сказать, что часть задач выдвигают требования по росту производительности на ближайшую перспективу и полностью оправдывают, на первый взгляд кажущиеся излишними вычислительные ресурсы. Часть предлагаемых решений находят свою реализацию в автоматической адаптивной системе радиосвязи При этом планируется внедрение новых полученных технологий для её дальнейшего развития и модернизации. Использование предлагаемого подхода позволяет построить высокоэффективную систему связи, способную адаптивно менять свои параметры, а значит, своевременно реагировать на изменение качества канала связи в соответствии с решаемой в данный момент задачей. При этом можно организовать автоматический выбор оптимального режима связи, а все необходимые оценки и данные для решения технологических проблем можно получить с помощью детального анализа принимаемого информационного синхронизирующих сигнала, последовательностей а использование практически везде тестовых и становится принципиально излишней операцией. Это позволяет значительно повысить информационную скорость передачи и помехоустойчивость в сравнении с аналогичными системами. 28 Список использованной литературы 1. Комарович В.Ф., Ромвненко В.Г. КВ радиосвязь.Состояние и направления развития. —. 1994 2. Уайндер, Стив. Справочник по технологиям и средствам связи / С. Уайндер; Пер. с англ. О. М. Субина, Н. И. Баяндина . М.: Мир, 2000 3. Ступницкий М.М., Лучин Д.В.. Потенциал КВ-радиосвязи – для создания цифровой экосистемы России. - Электросвязь, № 5, 2018. 4. Егоров В.В., Мингалев А.Н. Адаптивное управление мощностью и видом модуляции в субканалах OFDM сигналов // Новые технологии: матер. XIII Всерос. конференции по новым технологиям, Миасс, 2016. - М.: Изд-во РАН, 2016. 5. Радиотехника, электроника и связь – сборник докладов VI международной научно-технической конференции. – АО «ОНИИП», 2021. 6. Комарович, В.Ф. Случайные радиопомехи и надежность КВ-связи 7. Агарышев, А.И. Системы коротковолновой радиосвязи с подавлением многолучёвости сигнала / А.И. Агарышев, В.А. Агарышев, П.М. Алиев, К.И. Труднее. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 8. Баскаков, С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для ВУЗов по спец. «Радиотехника» / С.И. Баскаков. М.: Высшая школа, 2003
