2014-10-31

KF

1

ŁĄCZNOŚĆ RADIOWA KF

Zakład Radiokomunikacji i Walki Radioelektronicznej

Jarosław MICHALAK

Główne elementy modelu propagacji przyziemnej

i jonosferycznej

2014-10-31

KF

3

Łączność krótkofalowa



Wady:



zaniki i tłumienie sygnałów,



mała pojemność zakresu,



istotna zależność warunków propagacji od pory dnia i roku,



stosunkowo łatwy dostęp służb rozpoznania jeśli chodzi o
zastosowania wojskowe.



Zalety:



zdolność szybkiego realizowania łączności na dużą odległość bez

punktów pośredniczących,



prostota realizacji łączności przez tereny trudno dostępne (np. strefy

górskie, podmokłe, zawały leśne),



duża mobilność sprzętu oraz niska cena pojedynczego kanału

łączności w przeliczeniu na kilometr.

PROTOKOŁY BEZPOŁĄCZENIOWE CLNP

(ang. CONNECTIONLESS NETWORK PROTOCOLS,

Z KOMUTACJĄ WIADOMOŚCI)

Każdy pakiet jest wprowadzany do sieci i odnajduje swoją drogę

(

Wysokie obciążenie węzłów, bardzo dobre rozwiązanie w przypadku dużej ilości użytkowników o małych

(sporadycznych) transmisjach.

PROTOKOŁY Z KOMUTACJĄ KANAŁU – CO

(ang. CONNECTION ORIENTED PROTOCOLS)

Połączenie ustalane przy wykorzystaniu krótkich wiadomości

Informacja przesyłana przy wykorzystaniu określonych protokołów

Automatyczna kontrola przepływności i warunków kanałowych

Podstawowe klasy protokołów

Zalety radia pakietowego

–Niezawodna łączność (=zero błędów) w niepewnym kanale KF

-

Długość dostarczania wiadomości zmienia się wraz ze zmianą warunków

kanałowych

– Łatwość współpracy z innymi sieciami

-

interoperacyjność

-

Możliwość retransmisji, powtarzania i przechowywania danych

– Efektywne wykorzystanie zasobów widmowych
– Monitorowanie łącza i efektywna ocena jakości transmisji, mechanizmy

zarządzania siecią (powtarzanie pakietów, szybkość modemów, częstotliwość)

WARUNKI KANAŁOWE

PRZ

EPŁ

YWN

OŚĆ

Złe

Dobre

W

y

soka

KANAŁ

Protokół TD

Transmisja bez błędów

Przepływność a warunki kanałowe

ISTOTA ARQ

P #1

P #2

R P #2

P #3

P #4

P #5

R P #5

P #6

CONNECTION REQUEST

READY

ACK

ACK

ACK

ACK

ACK

ACK

?

?

DISCONNECT REQUEST

DISCONNECTED

GOTOWOŚĆ DO NASTĘPNEJ WIADOMOŚCI

GOTOWOŚĆ DO NASTĘPNEJ WIADOMOŚCI

RADIOSTACJA NADAJĄCA

RADIOSTACJA ODBIERAJĄCA

N

O

JONOSFERA

Częstotliwość

Pasmo/koherencja

Plamy słoneczne

Burze magnetyczne

Efekty warstw sporadycznych

Efekty podbiegunowe

INTERFERENCJE

[

Brak efektywnej , międzynarodowej

PREDYKCJA CZĘSTOTLWOŚCI

ŁĄCZNOŚĆ KF BLOS

Koordynacji częstotliwości]

Protokoły radia pakietowego: Przepływność Warunki kanałowe

Absorbcja nuklearna

FALA PRZYZIEMNA

Modemy adaptacyjne:

wielodrogowość/zaniki i interferencje

(Tylko dla fali przestrzennej)

2014-10-31

KF

9

Możliwości wykorzystania



Dla

użytkowników stacjonarnych odległych od centrów

zurbanizowanych (poza polem bezpośredniego widzenia) –
transmisja głosu lub danych



Jako alternatywa łączności satelitarnej dla abonentów mobilnych
poza rejonem zurbanizowanym – transmisja głosu lub danych przy
wykorzystaniu technik ALE (ang. Automatic Link Establishment)



Szybkie połączenie awaryjne do sektora (sieci), który został
pozbawiony łączności



Szybka i tania alternatywa łączności do rejonów klęsk żywiołowych
czy wydzielonych rejonów działań sił specjalnego przeznaczenia z

możliwością zapewnienia dużych zasięgów i oferowania dostępu do
internetu (głównie poczta elektroniczna)



Szerokopasmowa łączność KF



Krótkofalowy internet

2014-10-31

KF

10

Kierunki badań



Zapewnienie wykorzystania łączności KF w internecie



Zapewnienie skutecznego przesyłania poczty elektronicznej przez sieć KF
opracowanie standardowego sposobu kompresji danych w systemach KF



Zapobieganie zatorom w systemach KF poprzez:

- efektywniejsze techniki LQA (ang.Link Quality Analysis),

- oddzielne częstotliwości wywołania, LQA i wymiany informacji,

- skuteczniejszą ocenę zajętości kanału podczas nasłuchiwania,

- efektywniejsze techniki wywołania



Skrócenie procesu zestawiania połączenia:

- wymagające jedynie zmian w czasach (skanowania i wywołania)

obecnie stosowanego algorytmu ALE 2G (ang. ALE 2 Generation),

- stosujące nowe rozwiązania lecz wewnętrznie kompatybilne z ALE

2G (są to np. systemy ALE 3G, które umożliwiają odbiór wywołań również

własnego od systemów 2G),

- stosujące nowe rozwiązania, wewnętrznie niekompatybilne z

dotychczasowymi systemami, z możliwością odbioru wywołań ze starszych

systemów w wyznaczonych przedziałach czasu



Opracowanie efektywnego modemu dla zakresu krótkofalowego

2014-10-31

KF

11

Dokumenty związane

•

MIL-STD-188-110A (1980) – właściwości modemów

•

STANAG 4285 (1989) – charakterystyka jednotonowych modemów KF
(1200, 2400, 3600 b/s)

•

STANAG 4203 (1988) – właściwości sprzętu dla jednokanałowego KF

•

MIL-STD-188-141B (1998) – właściwości średnio- i krótkofalowych

systemów radiowych (ma zastąpić MIL-STD-188-141A (1988))

o

ALE 2G

o

ALE 3G

o

Sieci KF

o

Techniki ECCM

o

Protokoły transmisyjne

•

MIL-STD-187-721D (1998) – zaawansowane techniki adaptacyjne

w łączności KF (ma zastąpić MIL-STD-187-721C (1994) )

Rodzaje pracy

Ustalona częstotliwość (FF)

•

simpleks

•

półdupleks

Automatyczne zestawianie połączenia (ALE) wykorzystujące

•

automatyczny wybór częstotliwości (AFS)

•

szybkie ALE

•

automatyczną zmianę częstotliwości (AFC)

•

automatyczną regulację mocy (APC)

•

automatyczne zarządzanie szybkością transmisji

Skakanie częstotliwości (głos 10/s, dane 20/s)

•

automatyczny wybór podpasma

•

adaptacyjne FH

Usługi



Mowa analogowa kodowana



Mowa analogowa niekodowana



Mowa cyfrowa kodowana (wokoder)



Praca kluczem telegraficznym



Szyfrowana wolna transmisja danych



Szyfrowana szybka transmisja danych



Wiadomości alarmowe

Modulacje



Telefonia J3E, H3E, F3E (DWB lub GWB)



Telegrafia J2E (DWB lub GWB)



Telefonia AM



Wolna transmisja danych

– 8FSK, 125Bd



Szybka transmisja danych

– 2,4 lub 8PSK,

2400Bd

Parametry techniczne

•

Zakres częstotliwości

- 1,5MHz do 29,9999 (60MHz) MHz

•

Liczba kanałów - 285 000 co 100Hz

•

Predefiniowane kanały

- 100

•

Stabilność częstotliwości – 2 ppm

•

Moc

- 20W, 5W, 1W

•

Zasilanie

- 14,5V/5A (Odb

– 300mA), 26,4V/1,5A

•

Waga

- 4

– 7 kg

•

Czułość odbiornika - J3E – SINAD 10dB: 0,6μV, J2E: 0,2 μV

•

Anteny

-

prętowe (1,2; 2,4; 3; 4; 5m), dipol, antena

przewodowa, NVIS

•

Czas zestawiania połączenia w ALE – 5s – 30s

Automatyczne zestawianie
i utrzymywanie połączenia

1 Faza

– automatyczne zestawienie

połączenia sieciowego lub na

kierunku, z niezbędną mocą i na

pierwszej dobrej częstotliwości

2 Faza – automatyczne utrzymywania

jakości połączenia przy
wykorzystaniu automatycznej zmiany
mocy lub częstotliwości

Praca ze skaczącą częstotliwością

1 Faza

– wybór

podpasma roboczego

2 Faza

– wybór użytecznych

częstotliwości

Wprowadzanie danych inicjalnych



Urządzenie ładowania

kluczy i częstotliwości



Urządzenie kopiujące



Fill-gun



„klonowanie” nastaw
radiostacji

2014-10-31

KF

20

ALE 2G obejmuje



Selektywne wywołanie



Przywitanie (handshake)



Analiza jakości połączenia (LQA)



Wybór kanału



Skanowanie kanału



Sondowanie kanału



Dodatkowo LP (Linking protection)

2014-10-31

KF

21

Stanowisko KF

Kontroler

Sieci

Modem danych

i kontroler

Kontroler ALE

i modem

Radiostacja

SSB

Informacja

użytkownika

2014-10-31

KF

22

Rodzaj emisji

Max. Pasmo 3dB (kHz)

Czy koniecznie

Fala

ciągła (ICW)

0,5

Tak

*

FSK (przesuw 85 Hz)

0,3

Nie

FSK (przesuw 850 Hz)

1.1

Nie

SSB

– poj. kanał

f

0

+(0,3-3,05)

Tak

ISB
2

kanały

f

0



(0,3-3,05)

Nie

4

kanały

F

0



6,16

Nie

Rodzaj emisji wymagany od

radiostacji



nie konieczne dla radiostacji wykonanych do ALE

2014-10-31

KF

23

Zasady funkcjonowania ALE 2G

1. Niezależny od innych odbiór równoległy ALE - krytyczne
2. Zawsze słuchać sygnałów ALE - krytyczne
3. Zawsze odpowiadać (chyba, że zakazano)
4. Zawsze skanować
5. Nie interferować z innymi aktywnymi i zauważalnymi

(chyba, że priorytet)

6. Zawsze, jeśli trzeba, wymieniać z innymi stacjami LQA

(chyba, że zabroniono) i mierzyć jakość ich sygnałów

7. Odpowiadać w zadanym czasie (slocie) na wywołania tego

wymagające

8. Zawsze poszukiwać i utrzymywać możliwe połączenia

z innymi (chyba, że zakazano)

9. Wykorzystywać kanał o najlepszej jakości wzajemnej
10. Minimalizować czas emisji i odbioru
11. Automatycznie minimalizować moc nadawania (jeśli to możliwe)

2014-10-31

KF

24

Modem ALE (rodzaje symboli)

FSK

– 8 ortogonalnych częstotliwości

2014-10-31

KF

26

Adresowanie –

pojedyncze, zbiorowe, specjalne

Adres indywidualny

- typowo 3 znaki adresu indywidualnego w słowie

wywołania (basic) ale też możliwość rozszerzenia adresu np. dla
potrzeb internetu (extended)

Adres sieciowy

- przywiązany do wszystkich członków sieci

Adres grupowy

- kombinacja adresów indywidualnych członków grupy

Adres „Allcall”

(do wszystkich) - nie specyfikuje jakiegokolwiek

użytkownika. Jest to wywołanie do sieci nie wymagające
odpowiedzi (np. w razie niebezpieczeństwa – „pomocy”)

Adres „Anycall”

(do kogokolwiek) - wywołanie sieciowe bez

specyfikacji adresu, wymagające odpowiedzi
(niebezpieczeństwo, tworzenie nowej sieci itp.).

Można dzięki temu odnotować nowe stacje w sieci

Adres „Wildcard”

- specjalna forma adresu zbiorowego.

Zastąpienie pewnych znaków ich uniwersalnymi
odpowiednikami (np. ?), na które odpowiedzieć mogą wszyscy,
którym pasuje pozostała część adresu

Adres własny

- dla testowania, uruchamiania itp.

Adres zerowy (Null)

- dla testów, uruchomień i innych. Jest to adres nie

skierowany do nikogo (związany slot pozostaje pusty i może
być użyty np. do strojenia sprzętu)

2014-10-31

KF

27

Sondowanie kanału

2014-10-31

KF

28

Wybór kanału



Na podstawie informacji o jakości kanału zapisanej w

pamięci (najlepsze (LQA) lub według poleceń operatora



Dla zestawienia połączenia na kierunku bierze się pod

uwagę miarę punktową LQA w obu kierunkach i na

każdym kanale

Przykład pamięci LQA

Kanały

Adresy

K1

K2

K3

K4

K5

K6

A

OD

10

4

1

0

5

15

DO

14

8

2

x

7

11

B

OD

9

5

1

3

2

6

DO

x

7

4

3

5

12

C

OD

30

22

13

8

3

18

DO

x

-

17

6

2

-

D

OD

1

2

5

12

20

-

DO

-

4

7

15

21

-

E

OD

-

2

6

7

10

-

DO

x

14

6

9

12

x

Wartości LQA zawierają się między 0 a 30 a wartość mniejsza jest lepsza

x - nie osiągalna przy czym próbowano „handshake”

- n

ie osiągalna przy czym nie próbowano „handshake”

2014-10-31

KF

29

Zestawianie połączenia



Ręczne – w przypadkach wyjątkowych (nie powinna ograniczać

kontrolera ALE w zakresie „zawsze słuchaj”



Automatyczne – typowe (zwykle w ciągu 9-14s):

– wywołanie,
– odpowiedź,
– potwierdzenie.

2014-10-31

KF

30

Wywołanie indywidualne

wywołanie

potwierdzenie

odpowiedź

2014-10-31

KF

31

Wywołanie do wielu użytkowników

Odpowiedź odbywa się w TDMA. Czas slotu typowo 1,8s.
Slot 0 wykorzystany jest na strojenie.

2014-10-31

KF

32

Charakterystyka ALE 3G

1.Ponieważ kanał wywołania znajduje się w pobliżu kanału pracy

to warunki kanałowe są skorelowane.

2. Ulepszenia (cechy) ALE 3G w stosunku do ALE 2G:
a. Szybsze zestawienie łącza,
b. Łącze o mniejszym SNR (ok. 8-10dB dla kanału AWGN

z zanikami),

c. ALE i protokół danych wykorzystują tą samą postać fali,
d. Większa przepływność krótkich i długich wiadomości,
e. Lepsze przystosowanie do protokołów i aplikacji

internetowych,

f. Monitorowanie kanału przed użyciem (CSMA),
g. Nie szuka się najlepszego kanału ale bierze pierwszy

spełniający postawione wymagania,

h. Praca z założenia synchroniczna ale kompatybilna z

asynchronicznym systemem ALE 2G.

2014-10-31

KF

33

Organizacja grup abonenckich (ALE 3G)

Nasłuch

Slot 1

Slot 2

Slot 3

Slot 4

Str.

Struktura grupy synchronicznej w ALE 3G

100 ms

780 ms

780 ms

780 ms

780 ms

780 ms

11 bitowy adres pozwala na zorganizowanie max. 32 grup po 60 użytkowników
(1920 stacji w sieci)

Abonenci o wyższym priorytecie mają dostęp do wcześniejszych slotów

Priorytet

Slot1

Slot2

Slot3

Slot4

Błyskawiczna

70%

30%

-

-

Natychmiastowa

50%

30%

20%

-

Priorytetowa

20%

30%

50%

-

Zwykła

-

30%

70%

-

2014-10-31

KF

34

Zestawienie połączenia na kierunku (ALE 3G)

Slot 1

Slot 2

Slot 3

Slot 4

Slot 2

Ramka grupy

nadawca

odbiorca

nadawca

odbiorca

F1

F2

str.

str.

nasłuch

nasłuch

próba

kontyn.

kontyn.

kanał

łączność

4 fazy protokołu wywołania synchronicznego:

Skanowanie,

Próba,

Przywitanie,

Łączność.