Автор: Головин О.В. Простов С.П.
Теги: общая радиотехника электроника радиотехника радиосвязь издательство горячая линия телеком
ISBN: 5-93517-192-9
Год: 2006
Текст
ШШМ,С.111|Ш11
Системы
и устройства
коротковолновой
радиосвязи
Под редакцией профессора О. В. Головина
Москва
Горячая линия - Телеком
2006
Ж 32.84
Г 61
Головин О. В., Простов С. П.
61 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи / Под ред.
профессора О. В. Головина. - М.: Горячая линия-Телеком, 2006. -
598 с., ил.
ISBN 5-93517-192-9.
В работе приводятся основные требования к системам и устройствам ко-
ротковолновой (КВ) радиосвязи, обосновывается необходимость создания и
структура общегосударственной автоматизированной сети КВ радиосвязи, вы-
бирается критерий оценки эффективности ее функционирования, на основании
которого проводится сравнительный анализ различных вариантов построения
систем КВ радиосвязи. Подробно анализируется зоновая система КВ радиосвязи
с вынесенным ретрансляционным пунктом. Рассматриваются модели систем КВ
радиосвязи, структуры адаптивных управлений, методы и устройства контроля
качества каналов связи, приведены методы и результаты экспериментальных
исследований как каналов, так и систем КВ радиосвязи. Проанализировано обо-
рудование систем КВ радиосвязи; особое внимание уделейо принципам и при-
* мерам реализации радиоприемных устройств; приводятся сведения о конкрет-
ных образцах аппаратуры КВ радиосвязи, выпускаемых отечественными и зару-
бежными фирмами. Отдельная глава посвящена построенйю вынесенного
ретрансляционного пункта. Проанализирована роль систем КВ радиосвязи в
комплексной системе связи России: в гражданской авиации, для чрезвычайных
ситуаций, для системы КВ персонального радиовызова.
Для научных и инженерно-технических работников, будет полезна студен-
там и аспирантам, специализирующимся.в области разработки и конструирова-
ния электронной аппаратуры.
ББК 32.84
Адрес издательства в Интернет www.TECHBOOK.KU
Справочное издание
Головин Олег Валентинович
Простов Сергей Петрович
СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОСВЯЗИ
Редактор И. Н. Суслова
Компьютерная верстка И. Н. Алексеева
Корректор Е. Н. Иванов
Обложка художника В. Г. Ситникова
ЛР № 071825 от 16 марта 1990 г.
Подписано в печать 25.09.05. Формат 60 х 100/16.
Усл. печ. л. 48,25. Тираж 1000 экз. Изд. № 6192.
Заказ № 5869.
Отпечатано с готовых диапозитивов в ОАО ордена «Знак Почета»
«Смоленская областная типография нм. В. И. Смирнова».
214000, г. Смоленск, проспект им. Ю. Гагарина, 2.
BN 5-93517-192-9 © О. В. Головин, С. П. Простов, 2006
© Оформление издательства
«Горячая линия - Телеком», 2006
Предисловие
Коротковолновая (КВ) радиосвязь играет важную роль как средство
магистральной внутренней и международной, зоновой, подвижной и произ-
водственно-диспетчерской связи общего и ведомственного пользования. Не-
смотря на то, что в условиях быстрого развития высокоэффективных кабель-
' ных, радиорелейных и спутниковых линий связи удельный вес КВ радиосвя-
зи снизился, сохраняется необходимость ее технического совершенствования.
Основанием для этого является правильная оценка КВ радиосвязи, учиты-
I вающая ее технический потенциал, народно-хозяйственное значение и эко-
номическую эффективность, а также стратегическую роль как необходимого
резерва. По этим причинам в отечественной и зарубежной литературе за по-
следние годы появились новые фундаментальные работы как по теоретиче-
ским, так и по практическим вопросам реализации систем и средств КВ ра-
диосвязи.
В 1990 г. была издана книга О.В. Головина «Декаметровая радиосвязь»,
материалы которой во многом базировались на полученных под руково-
дством автора результатах исследований, проводимых лабораторией автома-
тизированных систем КВ радиосвязи в Московском институте связи. Эти ра-
боты под руководством профессора О.В. Головина продолжаются и в на-
стоящее время при том же вузе, ныне называемом Московским техническим
университетом связи и информатики (МТУСИ). Полученные новые результа-
ты, а также материалы по схемотехнике устройств КВ радиосвязи включены
|в данную книгу. Читатель не найдет здесь сведений, относящихся к радиове-
щанию. Это связано с тем, что КВ радиовещание по самому его принципу -
(частный вид связи относительно рассмотренного в данной книге, к тому же
включение материалов по этой тематике сильно увеличило бы ее объем.
Необходимо отметить, что в последние годы помимо авторов в этих ра-
ботах принимали участие профессора доктора техн.1 наук Н.И. Чистяков,
Н.Т. Петрович, В.М. Розов, доценты канд. техн, наук Н.С. Мамаев, В.Н. Ре-
| пинский, А.В. Богданов, с.н.с. канд. техн, наук Н.П. Егоров. Авторы пользу-
ются случаем выразить им всем глубокую признательность за ценные заме-
чания, предоставленные материалы и помощь в работе над книгой. Отдель-
ную благодарность авторы приносят канд. техн, наук А.В. Богданову за уча-
стие в подготовке материалов глав 3, 5 и 6 данной книги и помощь в ее
оформлении.
Авторы считают, что книга окажется полезной широкому кругу читате-
। лей: от научных работников и аспирантов до студентов старших курсов, за-
нимающихся исследованиями, разработкой и эксплуатацией как радиоаппа-
ратуры, так и систем КВ радиосвязи.
I
L
1. ОСОБЕННОСТИ КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОСВЯЗИ
1.1. Значение КВ радиосвязи
Для обеспечения достаточно уверенной передачи информации на
больших территориях применяют различные системы и технические средства
связи, обеспечивающие в совокупности достаточно высокую надежность ин-
формационных связей страны. Радиосвязь в декаметровом (ДКМ) диапазоне
(100... 10 м) играет важную роль как средство внутренней и международной,
зоновой, подвижной и производственно-диспетчерской связи общего и ве-
домственного пользования. Она обеспечивает следующие службы: магист-
ральную, зоновую и местную радиосвязь, сеть радиовещания, службу стан-
дартных частот, служебные линии для земных станций спутниковой связи,
авиационную связь «земля-воздух», морскую связь «берег-судно», диплома-
тические службы, службы агентств новостей, службу радиосвязи железнодо-
рожного транспорта, военную связь «берег-судно» и «земля-воздух», межсу-
довую связь в морском флоте, сеть радиосвязи Гидрометеослужбы, различ-
ные наземные подвижные радиослужбы, любительскую радиосвязь и др.
Заметим, что радиосвязь в диапазоне 100... 10 м часто называют корот-
коволновой (КВ), исходя из широко распространенного названия волн от
10 до 100 м - короткие волны. По международным стандартам радиосвязь
в ДКМ диапазоне называют высокочастотной (ВЧ) связью.
За долгие годы существования КВ радиосвязи неоднократно высказы-
валось мнение, что другие виды связи полностью ее вытеснят. Действитель-
но, во многих странах автоматизированная сеть связи строится на основе вы-
сокоэффективных кабельных и радиорелейных магистралей. В ближайшем
будущем развитие волоконно-оптических линий, вероятно, снимет многие
ограничения в увеличении пропускной способности сетей связи. Проблемы
связи с малонаселенными территориями, отдаленными или отделенными от
промышленных центров труднопроходимой местностью, смогут решать
спутниковые системы связи. Быстро растет роль спутников и в сетях под-
вижной связи. В итоге в условиях развитой и нормально функционирующей
общегосударственной и межгосударственной системы связи удельный вес КВ
радиосвязи в общем объеме передачи информации уменьшается.
Однако вопрос о ликвидации в обозримом будущем КВ радиосвязи не
стоит практически ни в одной стране мира; напротив, хотя последние годы
характеризуются бурным развитием микроволновых средств дальней связи,
увеличивается внимание к ее технической реконструкции. Основанием для
этого является правильная оценка КВ радиосвязи, учитывающая ее техниче-
ский потенциал, народно-хозяйственное значение и экономическую эффек-
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
5
тивность, а также ее стратегическую роль как необходимого резерва. Дейст-
вительно, ряд свойств КВ радиосвязи делает ее в определенных условиях не-
заменимой. Например, повреждение отдельных промежуточных станций ра-
диорелейных линий при стихийных бедствиях или по другим причинам,
а также выход из строя спутника могут привести к большим трудностям
в общегосударственной сети связи или к полному нарушению ее функциони-
рования на значительных участках территории. В аналогичных условиях КВ
радиосвязь может быть восстановлена в кратчайшие сроки при наименьших
затратах. При катастрофическом возникновении сильной ионизации атмо-
сферы КВ радиосвязь, по-видимому, нарушается не в большей мере, чем дру-
гие радиотехнические системы, адаптируется же и восстанавливается гораздо
быстрее. Следует иметь ввиду также то, что КВ радиосвязь играет опреде-
ленную роль в обеспечении спутниковой связи наземными средствами: слу-
жебной, сигнализации и синхронизации. Учитывая, что КВ радиосвязь широ-
ко применяется в целом ряде отраслей народного хозяйства, она остается
важным звеном комплексной общегосударственной сети связи страны.
Связь в ДКМ диапазоне на больших расстояниях с помощью мобиль-
ных станций небольшой мощности во многих случаях имеет значительное
экономическое и практическое преимущество перед проводной или радиоре-
лейной связью. Однако из-за замираний сигнала при ионосферном распро-
странении и наличия «зон молчания» надежность канала КВ связи может
быть недостаточно высокой, а в отдельных случаях и очень низкой. Если ко-
манды управления большой региональной системе передавать только по КВ
каналам, то потери информации при передаче могут быть существенными.
Именно поэтому КВ радиосвязь широко применяют в качестве резервной для
более надежных систем связи. Роль ее существенно возрастает в условиях,
когда не исключена возможность чрезвычайных ситуаций: пожаров, земле-
трясений, наводнений, селей и т.д. Живучесть (способность системы связи
удовлетворительно выполнять свои функции в условиях частичных отказов)
КВ связи в этих условиях намного выше, чем проводной и радиорелейной.
Современный этап развития КВ связи характеризуется совершенство-
ванием ее технических средств, целью которого должно быть достижение
максимальной степени автоматизации и адаптации к изменяющимся характе-
ристикам каналов передачи информации. Автоматическое управление радио-
связью потребовало разработки автоматизированных радиоприемных и ра-
диопередающих центров. Автоматизация радиоцентров повышает надеж-
ность радиосвязи, предотвращает или сокращает перерывы связи, сокращает
время подготовки аппаратуры к работе, делает систему более экономичной,
особенно при длительном отсутствии нагрузки и работе в ждущем режиме.
Оборудование автоматизированных центров можно размещать в защищен-
ных, упрощенных и удешевленных помещениях; отпадает необходимость
в жилых и подсобных помещениях. Автоматизация и устранение обслужи-
вающего персонала требует высокой надежности и резервирования как ос-
новного, так и дополнительного оборудования.
6
Системы и устройства коротковолновой связи
Радиосвязь в ДКМ диапазоне наряду со спутниковой остается одним из
видов межконтинентальной связи как экономичный способ организации
дальней радиосвязи. Системы связи в микроволновых диапазонах экономич-
ны только при одновременной передаче нескольких сотен и тысяч телефон-
ных каналов. В этом случае стоимость одного телефонного канала, опреде-
ленная как результат деления общих капитальных и эксплуатационных рас-
ходов, затраченных на систему связи, на число каналов, оказывается сравни-
тельно небольшой. Во многих случаях (связь с отдаленными районами, с ко-
раблями или самолетами и т.д.) не требуется большого числа каналов. При
этом КВ радиоаппаратура для передачи одного-двух телефонных разговоров
или работы нескольких десятков терминалов данных обходится сравнительно
недорого. К тому же, несмотря на многочисленность зарегистрированных
радиостанций, сохраняется резерв в использовании пропускной способности
ДКМ диапазона.
Поскольку потребность в числе каналов растет, а частотная емкость
ДКМ диапазона ограничена, международная комиссия по радиочастотам раз-
делила земной шар на 10 зон (70 подзон). Зоны отделены друг от друга тер-
риториально и используются с разнесением по времени суток, что дает воз-
можность использовать одни и те же частоты многократно. Так, каждый ки-
логерц диапазона 1,5...30 МГц используется в 20-30 официальных частотных
присвоениях. Зоновые радиолинии состоят из внутризоновых и местных.
В конкретных регионах принципы зонового деления территорий для органи-
зации радиосвязи могут несколько различаться. Здесь и ниже термином «зо-
на» будем обозначать район земной поверхности с размерами примерно
500x500 км. Находящиеся или строящиеся в этом районе предприятия имеют
взаимные хозяйственные связи, и поэтому при построении сети обычно тре-
буется обеспечить связь между пунктами. Можно привести ряд примеров
возможных зон. Большие, труднодоступные пространства; сильно пересечен-
ная, изобилующая реками, болотами, малонаселенная местность островных
регионов затрудняют и часто делают невозможными или неэкономичными
строительство и эксплуатацию проводных и радиорелейных линий связи.
В итоге соответствующей технико-экономической проработки оказывается
целесообразным использование зоновой КВ радиосвязи и в ряде центральных
районов.
Большое число сетей КВ радиосвязи различается структурами (ради-
альные, кустовые, линейные, звездные, радиально-кольцевые и др.), числом
радиостанций и каналов связи, скоростью передачи информации, размерами
обслуживаемых зон, дальностью действия, типами используемого оборудо-
вания, степенью автоматизации управления и другими показателями.
1. Особенности коротковолновой радиосвязи 7
1.2. Распространение радиоволн ДКМ диапазона
Кратко рассмотрим основные особенности распространения радиоволн
ДКМ диапазона. Известно, что информацию на коротких волнах можно пере-
давать с помощью земной или ионосферной волны. Земные волны распростра-
няются параллельно поверхности Земли, дальность их распространения зави-
сит от мощности передатчика, высот передающей и приемной антенн, характе-
ра и проводящих свойств поверхности Земли. Обычно с помощью земной вол-
ны осуществляют связь на расстоянии не более десятков километров
Для радиосвязи на большие расстояния используют так называемые
пространственные или ионосферные волны, отражающиеся от ионосферы в
процессе распространения. Ионосферные волны позволяют устанавливать
сверхдальнюю связь при относительно небольших мощностях передатчиков.
Однако случайность свойств отражающей поверхности - ионосферы - делает
связь в ДКМ диапазоне неустойчивой.
Ионосферой обычно называют ионизированную область атмосферы на
высотах от 60...80 до 1000... 1200 км. Основным источником ионизации ат-
мосферы является Солнце; кроме того, ионизацию вызывают космические
лучи дальних звезд и космическая пыль, непрерывно попадающие в атмосфе-
ру Земли. Помимо постоянных существуют нерегулярные источники иониза-
ции атмосферы, такие, как мощные солнечные вспышки, потоки метеоров и
т.д. Под действием источников ионизации в атмосфере образуются ионизи-
рованные облака, плотность которых зависит как от высоты облака, так и от
степени солнечной активности, толщины атмосферы и т.д. Поэтому распре-
деление интенсивности ионизации по высоте в реальной ионосфере имеет
несколько максимумов. Различают четыре слоя с максимумами ионизации:
D, Е, F[ и F2. Степень ионизации слоев зависит от времени года, суток и гео-
графического месторасположения. Слой D расположен на высоте примерно
60... 100 км, слой Е - на высоте 100... 150 км, слой F - 160...420 км. Для каж-
дого слоя характерна своя максимальная (критическая) частота волны fKp, при
которой волны еще отражаются от слоя при вертикальном зондировании.
При частоте, выше критической, зондирующие импульсы не отражаются от
слоя, а проходят его насквозь.
Процессы в ионосфере бывают регулярными и случайными (неперио-
дическими). Регулярные процессы, определяющие так называемый климат
ионосферы, связаны с суточными, сезонными и одиннадцатилетними изме-
нениями солнечной активности. К нерегулярным процессам в ионосфере
в первую очередь можно отнести ионосферные возмущения при вспышках
солнечной активности, а также образование сильноионизированной области
на уровне слоя Е (спорадический слой Es). Критические частоты слоя Es мо-
гут достигать значений критических частот более высокого слоя F2.
Электромагнитные волны при движении в ионизированном слое испы-
тывают, помимо поглощения, искривление своей траектории, а при некото-
рых условиях меняют свое направление, т.е. отражаются. Это связано с тем,
8
Системы и устройства коротковолновой связи
что при движении волны в неоднооодной по электронной плотности ионо-
сфере траектория волны преломляется от слоя к слою и становится криволи-
нейной. Участок, лежащий между передающей антенной и точкой возвраще-
ния луча к земле, называют скачком. Длина скачка зависит от угла наклона
излучения и колеблется в пределах 500...3500 км. При определенных услови-
ях луч, пришедший к земле, может отразиться от нее, и тогда получается вто-
рой скачок.
При распространении коротких волн часть энергии теряется из-за их
поглощения в ионизированных слоях и рассеяния энергии при отражении
(т.е. образования лучей, которые никогда не достигают приемной антенны).
Поглощение энергии радиоволн в ионизированном слое зависит от степени
его ионизации и длины пути радиоволн в нем. На рис. 1.1 показан ход лучей
от передатчика Ш к приемнику Пр1 (длинные радиолинии) и Пр2 (короткие
радиолинии). При распространении на большие расстояния (2500...3000 км)
луч под небольшим углом («1< 10... 12°) входит в слабоионизированную
нижнюю область слоя (Es, F] или F2), по очень широкой дуге АВ проходит по
этой области, не заходя глубоко в области высокой ионизации, и в точке В
выходит из слоя по направлению к земле.
Более глубоко короткие волны проникают в ионизированные слои (при
сравнительно коротких радиолиниях протяженностью 600... 1000 км), если
они падают на поверхность слоя под значительно большими углами
(«2>30...45°). При этом потери энергии оказываются значительными, много
больше, чем при дальнем распространении.
Все изложенное выше о характере отражения КВ от слоя F] полностью
относится и к характеру отражения от других слоев с одним лишь дополне-
нием. Если плотность ионизации слоя невелика или велик угол падения, то
луч может пронизать слой и уйти в пространство. В этом случае будет прак-
тически 100%-я потеря энергии радиоволн. При меньших углах падения мо-
жет иметь место наиболее общий случай, когда луч в слое разделяется на два,
один из которых отражается к земле, другой пронизывает слой и может уйти
в пространство или отразиться к земле от следующего слоя. Часть лучей,
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
9
пронизывающих слой (рис. 1.1, лучи К) или отразившихся от верхних облас-
тей слоев (луч L), не может достичь приемника. Энергия этих лучей в конеч-
ном счете рассеивается и составляет вторую часть потерь.
Наконец, на рис. 1.1 показано, что луч, отразившийся от слоя Es в точке
G, может претерпеть еще два отражения - от земли в точке Н и от слоя Es
в области Y - и достичь Пр1. Конечно, эти отражения сопровождаются поте-
рями энергии, однако такое двухлучевое распространение с соизмеримой ин-
тенсивностью лучей - не редкость, и его приходится учитывать. Значительно
реже наблюдается трехлучевое распространение.
Таким образом, передача радиоволны в заданную точку приема воз-
можна по целому ряду траекторий волны, основные из которых показаны на
рис. 1.2. На рис. 1.2, a-в показаны соответственно одно-, двух- и трехскачко-
вые трассы с отражением от слоя F. На рис. 1.2, г-и - трассы с отражением
либо от слоя Е, либо от слоев Е и F. Заметим, что слой Е наблюдается только
днем при появлении солнца.
б)
в)
F--------------------
Рис. 1.2
При дальности связи менее 3000 км днем имеет место либо односкач-
ковая, либо двухскачковая трассы с отражением от слоя F, при связи до 2000
км - односкачковая трасса с отражением от слоя Е, на частотах примерно до
8 МГц - трех- и двухскачковые трассы с отражением от слоя F. При связи
10
Системы и устройства коротковолновой связи
днем с помощью отражения от слоя F2 необходимо учитывать ослабление
энергии волны в слоях D и Е и, возможно, в слое Fj, а также экранирующее
действие слоя Es.
При дальности связи свыше 3000 км днем, как правило, имеет место
отражение от слоев F и Е при передаче сигналов на частотах до 8 МГц. На
более высоких частотах имеет место только отражение от слоя F. При приеме
сигналов с частотами 10...20 МГц необходимо учитывать мешающее дейст-
вие лучей, распространяющихся как по более короткой, так и по более длин-
ной трассам.
Вследствие того, что структура отражающих ионизированных слоев
характеризуется наличием движущихся неоднородностей с повышенной ио-
низацией, которые хаотично возникают, движутся и рассасываются, луч, от-
раженный от ионизированного слоя, представляет собой группу лучей, отра-
женных от разных неоднородностей.
Поглощение коротких волн в слоях D и Е примерно в 100 раз больше,
чем в слое F. Электронная концентрация слоев D и Е недостаточна для отра-
жения радиоволн, поэтому они являются поглощающими, а слой F - отра-
жающим. Однако для осуществления радиосвязи нужно, чтобы поглощение
радиоволн в слоях D и Е не было чрезмерно большим, а частота была бы
меньше максимального значения/тах, определенного для заданной ионизации
и для заданной длины радиолинии. Заметим, что, чем выше значение/тах при
заданном угле наклона траектории, тем больше длина скачка. По этой причи-
не /тах на коротких трассах меньше, чем на длинных.
Для обеспечения устойчивой радиосвязи необходимо знать предельно
высокую частоту, при которой радиоволна, отражаясь от ионосферы, обеспе-
чивает работу радиолинии. Такую частоту называют максимально примени-
мой (МПЧ). Поскольку слой F2, от которого в основном происходит отраже-
ние радиоволн, наиболее часто подвержен ионосферным возмущениям, при
сеансе радиосвязи могут изменяться значения максимально применимой час-
тоты. Если значение частоты радиоволны, на которой поддерживалась радио-
связь до начала возмущений, было достаточно близко к максимально приме-
нимой, то снижение электронной плотности слоя F2 может привести к пре-
кращению связи. Для возобновления связи необходимо перейти к более низ-
ким рабочим частотам.
Статистическая обработка результатов наблюдений показала, что при
спокойном состоянии ионосферы связь в течение 90% времени можно обес-
печить на частотах/< 0,85/мпч для слоя F2 и/<0,95/мпч для слоя Fj. Эту час-
тоту, при которой обеспечивается связь по условиям отражения в течение
90% времени за месяц, называют оптимальной рабочей частотой. Ее точное
определение для разных географических широт и часов суток ведется по дан-
ным о флуктуациях Умпч и специальным номограммам, приводимым в месяч-
ных прогнозах распространения радиоволн.
По условиям отражения на данной линии можно работать на любой
частоте, меньшей или равной оптимальной рабочей частоте. Однако с пони-
1. Особенности коротковолновой радиосвязи 11
жением частоты при неизменной мощности излучения мощность сигнала на
входе приемника уменьшается из-за увеличения поглощения (в освещенные
часы суток). С понижением частоты, кроме того, возрастает уровень атмо-
сферных помех и увеличивается число лучей в точке приема. Это ведет к
снижению качества приема и надежности работы линии. Наименьшую часто-
ту, при которой надежность оказывается минимально допустимой, называют
наименьшей применимой частотой. Типовые зависимости оптимальной ра-
бочей и наименьшей применимой частот от времени суток являются основой
для составления волнового расписания работы радиолинии, производимого,
как правило, ежемесячно.
Следует заметить, что в периоды ионосферных возмущений могут на-
блюдаться интервалы непрохождения выбранных рабочих частот. Оператив-
ный выбор рабочих частот в этом случае может быть произведен по данным
зондирования.
1.3. Характеристики сигналов, используемых
на КВ радиолиниях
Для передачи сообщений в ДКМ диапазоне характерным является за-
мирание сигнала на входе радиоприемника. Под замирающим сигналом в КВ
радиосвязи подразумевают сигнал с флуктуирующими параметрами, которые
вызываются случайным изменением коэффициента передачи радиоканала.
Физически в радиоканале сигнал распространяется по нескольким пу-
тям. Во-первых, в пункте приема обнаруживаются лучи, которые распростра-
няются путем многократного или однократного отражения. Во-вторых, пере-
дающая антенна излучает волны в пределах более или менее широкого угла,
поэтому можно считать, что на ионосферу падает не один луч, а как бы пучок
подлучей. Подлучи отражаются при различной глубине проникновения в ио-
низированный слой и достигают поверхности Земли в различных точках.
В-третьих, неизбежные неоднородности в ионосфере приводят к тому, что
вместо зеркального отражения лучей от ионосферы возникают частично
диффузионные отражения, где падающий на нижнюю границу один луч по
выходе из ионосферы представляется в виде пучка подлучей, содержащего
множество элементарных лучей. Угловой раствор пучка достигает несколь-
ких градусов. Таким образом, в место приема попадает множество лучей, от-
носящихся к различным пучкам. Интерференция этих лучей в условиях не-
прерывного изменения их фаз также приводит к явлению замирания. Вслед-
ствие многолучевого распространения и разностей хода подлучей при про-
хождении сигнала от передатчика к приемнику сигнал в приемной антенне
представляет сумму отдельных колебаний с разными фазами и амплитудами.
Каждому колебанию соответствует свое время распространения и свой коэф-
фициент передачи, что и обусловливает флуктуации как амплитуд, так и фаз
составляющих.
12
Системы и устройства коротковолновой связи
В реальных каналах время распространения каждого н-подлуча и его
коэффициент передачи изменяются настолько медленно, что на протяжении
длительности, например, одного элементарного сигнала радиотелеграфного
сообщения их можно считать неизменными [68]. Такие замирания называют
медленными (гладкими по времени), поскольку соотношения между ампли-
тудами и фазами составляющих сигнала не изменяются.
Согласно экспериментальным данным [149], на трассах протяженностью
1000...2000 км замирания определяются чаще всего интерференцией соизме-
римых по уровню лучей; на трассах протяженностью 2000...3000 км чаще все-
го преобладает один луч, а замирания вызываются неоднородностью отра-
жающего слоя ионосферы и интерференцией магнитоионных компонентов.
Таким образом, физические причины, вызывающие замирания на трассах раз-
ной протяженности, также различны [149]. При этом математические модели,
описывающие флуктуации уровня сигнала, будут отличаться друг от друга.
Достаточно простой и вместе с тем наиболее общей моделью сигнала
в КВ канале [57, 147] является:
ис (г) = Uc cos(wcf - 0С)+ Uk cos (fj)kt - 8k), (1-1)
Л=1
где Uc, (йс, 0С - амплитуда, частота и фаза составляющей сигнала с постоян-
ными параметрами (стационарная составляющая); Uk, СО*, 0* - амплитуда, час-
тота и фаза составляющих сигнала со случайными параметрами (флуктуи-
рующая составляющая); п - число составляющих сигнала со случайными
параметрами.
Сигнал кс(0 можно представить в виде квазигармонического колеба-
ния, амплитуда U(f) и фаза 0(f) которого изменяются случайно:
wc(f) = t/(f)cos [coof + 0(f)].
Для анализа приема сигнала с замираниями нужно знать распределение
вероятностей случайных величин U(t) и 0(f). Их можно определить, предпо-
лагая число п приходящих лучей настолько большим, что можно применить
центральную предельную теорему (практически хорошее приближение полу-
чается уже при п > 5). При этом сумма флуктуирующих составляющих сиг-
нала будет представлять собой нормальный случайный процесс и огибающая
U(t) в этом случае будет иметь функцию распределения [49]
W(t7) = -^-exp[-^^-hofel U >0, (1-2)
ос 2<тс } \ °с )
где - дисперсия флуктуирующей составляющей сигнала; /□(-) - функция
Бесселя нулевого порядка от мнимого аргумента.
Замирания, характеризуемые плотностью распределения вероятностей
(1.2), обычно называют квазирэлеевскими (райсовскими). Квазирэлеевские
замирания имеют место не только при наличии стационарной составляющей
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
13
сигнала, но и при выполнении условия, что разность времени распростране-
ния лучей во много раз меньше периода средней частоты сигнала. В частно-
сти, это условие часто выполняется в средне- и низкочастотном участке ДКМ
диапазона при отражении волн от ионосферы [49, 147].
Введем обозначение р = L72/2o2, тогда (1.2) можно записать в виде
W(17) = ^exp(-/3)exP -^-2 Io —
ос \ 2ос) ос)
U>0-
(1-3)
Значения Р лежат в пределах 0...50. По мере увеличения Р флуктуации
сигнала уменьшаются и при Р —> значения амплитуды U и фазы 0 стремятся
к значениям стационарной составляющей сигнала. При р = 0 стационарная
составляющая сигнала практически отсутствует, и сигнал на входе представ-
ляет собой нормальный случайный процесс с рэлеевской огибающей:
U ( U2 \
W(U) = -5-ехр-----И, и > 0, (1.4)
стс \ 2стс J
а фаза сигнала имеет равномерное распределение в интервале О...2л. Такие
замирания обычно называют рэлеевскими. Согласно эксплуатационным дан-
ным в ДКМ диапазоне рэлеевские замирания достаточно характерны [49].
В ряде случаев распределение амплитуд сигналов на интервале локаль-
ной стационарности при интерференционных замираниях может быть описа-
но законом Накагами:
где o = ^U2 ; т = о4](и2 -<т2)2 >0,5 - отношение квадрата мощности при-
нимаемого сигнала к дисперсии его мгновенной мощности; Г(ллл) - гамма-
функция.
При ли = 0,5 из (1.5) получается усеченное нормальное распределение,
-при т = 1 - рэлеевское, при т > 1 распределение Накагами хорошо аппрокси-
мирует распределение Райса, при ллл —> >» - канал без замираний [72].
Стремление как можно точнее описать физические процессы, происхо-
дящие в среде распространения радиоволн, приводит к поиску новых, более
сложных статистических моделей. Например, в [68] предложена обобщенная
четырехпараметрическая модель, охватывающая широкий класс распределе-
ний уровня сигналов. Однако использование такой модели сопряжено
с большими вычислительными трудностями, в большинстве случаев резуль-
тат в явном виде получить не удается.
Обобщением четырехпараметрической модели является негауссовская
шестипараметрическая модель канала передачи информации. Ее отличие от
четырехпараметрической модели состоит в том, что ортогональные компо-
ненты при этом предполагаются негауссовскими. Из этой модели как частные
14
Системы и устройства коротковолновой связи
случаи получаются модели Накагами-Райса, Накатами, Райса, Бекмана, Хойта,
Рэлея, одностороннее нормальное. Так же, как и у четырехпараметрической
модели, недостатком шестипараметрической модели является сложность рас-
чета и трудность получения результатов в явном виде.
Если абоненты сети находятся на оптимальном по условиям распро-
странения радиоволн расстоянии (примерно 2,5...3 тыс. км), для теоретиче-
ских исследований достаточно иметь относительно простую вероятностную
модель, которая, однако, обеспечивает наиболее точное описание флуктуаций
уровней сигнала, присущих трассам такой протяженности. В [80] для этой
цели использована модель в виде гамма-распределения:
W (и ) = XW' ехр(- W )/г(п), и > 0, (1.6)
где Л > 0, Г] > 0 - параметры распределения.
На основании теоретических и экспериментальных исследований в [78]
доказана целесообразность применения этой модели, показаны ее преимуще-
ства при анализе эффективности адаптации системы связи к флуктуациям
уровня сигнала. Будучи двухпараметрическим, гамма-распределение доста-
точно хорошо аппроксимирует другие распределения. Так, в [78] показано,
что при т] = 2 помехоустойчивость при гамма-замираниях приближается
к помехоустойчивости при рэлеевских замираниях. Кроме того, вычисления
с использованием гамма-распределения, как правило, получаются более про-
стыми, в большинстве случаев удается получить результат в явном виде. Ин-
тегралы от соотношений, содержащих функцию (1.6), выражаются через спе-
циальные функции, свойства которых достаточно хорошо известны.
При аппроксимации произвольной функции плотности вероятности ря-
дами Лагерра
^(П)=£с„ехр(-17)С7ЙБ'Й)(П), С/>0,
л-0
где - обобщенный полином Лагерра, можно показать [140], что первый
член разложения можно выразить через гамма-распределение. Тогда
и>0, (1.7)
где сс и Р выражаются через математическое ожидание и дисперсию величины U.
Если в (1.7) заменить переменные г|=сс+1, Z. = 1/р, то первый член раз-
ложения принимает стандартный вид гамма-распределения.
Гамма-распределение обладает воспроизводящим свойством по пара-
метру Г], т.е. если случайные величины х,-, i= 1, 2, ..., к, независимы и каждая
описывается соответствующим гамма-распределением, то плотность вероят-
/ * >
ности суммы есть также гамма-распределение рй л; Ут]. ; X -
I '=> ' >
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
15
Мультипликативная помеха может быть сведена к эквивалентной адди-
тивной, при этом эквивалентное отношение сигнал-помеха будет определять-
ся отношением среднего значения к дисперсии процесса, характеризующего
мультипликативную помеху. Параметр Т] в распределении (1.6) как раз и ра-
вен этому отношению. Таким образом, гамма-распределение обладает целым
рядом преимуществ, позволяющих применять его для теоретических иссле-
дований радиоканалов.
Процесс замираний радиосигналов характеризуется обычно двумя ве-
личинами - глубиной и скоростью. Под скоростью замираний понимают
средний промежуток времени между двумя последовательными минимумами
или максимумами коэффициента передачи радиоканала. По скорости замира-
ния разделяются на быстрые и медленные. Согласно эксплуатационным дан-
ным для ионосферной КВ радиосвязи средний период замираний принимает
значение от 0,1 с на длинных трассах до 2 с на коротких [49]. Такой же мед-
ленный характер носят изменения фазы (примерно 1° в 1 мс). В большинстве
каналов, используемых для передачи дискретных сигналов, имеют место
медленные замирания. Уровень сигнала из-за замираний может меняться на
несколько порядков.
Условия отражения для частотных составляющих спектра электромаг-
нитного колебания в КВ радиоканале оказываются различными. Это опреде-
ляет частотно-селективный характер быстрых замираний, что обусловливает,
в свою очередь, амплитудно-частотные искажения передаваемого сигнала.
Замирания и многолучевость приводят к временным искажениям телеграф-
ных сигналов.
Временные искажения, вызываемые дисперсионными свойствами ио-
носферы, обычно относительно малы при однократном отражении от ионо-
сферы. При многократном отражении временные искажения увеличиваются,
но во всех случаях они, по крайней мере, на порядок меньше временных ис-
кажений импульсов, вызываемых многолучевостью. Искажения длительно-
сти импульса из-за многолучевости появляются в тех случаях, когда длитель-
ность импульса соизмерима с временем относительного запаздывания т3
(достигающего 1 мс) волн, формирующих сигнал. Временные искажения за-
висят от соотношения фаз и амплитуд запаздывающих волн. В [149] для вре-
менных искажений при Тз = 0,2тимп (тнмп - длительность посылки сигнала)
и двухлучевом приеме показано, что сдвиг границ элементарной посылки
значительно зависит от соотношения фаз и амплитуд лучей и при одинаковых
амплитудах лучей меняется в пределах (2...3)Тз. Таким образом, неопреде-
ленность положения границ посылки по оси времени соизмерима с длитель-
ностью посылки.
При приеме КВ сигналов следует считаться с эффектом Доплера. Дело
в том, что ионные образования в ионосфере не являются застывшими, непод-
вижными. Они передвигаются, и скорость их передвижения может быть на-
столько большой, что сдвиг частот, отраженных от таких образований, из-за
16
Системы и устройства коротковолновой связи
эффекта Доплера может быть уже заметным. Результаты измерений [49] на
частоте 30 МГц показали, что доплеровский сдвиг не превосходит 2...3 Гц.
В КВ радиосвязи применяют различные виды телефонных и телеграф-
ных сигналов. Известно, что сигналы подразделяются на непрерывные и дис-
кретные. Дискретные сигналы передают с помощью радиотелеграфной связи.
Отличительной особенностью радиотелеграфной передачи является кодиро-
вание сообщения. Каждый отдельный передаваемый символ (буква алфавита,
цифра или знак) имеет свою кодовую комбинацию элементарных посылок.
Для передачи по каналу связи закодированное сообщение преобразуют в вы-
сокочастотный сигнал путем манипуляции колебаний передатчика. В зависи-
мости от параметра, который подвергают манипуляции, различают ампли-
тудную, частотную и фазовую манипуляции.
При амплитудной манипуляции один элементарный сигнал кода соот-
ветствует излучению полной мощности передатчика (посылка), а другой -
отсутствию излучения (пауза). Это - вид работы обозначают А1А. Иногда
производят амплитудную манипуляцию тонального сигнала с последующей
амплитудной модуляцией несущей. Такой вид работы обозначают A2A; он
выгоден при слуховом приеме телеграфных сигналов.
При частотной манипуляции (частотной телеграфии) передатчик все
время излучает одну и ту же энергию, но каждому элементарному сигналу
кода соответствует колебание определенной частоты. Принято считать, что
колебанию с более высокой частотой соответствует передача позитивной по-
сылки (нажатие), а колебанию с меньшей частотой - передача негативной
посылки (отжатие). Такой вид работы обозначают F1B. Сдвиги между часто-
тами «нажатия» и «отжатия» выбирают равными 125, 200, 250, 400, 500,
1000 Гц. Для уплотнения телеграфных линий используют двухканальную
частотную телеграфию (F7B), при которой передатчик может излучать коле-
бание на одной из четырех частот. Колебанию каждой из них соответствует
одна из всех возможных комбинаций телеграфных посылок: частоте/] - пауза
на обоих телеграфных аппаратах, частоте/2 - посылка на первом и пауза на
втором аппарате, частоте /3 - пауза на первом и посылка на втором аппарате
и частотеД - посылка на обоих телеграфных аппаратах.
Фазовая манипуляция - это скачкообразное (дискретное) изменение фа-
зы колебания передатчика в соответствии с передаваемой последовательно-
стью. По сравнению с рассмотренными выше манипулированными по часто-
те и амплитуде сигналами фазоманипулированный сигнал имеет одну осо-
бенность. При приеме сигналов как с амплитудной (АТ), так и частотной (ЧТ)
манипуляцией можно точно измерить и амплитуду, и частоту излучаемого
передатчиком колебания. Другими словами, в любой момент по измеренному
значению амплитуды (при АТ) или частоты (при ЧТ) колебания на выходе
передатчика можно точно сказать, какой элементарный сигнал передается -
посылка или пауза. При фазовой манипуляции можно измерить относитель-
ное значение фазы колебания либо по фазе другого, или, как его называют,
опорного, либо по фазе того же колебания, но на другом интервале времени.
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
17
В первом случае говорят о системе фазовой телеграфии (ФТ), во втором -
о системе относительной фазовой телеграфии (ОФТ). При ФТ передатчик
непрерывно излучает колебание на одной и той же частоте, причем нажатию
соответствует излучение несущего колебания со сдвигом по фазе на 180°.
Основным недостатком фазовой телеграфии является возникновение
«негативной работы» при случайном скачке фазы опорного колебания на
180°. От этого недостатка свободна система ОФТ, разработанная Н.Т. Петро-
вичем [105]. В системе ОФТ при переходе от одной элементарной посылки
к другой фаза сигнала изменяется только в том случае, если следующая пере-
даваемая посылка будет негативной. Так, при передаче нажатия фаза высоко-
частотного элементарного сигнала совпадает с фазой предыдущего сигнала,
а при передаче отжатия - противоположна ей. Находят применение двойная
фазовая и относительная фазовая телеграфии.
В ДКМ диапазоне при профессиональной связи используют следующие
виды передачи телефонных сигналов: двухполосная амплитудная телефония
с полной несущей АЗЕ; однополосная телефония (ОБП) с полной (НЗЕ) ос-
лабленной (R3E) и подавленной (J3E) несущими; телефония в двух независи-
мых боковых полосах (В8Е); многоканальная тональная телеграфия в одной
боковой полосе с ослабленной (R7B) и подавленной (J7B) несущими; много-
канальная тональная телеграфия в двух независимых боковых полосах с ос-
лабленной несущей; однополосная комбинированная передача телефонии
и телеграфии в независимых боковых полосах.
В ДКМ диапазоне используют и более сложные виды сигналов. Приме-
ром таких сигналов может служить частотно-модулированный сигнал с не-
прерывной фазой (ЧМНФ), который относится к системе квадратурных фа-
зоманипулированных сигналов. В общем виде ЧМНФ сигнал может быть
описан выражением: y(t) = ac(i)cosco0i+bs(t)sin<o0t, где а, Ь =+\ - манипули-
рующие сигналы, отображающие четные и нечетные значения символов со-
ответственно; c(t)= cos(nz/2T), s(t) = sin(nr/2T) - огибающие квадратурных
составляющих сигнала.
Структурная схема устройства формирования ЧМНФ сигнала показана
на рис. 1.3; диаграммы, поясняющие принцип формирования, - на рис. 1.4.
К достоинствам ЧМНФ сигнала можно отнести:
1) компактность спектра, поскольку 99% энергии сигнала сосредоточе-
но в полосе, равной l,15vM, где vM - скорость передачи информации;
2) низкий уровень внеполосных излучений - уровень боковых лепест-
ков спектра уменьшается пропорционально (/ - f0 )'1, в то время как у ФМ,
КФМ сигналов в (/ - /0)'2;
3) высокая потенциальная помехоустойчивость (оптимальный коге-
рентный приемник имеет помехоустойчивость, равную потенциальной поме-
хоустойчивости приемников противоположных сигналов);
2 - 5869
18
Системы и устройства коротковолновой связи
4) низкий уровень межсимволь-
ной интерференции при прохождении
через фильтрующие системы из-за
наличия синусной и косинусной фор-
мы огибающих составляющих ЧМНФ
сигнала (манипуляция в каждой из
составляющих ЧМНФ сигнала проис-
ходит в моменты нулевых значений
огибающей).
Рис. 1.3
y(t)
/VWWWWVA
t
fl fl fl ft fl ft fl fz ft fz
Рис. 1.4
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
19
Серьезными недостатками КВ связи являются малая пропускная спо-
собность и низкая помехоустойчивость каналов передачи информации, что
обусловлено многолучевым механизмом распространения радиоволн и слож-
ной помеховой обстановкой. Для борьбы с многолучевостью предлагаются
различные методы, направленные, в основном, либо на компенсацию запаз-
дывающих лучей, либо сложение энергии всех приходящих в точку приема
лучей. В работах Д.Д. Кловского предложены специальные испытательные
сигналы для измерения характеристик и коррекции передаточной функции
канала связи с целью устранения явления «эхо»-сигналов, а при использова-
нии АМЕ (Anti Multipath Equipment) «уход» от запаздывающих лучей осуще-
ствляется за счет сверхбыстрой смены рабочих частот.
В последнее время появились предложения об использовании сигналов,
позволяющих значительно снизить влияние указанных недостатков. Так, од-
ним из методов борьбы с селективными замираниями является использование
антифедингового сигнала (АФС) [104].
При использовании АФС переда-
ча информации происходит одновре-
менно на двух частотах Д и Д с разно-
сом АД величина которого достаточна
для устранения взаимной корреляции
замираний на используемых несущих
(рис. 1.5). Для практически полного
устранения взаимной корреляции дос-
Рис. 1.5
таточен разнос частот между несущими
около 400 Г ц.
Поскольку сигнал излучается на двух несущих одновременно, в прием-
ном тракте возникают биения, следовательно, необходимо принять меры
к тому, чтобы дискретная посылка не расположилась в минимуме огибающей
биений. Этого можно избежать, если на отрезке посылки т укладывается хотя
бы один период огибающей биений, т. е. т> 1/Д/'.
Основным преимуществом АФС, обеспечивающим его высокую поме-
хоустойчивость, является возможность реализации нескольких дополнитель-
ных ветвей обработки сигнала. Например, при передаче на двух частотах
имеются два канала обработки, третий канал образуется на разностной часто-
те, а четвертый канал - прием биений частот Д и Д. Наличие трех несущих
частот позволяет реализовать уже десять каналов обработки сигнала. Это
справедливо при использовании амплитудной телеграфии. При использова-
нии частотной телеграфии для получения различных по значению разност-
ных частот «нажатия» и «отжатия» необходимо поменять местами эти часто-
ты в соседних каналах.
При достаточно глубоких и быстрых замираниях целесообразно ис-
пользовать метод, предложенный Г.М. Николаевым [96], состоящий в том,
что каждая дискретная посылка заменяется биполярной. Например, «1» соот-
2*
20
Системы и устройства коротковолновой связи
ветствует последовательность положительной и отрицательной полупосылок,
а «0» - наоборот, отрицательной и положительной (рис. 1.6), причем для ма-
нипуляции положительных и отрицательных полупосылок можно использо-
вать частотную или фазовую телеграфию. За счет введения избыточности
в новый сигнал, названный абсолютным биимпульсным сигналом (АБС), по-
является возможность реализовать три ветви обработки при использовании
ЧТ: одна ветвь на частоте «нажатия» f\ в режиме АТ, вторая - на частоте
«отжатия» /2 и третья - одновременный прием на частотах «нажатия» и «от-
жатия» в режиме обычной ЧТ. Таким образом, на приеме ошибочные посыл-
ки в отдельных каналах обработки отбраковываются по нарушению биполяр-
ной конструкции (рис. 1.7).
Биполярный
сигнал
t
Абсолютный
биимпульсный
сигнал (АБС)
t
Рис. 1.6
Рис. 1.7
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
21
Использование такой структуры сигнала позволяет передавать и выде-
лять синхросигналы даже при повышенном уровне помех, поскольку в сигна-
ле АБС за период исходной информационной посылки обязательно происхо-
дит переход либо «О—>1», либо «1—>0». Применение когерентной обработки
сигнала АБС приводит к еще большему повышению помехоустойчивости
передачи информации.
Испытания, проводившиеся в лаборатории и на реальных трассах, под-
тверждают преимущества сигнала АБС над ЧТ. Так, в начале 1999 г. были
проведены сравнительные испытания четырех вариантов устройств для
приема двоичных сигналов, в том числе макета демодулятора сигнала АБС на
базе сигнального процессора ADSP2181 [96]. Скорость передачи при испыта-
ниях составляла 100 Бод, разнос несущих частот 500 Гц, объем каждого сеан-
са измерений 10 000 бит. В качестве тестового сигнала был выбран код Бар-
кера (1110010), многократно повторяющийся в сеансе связи. С помощью
цифрового имитатора канала создавались различные ситуации, соответст-
вующие реальным условиям КВ связи: канал без замираний, однолучевой
релеевский канал, двухлучевой релеевский канал с одинаковой интенсивно-
стью лучей. В качестве помех использовался белый шум, сосредоточенная на
разных частотах помеха, а также их комбинации. Ошибки на выходе уст-
ройств измерялись с помощью измерителя ошибок ПИВО-4.
Путем усреднения результатов испытаний была получена интегральная
оценка помехоустойчивости демодуляторов, из которой следует, что сигнал
АБС при различных вероятностях ошибок дает наилучшие результаты. Так,
например, при вероятности ошибки РОШ=1СГ2 надежность связи повышается
примерно в 3,6 раза по сравнению с обычной ЧТ. Округленно можно считать,
что вероятность ошибок при использовании АБС снижается приблизительно
на один порядок по сравнению с ЧТ [96].
Таким образом, применение предложенных сигналов АФС и АБС по-
зволяет снизить на приеме вероятность ошибок из-за замираний, а также по-
высить защищенность от различных видов помех.
Еще одним способом повышения пропускной способности и помехо-
устойчивости является использование алгоритма псевдослучайной пере-
стройки частоты (ППРЧ). Известно, что при наличии некоррелированных лу-
чей в точке приема вероятно существование временных интервалов, в тече-
ние которых доминирующим является один луч, а влияние остальных прак-
тически не сказывается. Именно в этих интервалах возможна передача ин-
формации на достаточно больших скоростях, предел которых ограничен
только техническими возможностями аппаратуры. Следовательно, используя
для работы не одну, а целый ансамбль рабочих частот и выбирая для переда-
чи ту частоту, на которой в данный момент присутствует один луч, можно
значительно повысить пропускную способность КВ канала. Разумное комби-
нирование различных приемов достижения высокой достоверности приема
сообщений: специальной синхронизации квантов сообщения, каскадного коди-
рования, многоуровневого стирания, разнесенного приема и др. - позволяет
22
Системы и устройства коротковолновой связи
обеспечить вероятность доставки сообщений при однократной передаче око-
ло 0,95 при средней вероятности неприема двоичного символа, близкой
к 0,5 [108].
Проведенное на основе модели КВ канала исследование высокоскоро-
стной передачи бинарной информации по радиолинии, работающей в режиме
ППРЧ, позволило установить значительный рост пропускной способности
при двух- и трехлучевом распространении [108]. Выигрыш по пропускной
способности при определенных условиях может достигать 8-10 раз при двух-
лучевом распространении и 5-6 раз - при трехлучевом, причем для каждой
скорости манипуляции и заданных условий распространения существует
предел величины пропускной способности, который может быть достигнут за
счет увеличения излучаемой передатчиком мощности, также как для каждой
величины мощности передатчика и заданных условий распространения суще-
ствует оптимальная скорость манипуляции, при которой достигается макси-
мальная пропускная способность.
Линии КВ радиосвязи в зависимости от необходимости организуют из
одного или нескольких телефонных и телеграфных каналов. В каналах то-
нальной частоты в основном используют однополосные режимы работы вида
J3E, R3E или В8Е, в телеграфных - режим с частотной F1B, двойной частот-
ной F7B или относительной фазовой манипуляциями; в ряде случаев приме-
няют слуховой прием телеграфных сигналов вида А1А (или A2A). Появились
высокоэффективные системы вторичного уплотнения, позволяющие одно-
временно передавать сигналы нескольких десятков телеграфных аппаратов,
работающих с устройствами автоматического исправления ошибок. В техни-
ке КВ радиосвязи стали широко использовать усовершенствованные системы
разнесенного приема, системы с применением ШПС, радиотелефонные сис-
темы со сжатием динамического диапазона, цифровые системы передачи ин-
формации и цифровая обработка сигналов всех видов и т.д.
1.4. Характеристики помех, действующих
на КВ радиолиниях
Существенное влияние на надежность связи в любом диапазоне радио-
волн оказывают действующие в радиоканале помехи. Источники помех мно-
гочисленны и разнообразны. По происхождению помехи можно подразде-
лить на естественные и искусственные. Естественные помехи создаются
главным образом электромагнитными процессами в земной атмосфере (гро-
зовые разряды и т.д.). Мощными источниками помех являются космос и тро-
посфера. Искусственные помехи могут создаваться многочисленными про-
мышленными установками (индустриальные помехи), излучениями посто-
ронних радиостанций (непреднамеренные и специально организованные)
и т.д. Внутренние помехи радиоаппаратуры в основном обусловлены внут-
ренними шумами.
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
23
Таким образом, в реальных условиях прием полезного сигнала проис-
ходит в присутствии исключительно разнообразных по виду помех, каждая
из которых имеет специфические особенности. Учет всех индивидуальных
свойств различных помех - задача неразрешимая. При исследовании помехо-
устойчивости радиосвязи реально действующие помехи заменяют специаль-
ными моделями помех. Такие модели, с одной стороны, идеализируют боль-
шую часть наблюдаемых помех, с другой - позволяют математически оце-
нить влияние помех на прием радиосигналов.
Большинство помех, действующих в реальном канале, можно предста-
вить с помощью четырех моделей: импульсной, квазиимпульсной, сосредо-
точенной и флуктуационной. В дальнейшем вместо выражения «модель по-
мехи» будем говорить просто «помеха».
Основной вид помех в ДКМ диапазоне - это сосредоточенные помехи.
Под сосредоточенной понимают помеху, энергетический спектр которой со-
средоточен в узкой частотной области. Обычно ширина спектра сосредоточен-
ной помехи соизмерима или даже значительно уже полосы частот полезного
сигнала. В основном сосредоточенные помехи обусловлены сигналами посто-
ронних радиостанций. Кроме того, их могут создавать различные генераторы
высоких частот, а также они могут возникать в самой радиоаппаратуре (ком-
бинационные помехи, переходные помехи в многоканальной связи и т.д.).
Сосредоточенные помехи можно разделить на две основные группы:
внутриполосные помехи, попадающие в полосу пропускания приемника,
и внеполосные помехи. Внутриполосные помехи могут возникать как в самом
приемнике, так и попадать на его вход извне. Борьбу с возникающими в при-
емнике внутриполосными помехами ведут путем совершенствования радио-
приемной аппаратуры. Борьба с помехами, попадающими в приемник извне,
основана на использовании различия в статистических свойствах помех и по-
лезного сигнала.
Внеполосные сосредоточенные помехи - это, в основном, сигналы по-
сторонних радиостанций. Такие помехи при приеме подавляются применени-
ем высокоэффективных селективных цепей и усилителей с линейной ампли-
тудной характеристикой.
Условия распространения сосредоточенных помех и полезных сигналов
близки между собой, поэтому статистические характеристики таких помех
подобны характеристикам полезного сигнала и зависят от конкретных усло-
вий связи. Определяющая роль сосредоточенных помех в ДКМ диапазоне
объясняется его высокой загрузкой, а также большой дальностью распро-
странения коротких волн. Обычно радиосвязь организовывают на частотах,
близких к оптимальным, диапазон которых весьма ограничен. Это приводит к
увеличению числа станций, работающих на близких частотах, что усложняет
электромагнитную обстановку в ДКМ диапазоне. Реально можно считать, что
на 1 кГц полосы ДКМ диапазона может прослушиваться до 10 радиостанций.
Как следует из данных, приведенных в [72], наибольшее число пере-
датчиков расположено в диапазоне частот около 5 МГц (примерно 35 в по-
24
Системы и устройства коротковолновой связи
лосе 1 кГц), а наименьшее число - около 30 МГц (около 3 в полосе 100 кГц),
уровень ме.шаюпшхджядлдв д различных участках ДКМ диапазона
можно проанализировать с помощью табл. 1.1 [72, 137[. В этой таблице пред-
ставлено вероятное число сигналов с конкретными уровнями, действующих
в каждой полосе ДКМ диапазона шириной 1 МГц.
Т а б л и ц а 1.1
Частота, МГц (±0.5) Число сигналов при уровнях, дБ-мкВ
40...50 50...60 60...70 70... 80 80...90 90... 100
2,5 16 8 4 2 1 1
3,5 16 8 4 2 1 1
4,5 24 10 6 3 2 1
5,5 30 16 8 4 2 2
6,5 30 20 10 5 3 3
7,5 30 20 10 5 3 2
8,5 30 20 10 5 3 2
9,5 30 20 10 5 3 2
10,5 30 20 10 5 3 2
11,5 30 20 10 5 2 2
12,5 30 20 10 5 2 2
13,5 30 20 10 5 3 2
14,5 30 20 10 5 3 2
15,5 30 16 8 5 2 1
16,5 30 16 8 4 2 1
17,5 24 12 6 4 1 1
18,5 16 8 4 3 1 1
19,5 16 8 4 2 1 0
20,5 16 8 4 2 1 0
21.5 16 8 4 2 1 0
22,5 8 4 2 2 1 0
23,5 8 4 2 1 1 0
24.5 8 4 2 1 0 0
25,5 8 4 2 1 0 0
26,5 4 2 1 0 0 0
27,5 4 2 1 0 0 0
28,5 2 1 0 0 0 0
Общее число 546 321 160 79 42 28
Как видно из табл. 1.1, прием обычно происходит в условиях, когда ма-
лый по уровню полезный сигнал принимается на фоне одной или нескольких
значительных по уровню внеполосных помех. В этих условиях начинает про-
являться нелинейность радиотракта приемника.
Природа аддитивных помех в разных частях ДКМ диапазона различна.
В низкочастотной части диапазона значительный вклад в общий уровень по-
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
25
мех вносят промышленные помехи, которые, складываясь на входе приемно-
го устройства, образуют примерно равномерный по спектру шум, статистиче-
ские свойства которого достаточно точно описываются стационарным слу-
чайным процессом с нормальным распределением вероятностей мгновенных
значений амплитуд [72]. В верхней части ДКМ диапазона основными будут
сосредоточенные по спектру помехи, источниками которых являются рабо-
тающие на соседних частотах радиостанции. Статистические свойства этих
помех отличаются от свойств гауссовского шума, флуктуации уровней помех
обусловлены физическими процессами, происходящими в среде распростра-
нения. Поэтому замирания уровней сигнала и помех могут быть описаны од-
ной и той же функцией распределения, параметры которой для сигнала и по-
мех в общем случае различны.
Помимо сосредоточенных помех от соседних станций в ДКМ диапазо-
не существенное значение имеют флуктуационные помехи. Флуктуационная
помеха неизбежно присутствует во всех реальных радиоустройстгах в виде
тепловых шумов. Сумма любых помех от различных источников также имеет
характер флуктуационной помехи. Флуктуационный характер, как уже отме-
чалось, могут иметь стационарные помехи в условиях многих одновременно
работающих станций. Некоторые промышленные установки, а также станции
преднамеренных помех могут служить причинами флуктуационных воздей-
ствий. Космические помехи, а также многие виды атмосферных помех имеют
флуктуационный характер. И, наконец, целый ряд помех при прохождении
через радиоприемник нормализуется и приобретает свойства нормальной
флуктуационной помехи.
Под флуктуационной помехой обычно понимают непрерывный во вре-
мени случайный процесс с нормальным распределением мгновенных значе-
ний и нулевым средним значением. Мгновенные значения флуктуационной
помехи u„(t) имеют распределение с плотностью
/ 2
цп
= ~ехР
(1.8)
где - дисперсия флуктуационной помехи.
Во многих случаях нормальная флуктуационная помеха имеет равно-
мерный спектр в очень широкой полосе частот. Такую помеху называют бе-
лым шумом. Она полностью характеризуется спектральной плотностью мощ-
ности.
Однако большинство линейных радиотехнических систем являются уз-
кополосными. Характерным для узкополосной системы является то, что отно-
шение центральной частоты полосы пропускания к ширине последней во мно-
го раз больше единицы. Энергетический спектр флуктуационной помехи на
выходе узкополосной линейной системы также узкополосен и определяется
формой амплитудно-частотной характеристики системы. В этом случае флук-
туационную помеху можно представить в виде квазисинусоидального колеба-
26
Системы и устройства коротковолновой связи
ния со случайно изменяющимися амплитудой U„(f) и фазой 0п(0- Плотность
вероятности амплитуды (огибающей) флуктуационной помехи [49, 139]
w(^n)=^TexP
К.
2^
С/п>0,
(1-9)
двумерная плотность вероятности огибающей флуктуационной помехи
W(Un,Um)= - - exp
и2 +и2т , риаит
2°2Ai~-p2) j °Lc7n(i-р2).
(1-10)
где р(т) - коэффициент, зависящий от формы энергетического спектра помехи.
Фаза 6п(г) имеет равномерное распределение в пределах О...2л, т.е. ее
плотность вероятности
о<е„<2л.
Z71
(1.11)
Уровень внешних шумов (атмосферных, космических, искусственных)
в ДКМ диапазоне достаточно высок.
На рис. 1.8 приведены усредненные
значения границ уровней внешних шумов
на разных частотах ДКМ диапазона. На
рис. 1.8 обозначено: (/-уровень внешнего
шума на входе приемника в децибелах от-
носительно теплового шума; кривая А яв-
ляется границей области I больших шумов,
кривая В - границей области II малых шу-
мов. Мощность внесистемных шумов по
сравнению с мощностью шумов, непо-
средственно создаваемых самим приемни-
ком, обычно больше в десятки раз.
Импульсная помеха представляет собой непериодическую последова-
тельность одиночных импульсов. Ее характерной особенностью является
достаточно широкий частотный спектр. Временной интервал между импуль-
сами этой помехи таков, что переходные процессы, вызванные в приемнике
отдельными импульсами, не перекрываются. Обычно спектр импульсной по-
мехи на входе приемника значительно шире его полосы пропускания.
Примерная длительность импульсной помехи КГ5...!!)"8 с. Создаются
они, в основном, промышленными и атмосферными источниками. Поскольку
промышленные помехи особенно сильны в городах, приемные центры выносят
по возможности за пределы города. Источником атмосферных помех являются
грозы. Ток при грозовом разряде имеет форму апериодического или быстроза-
тухающего колебательного разряда с общей длительностью 0,1...3 мс. Состав-
1. Особенности коротковолновой радиосвязи
27
лены нормы распределения уровня атмосферных помех по земному шару для
четырех времен года и для шести отрезков времени внутри суток.
На частотах выше 20 МГц атмосферные помехи близки к флуктуаци-
онным, в низкочастотной части ДКМ диапазона они носят в большей мере
импульсный характер. Атмосферные помехи на коротких трассах сказывают-
ся более заметно. В летние месяцы средние уровни атмосферных помех могут
приблизиться к уровню помех от соседних станций. Квазиимпульсные помехи
или, как их называют, помехи промежуточного типа, характеризуются тем,
что нестационарные процессы от отдельных импульсов помехи начинают
накладываться друг на друга.
Таким образом, КВ радиосвязь отличается сложностью и нестационар-
ностью условий распространения радиоволн и помеховых ситуаций. Для
обеспечения устойчивой ионосферной радиосвязи в ДКМ диапазоне волн
требуется применение адаптивных устройств, входящих в системы связи.
Адаптация предполагает автоматическую смену используемых длин волн для
перехода в диапазоны с лучшим распространением и минимальными поме-
хами; регулирование мощности передатчиков для улучшения условий элек-
тромагнитной совместимости и экономии электроэнергии; применение ан-
тенн с автоматической регулировкой диаграммы направленности; повышение
устойчивости приема; прием с различными видами разнесения; использова-
ние помехозащитного кодирования и информационной обратной связи;
передачу по параллельным каналам и т.д.
Несмотря на широкое распространение высокоскоростных современ-
ных систем передачи информации радиосвязь в ДКМ диапазоне благодаря
ряду уникальных свойств остается одним из важнейших видов связи, исполь-
зуемой многими ведомствами, службами и организациями. КВ радиосвязь
отличается нестационарностью условий распространения радиоволн и
крайне сложной помеховой обстановкой. Большое число работающих радио-
станций, значительные по уровням и разнообразные по видам помехи, зами-
рания сигналов, ограниченность диапазона затрудняют его использование.
Тем не менее, имеется значительный ресурс пропускной способности КВ ра-
диосвязи. Для обеспечения устойчивой и качественной ионосферной радио-
связи в ДКМ диапазоне требуется применение сложных сигнально-кодовых
конструкций, адаптивных устройств различного уровня и всех современных
достижений аналоговой и особенно цифровой обработки сигналов.
2. СИСТЕМЫ КВ РАДИОСВЯЗИ
2.1. Тенденции развития систем КВ радиосвязи
Современный этап развития КВ связи характеризуется коренной рекон-
струкцией ее технических средств и эксплуатации, целью которой является
решение следующих главных задач:
• повышение устойчивости связи, сокращение числа ошибок, ликвида-
ция технических остановок, осуществление операций по автоматическому
устранению неисправностей, резервированию, высокоэффективной адапта-
ции к изменяющимся условиям радиосвязи (по помехам и по распростране-
нию волн);
• использование высокотехнологичного автоматизированного оборудо-
вания на базе последних достижений радиотехники и микроэлектроники;
• широкое применение микропроцессорной техники и ЭВМ для управ-
ления аппаратурой и ее узлов, обменом информацией в сети, контроля алго-
ритмов потокораспределения, маршрутизации и реализации адаптационных
механизмов в соответствии с изменяющимися условиями внешней среды;
• обеспечение связью различных видов (аналоговая и цифровая теле-
фония, межмашинный обмен данными, обмен телеграфными сообщениями,
параллельная передача сообщений ограниченного объема) всех заинтересо-
ванных потребителей;
• предоставление дополнительных сервисных услуг в коммерческих
системах: подключение к стандартным международным сетям обмена ин-
формацией, многоскоростное вокодерное преобразование речи, криптогра-
фическая защита информации;
• значительное снижение эксплуатационных расходов за счет сокраще-
ния или устранения дежурного персонала, ликвидации субъективного фактора
из показателей эксплуатации, повышения надежности и живучести системы;
• экономия энергетических ресурсов и др.
Выполнение этих требований говорит о значительном росте сложности
аппаратуры КВ радиосвязи и самих систем, использовании автоматизации и
последних достижений науки и техники: новейших методов цифровой обра-
ботки сигналов с применением микропроцессоров и средств вычислительной
техники, передачи сигналов с помощью сложных помехоустойчивых кодов
и пр. Это, в свою очередь, видоизменяет существующие и приводит к появ-
лению новых высокоэффективных автоматизированных систем КВ радиосвя-
зи со сложными внутренней структурой и алгоритмами адаптивного управ-
ления, интегрированных с другими системами во взаимоувязанную систему
связи Российской Федерации.
2. Системы КВ радиосвязи 29
Оперативные и эксплуатационные качества современных КВ систем
повышаются благодаря использованию для передающих и приемных радио-
станций автономных источников питания; созданию радиостанций неболь-
шой мощности с небольшими габаритами для легкого и быстрого укрытия
и приведения их в действие; разработке транспортабельного оборудования
(предпочтительно контейнерное размещение для легкой транспортировки
в требуемый район вертолетом или автотранспортом); созданию простых ан-
тенных устройств, работающих в режиме приема и передачи; совмещению
приемной и передающей частей радиостанций с учетом электромагнитной
совместимости (ЭМС); внедрению автоматизированного оборудования, не
требующего обслуживания и контролируемого с пульта управления; исполь-
зованию вынесенного ретранслятора с размещением в нем оборудования
с высокими качественными и энергетическими показателями и хорошими
антеннами.
Поскольку связь в ДКМ диапазоне подвержена влиянию ионосферных
возмущений, а сам диапазон чрезвычайно перегружен сигналами мешающих
станций, особые требования предъявляют к высокой надежности, условию
электромагнитной совместимости и эффективности использования частотно-
го спектра.
Современная КВ радиосвязь должна быть полностью автоматизирован-
ной с адаптацией системы к изменяющимся характеристикам каналов пере-
дачи информации. Автоматическое управление радиосвязью - задача значи-
тельно более сложная, чем автоматизация в промышленности или в энерго-
системах. Это связано со сложностью и нестационарностью условий распро-
странения радиоволн ДКМ диапазона и помеховых ситуаций. В этих услови-
ях обеспечение радиосвязи с соблюдением требований качества, надежности
и устойчивости приводит к необходимости введения автоматической адапта-
ции, состоящей в оптимизации структуры, характеристик и параметров всех
устройств, входящих в систему. Другими словами, необходимо согласовать
устройства системы связи с условиями распространения радиоволн и поме-
ховой обстановкой.
Автоматическое управление радиосвязью потребовало разработки ав-
томатизированных радиоприемных и радиопередающих центров. Автомати-
зация радиоцентров повышает надежность радиосвязи, предотвращает или
сокращает перерывы связи, уменьшает искажения передаваемой информа-
ции, сокращает время подготовки аппаратуры к работе, повышает экономич-
ность системы связи при длительном отсутствии нагрузки и работе в ждущем
режиме. Оборудование автоматизированных центров можно размещать в за-
щищенных, упрощенных и удешевленных помещениях, при этом отпадает
необходимость в жилых и подсобных помещениях.
Однако автоматизация и устранение обслуживающего персонала требует
высокой надежности и резервирования как основного, так и дополнительного
оборудования. Наиболее сложно автоматизировать приемное оборудование,
поскольку при этом трудно обеспечить требуемую помехоустойчивость.
2. СИСТЕМЫ КВ РАДИОСВЯЗИ
2.1. Тенденции развития систем КВ радиосвязи
Современный этап развития КВ связи характеризуется коренной рекон-
струкцией ее технических средств и эксплуатации, целью которой является
решение следующих главных задач:
• повышение устойчивости связи, сокращение числа ошибок, ликвида-
ция технических остановок, осуществление операций по автоматическому
устранению неисправностей, резервированию, высокоэффективной адапта-
ции к изменяющимся условиям радиосвязи (по помехам и по распростране-
нию волн);
• использование высокотехнологичного автоматизированного оборудо-
вания на базе последних достижений радиотехники и микроэлектроники;
• широкое применение микропроцессорной техники и ЭВМ для управ-
ления аппаратурой и ее узлов, обменом информацией в сети, контроля алго-
ритмов потокораспределения, маршрутизации и реализации адаптационных
механизмов в соответствии с изменяющимися условиями внешней среды;
• обеспечение связью различных видов (аналоговая и цифровая теле-
фония, межмашинный обмен данными, обмен телеграфными сообщениями,
параллельная передача сообщений ограниченного объема) всех заинтересо-
ванных потребителей;
• предоставление дополнительных сервисных услуг в коммерческих
системах: подключение к стандартным международным сетям обмена ин-
формацией, многоскоростное вокодерное преобразование речи, криптогра-
фическая защита информации;
• значительное снижение эксплуатационных расходов за счет сокраще-
ния или устранения дежурного персонала, ликвидации субъективного фактора
из показателей эксплуатации, повышения надежности и живучести системы;
• экономия энергетических ресурсов и др.
Выполнение этих требований говорит о значительном росте сложности
аппаратуры КВ радиосвязи и самих систем, использовании автоматизации и
последних достижений науки и техники: новейших методов цифровой обра-
ботки сигналов с применением микропроцессоров и средств вычислительной
техники, передачи сигналов с помощью сложных помехоустойчивых кодов
и пр. Это, в свою очередь, видоизменяет существующие и приводит к появ-
лению новых высокоэффективных автоматизированных систем КВ радиосвя-
зи со сложными внутренней структурой и алгоритмами адаптивного управ-
ления, интегрированных с другими системами во взаимоувязанную систему
связи Российской Федерации.
2. Системы КВ радиосвязи 29
Оперативные и эксплуатационные качества современных КВ систем
повышаются благодаря использованию для передающих и приемных радио-
станций автономных источников питания; созданию радиостанций неболь-
шой мощности с небольшими габаритами для легкого и быстрого укрытия
и приведения их в действие; разработке транспортабельного оборудования
(предпочтительно контейнерное размещение для легкой транспортировки
в требуемый район вертолетом или автотранспортом); созданию простых ан-
тенных устройств, работающих в режиме приема и передачи; совмещению
приемной и передающей частей радиостанций с учетом электромагнитной
совместимости (ЭМС); внедрению автоматизированного оборудования, не
требующего обслуживания и контролируемого с пульта управления; исполь-
зованию вынесенного ретранслятора с размещением в нем оборудования
с высокими качественными и энергетическими показателями и хорошими
антеннами.
Поскольку связь в ДКМ диапазоне подвержена влиянию ионосферных
возмущений, а сам диапазон чрезвычайно перегружен сигналами мешающих
станций, особые требования предъявляют к высокой надежности, условию
электромагнитной совместимости и эффективности использования частотно-
го спектра.
Современная КВ радиосвязь должна быть полностью автоматизирован-
ной с адаптацией системы к изменяющимся характеристикам каналов пере-
дачи информации. Автоматическое управление радиосвязью - задача значи-
тельно более сложная, чем автоматизация в промышленности или в энерго-
системах. Это связано со сложностью и нестационарностью условий распро-
странения радиоволн ДКМ диапазона и помеховых ситуаций. В этих услови-
ях обеспечение радиосвязи с соблюдением требований качества, надежности
и устойчивости приводит к необходимости введения автоматической адапта-
ции, состоящей в оптимизации структуры, характеристик и параметров всех
устройств, входящих в систему. Другими словами, необходимо согласовать
устройства системы связи с условиями распространения радиоволн и поме-
ховой обстановкой.
Автоматическое управление радиосвязью потребовало разработки ав-
томатизированных радиоприемных и радиопередающих центров. Автомати-
зация радиоцентров повышает надежность радиосвязи, предотвращает или
сокращает перерывы связи, уменьшает искажения передаваемой информа-
ции, сокращает время подготовки аппаратуры к работе, повышает экономич-
ность системы связи при длительном отсутствии нагрузки и работе в ждущем
режиме. Оборудование автоматизированных центров можно размещать в за-
щищенных, упрощенных и удешевленных помещениях, при этом отпадает
необходимость в жилых и подсобных помещениях.
Однако автоматизация и устранение обслуживающего персонала требует
высокой надежности и резервирования как основного, так и дополнительного
оборудования. Наиболее сложно автоматизировать приемное оборудование,
поскольку при этом трудно обеспечить требуемую помехоустойчивость.
30
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
2.2. Системы КВ радиосвязи
Общие сведения. Несмотря на наличие космических, кабельных и дру-
гих систем связи, используется большое число систем КВ радиосвязи, отли-
чающихся структурами сетей (радиальные, кустовые, линейные, звездные,
радиально-кольцевые и др.), числом радиостанций, каналов связи, скоростью
передачи информации, размерами обслуживаемых зон, дальностью действия,
типами используемого оборудования, степенью автоматизации управления
и другими показателями [26].
Оборудование для систем КВ радиосвязи выпускают фирмы различных
стран, однако его показатели и характеристики в значительной степени уни-
фицированы. Это объясняется тем, ч^о большая часть этого оборудования
предназначена для специальных систем радиосвязи (военной, морской и др.),
для которых выработаны международные требования (например, в рамках
НАТО), поэтому приведенные ниже характеристики раннего оборудования,
выпускаемого фирмой «Маркони» (Великобритания), дают достаточное
представление о характеристиках и параметрах аналогичного оборудования
других фирм. К тому же рассматриваемые принципы построения оборудова-
ния и систем связи реализуются и в настоящее время с использованием по-
следних достижений радиотехники и микроэлектроники.
К 1982 г. фирма «Маркони» разработала и стала выпускать серию ра-
диооборудования с быстрой настройкой MFT-2. В серию MFT (Marconi Fast
Tuning) вошли передатчики Н1041 (1 кВ г) и Н1141 (10 кВт), возбудитель
Н1541, приемник Н2541, устройство сложения мощностей двух передатчи-
ков, быстродействующая система дистанционного управления, телеграфные
и телефоные устройства, антенны и антенные коммутаторы [175, 177]. Ос-
новные парамефы этого оборудования следующие.
1. Радиопередатчик, состоящий из усилителя Н1041 мощностью 1 кВт
и возбудителя Н1541. Линейный усилитель имеет 3 каскада. Первые два -
транзисторные широкополосные, а выходной каскад - ламповый, настраи-
ваемый автоматически в диапазоне частот 1,6...30 МГц. Устройство авто-
номно и может использоваться без Н1541.
2. Линейный усилитель Н1141 мощностью 10 кВт с полной автомати-
ческой настройкой в диапазоне 1,6...30 МГц. Состоит из одного широкопо-
лосного транзисторного каскада и двух настраиваемых ламповых.
В передатчиках Н1041 иН1141 (1 и 10 кВт) для управления, контроля и
диагностики отказов введены соответствующие системы с микропроцессор-
ным управлением. Программа микропроцессора занимает 12 Кбайт, из них 4
используются для системы диагностики. Для облегчения и упрощения ремон-
та передатчиков разработана специальная конструкция в виде плоского шка-
фа (шпалеры), в котором все детали легко доступны с одной стороны.
3. Возбудитель Н1541 с независимыми боковыми полосами имеет в сво-
ем составе частотный синтезатор. На выходе возбудителя получается модули-
рованный сигнал с пиковой мощностью 100 мВт в диапазоне 1,6...30 МГц.
2. Системы КВ радиосвязи 31
При включении полосовых фильтров с коррекцией ФЧХ Н1540 может рабо-
тать в высокоскоростных системах передачи данных. Шаг сетки частот 10 Гц.
В возбудителе Н1541 введен микропроцессорный блок для управления, кон-
троля и связи с внешними системами.
4. Приемник Н2541 с независимыми боковыми полосами имеет в своем
составе также синтезатор частот [27]. Приемник рассчитан на работу в диапа-
зоне 0,015...30 МГц. Шаг сетки частот 10 Гц. Имеется возможность непре-
рывной перестройки для работы в режиме поиска. Приемник также снабжен
микропроцессорным блоком, который служит для управления, контроля, ин-
дикации, работает как элемент частотного дисплея, а также для связи с внеш-
ними системами.
5. Устройство сложения мощностей двух усилителей Н1141 служит для
получения в антенне мощности 20 кВт.
6. Быстродействующая система дистанционного управления не требует
применения специальных блоков сопряжения. Для ее работы можно исполь-
зовать различные линии связи: каналы специальных телефонных сетей,
ОВЧ/УВЧ линии передачи данных в пределах прямой видимости, каналы пе-
редачи речевых сообщений в режимах симплекс-дуплекс. Скорость передачи
сигналов в системе может изменяться от 50...75 до 2400 Бод. Для сопряжения
между системой дистанционного управления и линиями передачи данных
используются стандартные модули.
7. В системах радиосвязи используют также оконечные телеграфные
устройства, радиотелетайпы и антенные коммутаторы.
Оборудование серии MFT-2 в совокупности с быстродействующей сис-
темой дистанционного управления можно применять в сложных дистанцион-
но управляемых системах.
Впоследствии фирма выпустила в серийное производство передатчики
Н1051 и Н1151 мощностью 1 и 10 кВт. В отличие от передатчиков Н1041 и
Н1141, имеющих два последних резонансных каскада, перестраиваемых при
переходе с одной рабочей частоты на другую, передатчики Н1051 и Н1151
имеют сквозной широкополосный тракт (предварительные усилители широ-
кополосные, а выходной каскад двухтактный УРУ). Основные параметры
этих передатчиков следующие: диапазон рабочих частот 0,24...28 МГц, вы-
ходная мощность 1...10 кВт, усиление линейного усилителя мощности
44...54 (±1,5) дБ, уровень нелинейных искажений при измерении методом
двух тонов 40 дБ, уровень гармонических излучений 43 дБ.
При работе с соответствующими логопериодическими антеннами (ши-
рокополосными) эти передатчики позволяют строить как широкополосные,
так и узкополосные системы радиосвязи с весьма высокими оперативными
показателями.
Принципы организации сети радиосвязи. Построение сети автома-
тической адаптивной радиосвязи при значительном числе корреспондентов и
управление этой сетью представляют собой сложную задачу. Действительно,
в такой сети могут возникать самые разнообразные ситуации (отказ какого-
32 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
либо устройства, поступление нового сообщения, время периодического кон-
троля, переход на другой канал радиосвязи и др.), на которые заранее преду-
смотреть ответ сети просто невозможно. Поэтому для организации сложных
сетей автоматизированной радиосвязи используют известный принцип деле-
ния отдельных частей сети и задач управления и организации на несколько
уровней, слоев, этажей. Общее число уровней обычно не превышает 7...9
и определяется разрешенной долей самостоятельности отдельных элементов
сети, а также сложностью микропроцессорных блоков, установленных в от-
дельных устройствах.
Например, при разработке в Канаде экспериментальной автоматизиро-
ванной сети радиосвязи рассматривались следующие шесть уровней.
1. Физический уровень. На этом уровне контролируют аппаратуру,
управляют оборудованием, подводят к передатчику и идентифицируют при
приеме передаваемые сообщения.
2. Уровень линий радиосвязи. На этом уровне устанавливают, поддер-
живают и прекращают прямые соединения между радиостанциями, контро-
лируют ошибки приема и поток сообщений с помощью автоматического пе-
реприема.
3. Уровень сети. На этом уровне распределяют сообщения по трассам
(адресация) и управляют сетью.
4. Уровень переноса. Элементы этого уровня позволяют вести перего-
воры, поддерживать связь между конечными пунктами, а также обеспечива-
ют связь внутри сети.
5. Уровень сеансов. На этом уровне регламентируется сеансная работа:
отводится время для работы, предоставляются каналы, подаются сообщения,
поддерживается синхронизация, формируются сообщения в соответствии
с принятыми форматами.
6. Уровень общего применения введен для организации обмена между
компьютером и терминалами обработки данных, а также для выполнения
эксперимен гальных измерений.
В зависимости от целей, в соответствии с которыми строится сеть ра-
диосвязи, число используемых уровней может быть меньше или больше.
Применительно к цифровым сетям передачи данных была разработана и бы-
стро внедрялась в качестве международного стандарта для сетей связи вооб-
ще концепция многоуровневой архитектуры связи, реализованная в виде эта-
лонной модели взаимодействия открытых систем [156]. Для разрешения про-
блемы, состоящей в обеспечении правильной, своевременной и распознавае-
мой доставке данных, были разработаны две группы протоколов: сетевые
протоколы и протоколы высокого уровня, каждый из которых подразделяется
на отдельные уровни. В соответствии с Эталонной моделью всего их семь:
физический, уровень канала, сетевой, транспортный, уровень сеанса, уровень
представления и прикладной. Три нижних уровня, предоставляющие сетевые
услуги, должны быть предусмотрены в каждом узле сети; их функции совпа-
дают с описанными выше. Четыре верхних уровня служат для предоставле-
2. Системы КВ радиосвязи 33
ния услуг оконечным пользователям; их задачи, в основном, те же (уровень
переноса соответствует транспортному, а уровень общего применения -
уровню представления). Прикладной уровень относится к числу сервисных,
обеспечивая взаимопонимание двух прикладных процессов на каждом конце
сети, и ответственен за семантику передаваемой ими информации.
Приведем в качестве примера несколько вариантов систем - сетей,
в которых принцип уровневой структуры реализован в меньшей или большей
степени.
Системы КВ радиосвязи, использующие оборудование фирмы
«Маркони». С использованием радиооборудования серии MFT или анало-
гичного ему была разработана группа систем КВ радиосвязи.
Транспортируемая система станций. Оборудование станции монти-
руют внутри одного или нескольких контейнеров, транспортируемых авто-
машинами, самолетами, вертолетами. В контейнерах монтируют следующую
аппаратуру: H1S41, Н1041, Н2541, оконечные устройства и телефонный ком-
мутатор. Передача осуществляется с помощью вынесенных портативных
штыревых антенн, а прием - с помощью штыревых антенн, устанавливаемых
на контейнере. Существует возможность шифрования. Данная система может
быть быстро развернута.
Система связи воздух-земля и берег-
корабль. Структурная схема системы пред-
ставлена на рис. 2.1.
Схема состоит из следующих эле-
ментов: 1 - транспортируемая прие-
мо-передающая радиостанция, используе-
мая для тренировок; 2 - передающие стан-
ции в зонах А и В; 3 - приемные станции в
зонах А и В; 4 - местные центры управле-
ния; 5 - запасной центр управления и свя-
зи; 6 - основной центр управления и связи;
7 - передающая станция ДВ диапазона. Эта
система всегда содержит, по крайней мере,
два далеко отстоящих друг от друга прие-
мо-передающих комплекса.
Прием-передача, управление и кон-
троль местных центров осуществляются
в зависимости от условий распространения
радиоволн с одного из двух центров связи
и управления.
Существует возможность управле-
ния сетью с местных центров.
Станции имеют парное оборудование и
центра. Транспортируемую станцию можно использовать также для дополни-
тельной связи. В системе могут передаваться телеграфные й речевые сообще-
3 - 5869
Зона
Зона В
Линия служен-
ной. связи
ГТ "У”! ТТ7Т7
Рис. 2.1
на оба
34
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ния; имеются также системы скоростной шифрованной передачи данных. Ино-
гда используются системы электронной коммутации, управляемые ЭВМ.
Фирма рассматривает возможность создания обширной сети дистанци-
онно управляемых приемо-передающих КВ станций. Сеть будет содержать
до 28 устройств Н1041/Н1541 и до 44 устройств Н2541, размещенных на об-
ширной территории.
Автоматизированная система радиосвязи для надводных кораблей
[191] содержит оборудование для работы в диапазонах ДВ, КВ и УКВ. Рас-
смотрим только оборудование ДКМ диапазона. При этом удобно всю систему
разделить на несколько функционально различных подсистем.
Подсистема управления, распределения информации и кон-
троля. Эта подсистема размещена в центральных постах связи. Осуществля-
ет приоритетное распределение информации, обрабатывает принимаемые
и передаваемые сообщения, организует каналы связи, контролирует их со-
стояние и готовность аппаратуры, формирует сообщения, защищает их от
несанкционированного доступа, распределяет их между адресатами, выдает
в печатном виде и ретранслирует, кроме того, шифрует и дешифрует, запи-
сывает и хранит в запоминающем устройстве ЭВМ.
Передающая подсистема обеспечивает передачу текстов, телефонных
и телеграфных сообщений. Передача информации осуществляется между ко-
раблями в тактических сетях до 300 миль, в каналах стратегической связи до
нескольких тысяч миль. В ДКМ диапазоне в системах радиосвязи тактиче-
ского звена используются передатчики с выходной мощностью до 100 Вт,
в оперативно-тактическом звене до 250 Вт, а в стратегическом 700... 1000 Вт
и более. Применяются широкополосные антенны, связанные через полосовые
фильтры с блоками усилителей мощности передатчиков. При необходимости
обеспечивается работа нескольких передатчиков на одну антенну. В составе
возбудителей РПдУ имеются блоки памяти, позволяющие запоминать 19 час-
тот, 20-я вводится с пульта управления оператором. Мощность передатчика
и рабочие частоты выбираются подсистемой управления в зависимости от
адреса корреспондента.
Приемная подсистема обеспечивает прием информации в каналах так-
тической и стратегической связи. Сигналы в диапазоне 1...30 МГц принима
ются одной активной антенной (высота 1...2 м), проходят через разделитель-
ные фильтры и многоканальные разветвители на входы приемников; с выхо-
дов этих приемников через подсистему распределения сообщения подаются к
абонентам. Радиоприемные устройства имеют два входа: широкополосный
1...30 МГц и узкополосный 5...6 МГц. В блоках памяти приемника хранятся
19 частот, а 20-ю частоту можно набрать с пульта управления. Жесткие меры
по обеспечению электромагнитной совместимости позволили сократить час-
тотные интервапы между приемными и передающими каналами до 2,5%,
а между только приемными - до 100 кГц.
Особенности работы корабельных систем связи. В отличие от сухо-
путных систем радиосвязи работа корабельных систем осложнена близким
2. Системы КВ радиосвязи 35
расположением антенн и отсутствием у них высокой направленности, что
приводит к сильной связи между передающими и приемными антеннами. К
тому же на кораблях имеются различные металлические детали, которые соз-
дают электрические цепи с нелинейными характеристиками. Мощные высо-
кочастотные сигналы от передатчиков, проходя по этим цепям, взаимодейст-
вуют друг с другом и создают большое число интермодуляционных колеба-
ний высокого уровня, что резко ограничивает применение для корабельной
связи широкополосных систем радиосвязи. К тому же приходится учитывать,
что при ионосферном распространении ослабление сигнала при прохождении
зависит от времени суток, частоты и географического места. Все эти факторы
обусловили применение, главным образом, узкополосных систем КВ связи
в военно-морских силах (ВМС). Такие системы настраивают медленно и во
многих случаях вручную. Число каналов связи, в особенное ги предназначен-
ных для передачи, сравнительно небольшое. Для эсминца, например, типично
3-5 каналов передачи. При таком ограниченном числе каналов в условиях
помех и неустойчивости траектории радиоволн коэффициент готовности ли-
нии (канала) оказывается очень низким. Улучшение тактической КВ связи
для ВМС достигается заменой существующих узкополосных систем широко-
полосными системами связи. Для таких систем разработаны поколение при-
емных устройств и возбудителей с низким уровнем шумов и очень быстрой
перестройкой частоты, широкополосные усилители, модемы с программным
обеспечением и контроллеры систем. Новые системы радиосвязи должны
иметь возможность работать совместно с существующими сейчас узкополос-
ными системами.
Структура широкополосных радиостанций. На рис. 2.2 представлена
структурная схема широкополосной радиостанции [26]. В передающую часть
радиостанции входят: широкополосные ШП контроллеры, узкополосные УП
и широкополосные модемы, задающие генераторы ЗГ и тракты переноса пе-
редаваемых сигналов на рабочие частоты, режекторные фильтры РЖФ для
подавления ненужных сигналов, распределители-коммутаторы высокочас-
тотных сигналов, мощные широкополосные усилители и линеаризаторы -
устройства для снижения нелинейных искажений. Приемная часть состоит из
распределителя ШАУ, узкополосного и широкополосных приемников.
На рис. 2.3 показана структурная схема второго варианта приемной
части. Если в варианте схемы рис. 2.2 для снижения влияния комбинацион-
ных частот на прием в приемном тракте включен широкополосный преселек-
тор, то в варианте рис. 2.3 между антенной и распределителем включено уст-
ройство ослабления внутренних помех, управляемое от распределителя пере-
дающего тракта. Здесь используется адаптивное подавление помех до входов
ШП приемников, т.е. раньше, чем эти помехи снизят чувствительность при-
емников. Приемники и задающие генераторы представляют собой блоки
транспонирования частоты с небольшими линейными искажениями и низки-
ми шумами. Модем принимает данные, кодирует их и модулирует радиосиг-
нал для передачи; фильтрует, демодулирует и декодирует сигналы основной
36
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 2.2
От распреОв-
Рис. 2.3
полосы частот для приема. Контроллер настраивает приемники, задающие
генераторы, контролирует состояние аппаратуры, рабочий режим; собирает
данные, характеризующие работу линии связи, и осуществляет еще ряд
функций. Широкополосный усилитель мощности усиливает сигналы, посту-
пающие с задающего генератора, и обеспечивает высокую выходную мощ-
ность в антенне в полосе частот 2...30 МГц.
По программе усовершенствования КВ связи для ВМС разработаны два
самостоятельных модема: цифровой модем HFDM и широкополосный модем
совместно с регулятором. Цифровой модем спроектирован на микропроцес-
соре; для изменения характера обработки сигналов в нем достаточно изме-
2. Системы КВ радиосвязи 37
нить программу микропроцессора. Широкополосный модем используется в
новой широкополосной многоканальной структуре. Он отличается от цифро-
вого модема видом модуляции и возможностями контроля, осуществляемого
в приемниках и генераторах. Широкополосный модем оценивает пригодность
линии связи, контролируя заполнение имеющегося канала, отношение сиг-
нал-шум и частоту ошибок по посылкам.
Приемное устройство использует построенные из модулей синтезатор
с низким уровнем шумов и блок транспонирования радиочастоты, имеющий
малые линейные искажения и шумы, а также незначительные интермодуля-
ционные искажения. Таким образом, приемное устройство и возбудитель пе-
редатчика имеют общие модули. Оба устройства выполнены для диапазона
2...30 МГц.
В приемнике все продукты интермодуляционных составляющих долж-
ны быть ниже 50 дБ. В предусмотренной системе автоматической регулиров-
ки усиления диапазон регулировки усиления составляет 120 дБ при шаге
в 1 дБ. При проектировании широкополосных усилителей мощности необхо-
димо достичь высокой степени линейности для предотвращения недопусти-
мых уровней продуктов интермодуляции. Предварительные расчеты показы-
вают, что многочисленные известные способы использования прямых и об-
ратных связей в сочетании с достижениями современной технологии дают
хороший результат.
Экспериментальная сеть радиосвязи. Для дальнейшего развития сис-
тем КВ связи в недалеком прошлом оказалось важным создать такую струк-
туру сети, которая позволила бы выполнить отдельные элементы сети в виде
модулей, обладала бы приспособляемостью (маневренностью) программного
обеспечения, а также была бы совместима с имеющимся коммерческим обо-
рудованием. Такая сеть адаптивной радиосвязи впервые была использована
для экспериментальной проверки качества ее работы и для изучения прохож-
дения в сети различных сигналов.
Структурная схема приемо-передающей станции этой сети приведена
на рис. 2.4 [184]. В ней используются мини-ЭВМ PDP 11/13 и необходимое
радиооборудование. Контроль работы радиостанции и ее элементов осущест-
вляется комплексом контрольных приборов (IEEE 488), представляющим со-
бой совокупность различных датчиков, внедренных в оборудование, автокон-
трольных приборов и цепей, ведущих к контрольному интерфейсу.
Для обработки передаваемых сигналов может быть использован любой
стандартный модем; для первых экспериментов был выбран синхронный мо-
дем со скоростью передачи информации 300 бит/с. Возбудитель В передат-
чика подключен к контрольному комплексу через специально разработанное
контрольное устройство управления УУВ. В качестве эталона частоты ис-
пользован цезиевый эталонный генератор ЦС.
Проследим прохождение передаваемых и принимаемых сообщений,
процессы перестройки и контроля. Передаваемое сообщение с терминала
связи ТС подается на асинхронный интерфейс АИ и уже в дискретной форме
38
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 2.4
записывается в память ЭВМ и передается через синхронный интерфейс СИ
к синхронному модулю СМ. Здесь сообщение превращается в сигнал, удоб-
ный для подачи на передатчик с ОМ. Этот сигнал в полосе 300...3400 Гц по-
дается к возбудителю В, модулирует радиосигнал и в виде сигнала с ОМ по-
ступает на антенну.
Принимаемый приемником Пр сигнал преобразуется к звуковой часто-
те, подается к СМ и далее проходит путь передаваемого сигнала, только
в обратном порядке. Сигнал о смене канала, принятый приемником через СМ
и СИ, доставляется к ЭВМ, расшифровывается, по нему ЭВМ вырабатывает
команду, которая по тракту передачи дискретной информации через аппара-
турный интерфейс АПИ подается к управляющему микропроцессору прием-
ника и в устройство управления возбудителя УУВ; на этом процесс пере-
стройки завершается.
Качество принимаемых и передаваемых сигналов оценивается в терми-
нале оценки качества ТОК, ЭВМ управляет выполнением оценок в нужное
время и через АИ принимает и обрабатывает их сигналы. Через устройство
КА ЭВМ контролирует параметры антенны, с помощью элемента РПС регу-
лирует уровень зондирующего пилот-сигнала, который вырабатывается гене-
ратором ГПС. Результаты оценки качества кодируются и в известные момен-
ты времени по тракту ЭВМ - СИ - СМ - В - П передаются на центральный
управляющий пункт.
Измерения ошибок проводили на линии длиной 160 км в течение 12 ч.
Полученные данные использовали для анализа распределения ошибок в пе-
редаваемых пакетах. Оптимальный размер высокочастотного пакета получен
не был, однако теоретически было показано, что эффективность передачи
можно повысить, если ввести регулируемый размер пакета. Был рассмотрен
2. Системы КВ радиосвязи 39
алгоритм работы модема, при котором длина пакета изменяется в зависимо-
сти от условий появления ошибок в канале. Процедура автоматического вы-
бора рабочей частоты в исследуемой сети основывалась на оценке качества
канала по ошибкам, измеряемым на 40-байтовой тестовой последовательно-
сти, которая передавалась на каждой разрешенной частоте. Результаты изме-
рения оценивали с помощью соотношения К = N(7’n)/N(7’„), где N(T„), N(T„) -
частости ошибок в канале за время передачи Тп и измерения ТИ. При правиль-
ном выборе рабочей частоты К=1.
Модель сити использовали также для изучения ее топологии, изме-
няющейся с течением времени суток. Она содержала 6 узлов и 11 линий.
В результате исследования получены коэффициенты готовности связи между
различными станциями в зависимости от времени суток. Для характеристики
была взята связность, причем она значительно увеличивалась при выборе оп-
тимальных частот. Полученные результаты могут быть использованы при
проектировании высокочастотного оборудования радиостанций, используе-
мого в узлах пакетной коммутации. Предполагается, что совокупность таких
радиостанций будет действовать как высококачественная сеть передачи
данных.
Предварительные итоги позволили считать, что создание широкопо-
лосных радиостанций, изменение топологии сетей, выбор оптимальных час-
тот, автоматизация управления сетями связи, улучшение ЭМС, применение
новейшей технологии существенно повышаю! конкурентоспособность сис-
тем КВ радиосвязи, делают их более надежными.
Автоматизация вхождения в связь и контроль качества каналов.
Имеется несколько подсистем автоматизации вхождения в связь и контроля
качества каналов.
Подсистема Maritex (Швеция) может использоваться для передачи те-
леграфных сообщений между судном и абонентами сети телекс через берего-
вой радиоцентр. В автоматизированном варианте системы все функции
управления и обслуживания заявок выполняет ЭВМ PDP-11, размещенная на
береговом радиоцентре.
В исходном состоянии все передатчики и приемники берегового ра-
диоцентра подключены к ненаправленным антеннам, при этом передатчики
постоянно излучают синхронизирующий пилот-сигнал на всех незанятых
частотах. Судовой радиоприемник последовательно сканирует рабочие час-
тоты, а судовой передатчик одновременно перестраивается на частоты, пар-
ные частотам приема. Период сканирования составляет 5 с.
При вызове судна с берегового радиоцентра ЭВМ определяет местопо-
ложение судна, выбирает по данным радиопрогноза рабочую частоту, выдает
команды на подключение требуемых антенн и аппаратуры передачи и приема
данных к приемнику и передатчику. После этого в эфир передается сигнал
селекторного вызова требуемого судна. При декодировании сигнала селек-
торного вызова приемник прекращает сканирование, радиопередатчик излу-
чает на парной частоте сигналы, подтверждающие получение вызова. Затем
40
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
передается сообщение, в конце которого береговой радиоцентр излучает сиг-
нал, возвращающий судовую аппаратуру в исходное состояние. Если после
посылки вызова судно не ответило на выбранной частоте, через 20 с поступа-
ет повторный вызов судна на другой частоте, рекомендованной радиопрогно-
зом. При невозможности связаться с судном в данное время сообщение запи-
сывается на ЭВМ и ставится в очередь.
Если необходимо передать сообщение с судна на берег, судовая ЭВМ
получает соответствующую команду, по которой анализирует результаты
приема синхронизирующих пилот-сигналов, излучаемых береговым радио-
центром, выбирает свободный радиоканал, настраивает судовую аппаратуру
на соответствующие частоты и посылает сигнал вызова. Если в течение 20 с
после этого судовая аппаратура передачи данных не синхронизируется с бе-
реговой, ЭВМ переводит все радиосредства судна в исходное состояние
и ждет повторного вызова.
Подсистема СНЕС предназначена для оценки качества канала связи
и автоматического вхождения в связь. Эту подсистему первоначально ис-
пользовали для связи морской авиации с радиоцентрами, а позднее стали
применять в морской радиосвязи.
Принцип работы подсистемы заключается в том, что судовая радио-
станция сканирует частоты всех каналов радиосвязи ДКМ диапазона, на ко-
торых ожидается вызов судовой радиостанции. Оптимальные радиоканалы
выбираются по максимуму соотношения сигнал-помеха с учетом условий
прохождения радиоволн. Выбор оптимального сигнала основан на определе-
нии уровня помех на парной приемной частоте на береговом радиоцентре.
Сообщение об уровне помех в выделенных каналах на береговом радиоцен-
тре кодируется и передается совместно с зондирующими сигналами по пар-
ным передающим радиоканалам на все судовые радиостанции.
Решающим фактором при определении оптимального радиоканала яв-
ляется оценка уровня помех в зоне берегового радиоцентра, поскольку мощ-
ность судовых радиостанций обычно значительно ниже мощности передат-
чиков на береговых радиоцентрах.
При длительных перерывах связи из-за ухудшения прохождения радио-
сигналов или нарушения синхронизации подсистема СНЕС переводит при-
емники в режим автоматического сканирования по всем отведенным для дан-
ного судна частотам. Период сканирования при этом будет иным, поскольку
сигналы на каждой частоте излучают за время, которое радиопередатчику
берегового радиоцентра нужно для полного цикла зондирования на всех час-
тотах. Как только радиоприемник судовой радиостанции опознает зонди-
рующий сигнал, судовая радиостанция возвращается в режим нормальной
работы. Для повышения надежности работы системы и для уменьшения ве-
роятности ложных срабатываний в подсистеме СНЕС при передаче избира-
тельного вызова используют многочастотные тональные сигналы, формируе-
мые в полосе телефонного канала и передаваемые радиопередатчиком с ОМ.
2. Системы КВ радиосвязи 41
Система радиосвязи, содержащая подсистему СНЕС, обладает рядом
достоинств:
1) быстрый выбор оптимальных каналов при резких изменениях усло-
вий распространения радиоволн, что повышает надежность радиосвязи;
2) практически мгновенный выбор оптимального в данный момент
времени рабочего канала и быстрая (доли секунды) настройка на рабочую
частоту приемо-передающей аппаратуры, что позволяет сократить время
вхождения в связь и время обмена информацией;
3) исключение метода «проб» и переспросов при неоптимальном выбо-
ре рабочего канала, что повышает эффективность использования присвоен-
ных частот. При качестве связи ниже порогового подсистема СНЕС перехо-
дит на канал с лучшим качеством;
4) фиксирование промежутков времени, в которые радиосвязь ни в од-
ном из присвоенных каналов невозможна, что позволяет отказаться от не-
нужных попыток установления связи между корреспондентами.
Подсистема SELSCAN предназначена для автоматизации процессов
зондирования и вхождения в связь. Аппаратура этой подсистемы разработана
фирмой Rockwell-Collins. При вхождении в связь передатчик абонента авто-
матически передает сигнал селекторного вызова последовательно на каждой
из 10 выделенных основных частот. Одновременно приемник вызываемого
абонента синхронно принимает вызывные сигналы на каждой из 10 частот.
Анализ качества и выбор наилучшей рабочей частоты выполняются микро-
процессорным устройством. Если не удается установить связь ни на одной из
основных частот, вызов автоматически повторяется на запасных частотах до
тех пор, пока не появится связь или пока не будет отменен оператором вызов.
Подсистема RACE была разработана канадским отделением фирмы
«Маркони» для обеспечения телефонной связи между судами и абонентами
береговой сети. В исходном положении береговой радиоцентр передает зон-
дирующие сигналы на каждой из рабочих частот. На судовых радиостанциях,
которые перестраиваются на те же рабочие частоты синхронно с передатчи-
ком берегового радиоцентра, оценивается качество связи в рабочих каналах.
Время анализа одного канала равно 2 с.
При поступлении вызова от берегового абонента радиоцентр передает
вместо зондирующих сигналов сигнал селекторного вызова, при приеме ко-
торого судовая радиостанция передает на парной частоте подтверждение.
Приняв подтверждение, береговой радиоцентр анализирует его и при хоро-
шем качестве приема информации передает номер телефона вызываемого
абонента, одновременно сообщая вызывающему абоненту об установлении
связи. Среднее время установления соединения - 6 с.
Вызов с судовой радиостанции подают аналогично. Связь между або-
нентами различных судовых радиостанций осуществляется через береговую
радиостанцию. Вызывные и зондирующие сигналы формируются с помощью
модема с двоичной частотной манипуляцией, обеспечивающего скорость пе-
редачи 75 Бод. Качество канала связи контролируется по частоте ошибок.
42
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Подсистему испытывали при расстояниях между береговым радиоцентром и
судовой радиостанцией до 490 км и мощностях передатчиков 150 Вт. При
этом надежность приема вызова составила 99,2%.
Из опыта использования систем коротковолновой радиосвязи отечест-
венными потребителями можно выделить сеть КВ радиосвязи, эксплуатируе-
мую одним из подразделений концерна «Газпром», а также совместную разра-
ботку группы специалистов под названием «Система КВ радиосвязи для даль-
ней и ближней зоны», представленную на выставке «Связь-Экспокомм-97».
Сеть КВ радиосвязи в системе ОАО «Подзембургаз» буровой
компании ОАО «Газпром» на базе оборудования Codan и Q-MAC. Под-
разделения и объекты бурения подмосковной экспедиции глубокого бурения
ДАО «Бургазгеотерм» (ныне ОАО «Подзембургаз») буровой компании ОАО
«Газпром» удалены оз центральной базы в г. Щелково на расстояния до 1200
км. В 1997 г. организованная в составе компании служба технологической
связи произвела полную замену морально и физически устаревшего парка
радиостанций на КВ оборудование австралийских фирм Codan и Q-MAC.
В результате сеть КВ радиосвязи в системе ОАО «Подзембургаз» стала вы-
глядеть следующим образом (рис. 2.5) [128].
Центральная станция в г. Щелково Московской области реализована на
базе трансивера CODAN 9360 с модемом 9001 и телефонным интерфейсом
IPC500. Аналогичное оборудование установлено в г. Балабаново Калужской
области. Связь с базами бурения в гг. Вологда, Касимов (Рязанская обл.),
г. Беднодемьяновск
Пензенская обл.
Рис. 2.5
2. Системы КВ радиосвязи 43
Крестцы (Новгородская обл.), Беднодемьяновск (Пензенская обл.) и пос. Пы-
час (Республика Удмуртия), Кобтура (Башкирия) осуществляется за счет обо-
рудования последних аналогичными трансиверами. В ряде населенных пунк-
тов используются трансиверы Q-MAC HF-90 стационарной базовой станции
большой мощности (г. Кузнецк Пензенской обл. и пос. Терси, Республика
Удмуртия). Планируется введение в эксплуатацию станций на базе трансиве-
ров CODAN NGT и Q-MAC HF-90 для связи с подразделениями и объектами,
находящимися в Волгогпадской, Тульской и Саратовской областях, а также
в Татарстане.
В городах с развитой инфраструктурой (участки г. Щелково -
г. Вологда и г. Щелково - г. Балабанове) установлены радиомодемы и ком-
пьютеры, что позволяет осуществлять межмашинный обмен оперативными
данными, передавать документы по каналам факсимильной радиосвязи,
а также создает предпосылки для организации единой компьютерной сети
экспедиции с удаленным доступом к объектам по каналам КВ радиосвязи.
Таким образом, модернизированная сеть связи ОАО «Подзембургаз»
обеспечивает:
• телефонную радиосвязь с удаленными районами со сложными геофи-
зическими и климатическими условиями при минимальном количестве рабо-
чих частот;
• автоматический выход в единую систему связи РАО «Газпром»
и возможность вызова любого абонента ведомственных АТС;
• реализацию возможностей, предоставляемых современным оборудо-
ванием связи, включая дистанционное управление, программирование и ди-
агностику аппаратуры.
Автоматизированная система КВ радиосвязи для дальней и ближ-
ней зоны. Автоматизированная высоконадежная КВ система подвижной
коммерческой радиосвязи для дальней (до 2000 км) и ближней (до 500 км)
зоны разрабатывается фирмой PSC, Inc. совместно с группой специалистов
российских предприятий [2]. Система предназначена для автоматического
обмена информацией в сети до 32 (128) абонентов и обеспечивает двухсто-
роннюю полудуплексную связь стационарных и подвижных объектов сле-
дующих видов: аналоговая и цифровая (от 300 до 4800 бит/с) телефония;
межмашинный обмен данными со скоростью 300...4800 бит/с; обмен теле-
графными сообщениями со скоростью 20... 1200 бит/с; параллельная переда-
ча сообщений ограниченного объема (с ретрансляцией в другие сети) одно-
временно для всех абонентов сети. При передаче используются многоуровне-
вые адаптивные протоколы установления и поддержания радиообмена,
включающие управление частотой, мощностью, модуляцией и кодом. Боль-
шой набор сигнально-кодовых конструкций в сочетании с эффективной сис-
темой мониторинга (зондирования) канала и вспомогательной радиосетью
обеспечивают оптимальную автоматическую трехуровневую адаптивную
подстройку параметров системы под существующие условия связи. В систе-
44
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ме реализованы такие современные сервисные услуги, как подключение к
стандартным международным сетям обмена информацией, многоскоростное
вокодерное преобразование речи, криптографическая защита информации.
Для передачи используются одночастотные, параллельные или последова-
тельные многочастотные сигналы, а также сигналы с частотно-временной
матрицей, тип модуляции - частотная (ЧМ), фазоразностная (ФРМ) и частот-
но-фазоразностная (ЧФРМ) с различной кратностью модуляции.
Комплекс радиосредств системы (рис. 2.6) состоит из стационарной
центральной и подвижных абонентских станций. Стационарная центральная
станция включает передатчик, приемники, антенны различных видов (даль-
него и зенитного распространения) с антенными коммутаторами, трансивер,
компьютер с периферийными устройствами, телефонный аппарат. В состав
подвижной абонентской станции, устанавливаемой на автомобиле, входят
трансивер, компьютерное обеспечение и телефонный аппарат. Подвижная
абонентская станция, предназначенная для связи в дальней зоне, помимо это-
го оборудуется активными приемными антеннами.
Подвижная станция
до 500 км
до 2000 км
2.
5.
6.
8.
9.
Приемники
Трансивер
ПЭВМ
Принтер
Передатчик
Антенный коммутатор
Антенны зенитного излучения
Антенны дальнего распространения
Телефонный аппарат
10. Двухтрактовый приемник
II. Активные приемные антенны
Рис. 2.6
Стационарная
центральная станция
Подвижная станция
Система мониторинга и передачи данных [182], разработанная фир-
мой «Радиома», предназначена для передачи навигационной информации от
судов на береговые диспетчерские пункты (ДП), решения задач мониторинга с
целью повышения безопасности судоходства на внутренних водных путях Рос-
сии. Система состоит из двух комплектов: мобильного, расположенного на
судне, и стационарного, устанавливаемого на ДП. В состав мобильного ком-
2. Системы КВ радиосвязи 45
плекта (рис. 2.7) входят радиостанция IC-78 (§ 12.3), блок питания, контроллер
пакетной связи «Радиома-КПС-КВ», персональный компьютер со специализи-
рованным навигационным программным обеспечением, GPS-приемник
Garmin, антенно-фидерные устройства. Стационарный комплект включает ра-
диостанцию IC-78, блок питания, контроллер пакетной связи «Радио-
ма-КПС-КВ» и пер юнальный компьютер со специализированным навигацион-
ным программным обеспечением и принтером. Передача информации на ДП
осуществляется в автоматическом режиме, кроме того, обеспечивается также
обмен текстовыми сообщениями, текстовыми и бинарными файлами.
Система обеспечивает контроль за прохождением судами проложенно-
го маршрута с отображением карты и их местоположения на экране монито-
ра, а также автоматическую регистрацию параметров движения и выдачу
предупреждений в виде текстовых сообщений и звуковых сигналов. Про-
граммное обеспечение имеет широкий набор функций: определение пеленгов
и дистанций, предварительная прокладка маршрута, управление параметрами
комплекта, получение информации об объектах карты, изменение картогра-
фической нагрузки и т.д.
Рис. 2.7
Система ХВ2900 [190], разработанная фирмой Rohde&Schwarz специ-
ально для судовой радиосвязи тактического назначения типа корабль-
корабль, входит в состав интегрированной системы связи ICS (Integrated
Communication System) военно-морских сил. ХВ2900 была подготовлена для
эксплуатации вооруженными силами НАТО в адаптивной системе радио-
управления в новом режиме STANAG 4539. Построение ХВ2900 основано на
объединении нескольких передаваемых сигналов и использовании для пере-
дачи только одной широкополосной антенной системы. В зависимости от ис-
пользуемых компонентов в системе обеспечиваются все современные режи-
мы работы: передача речи, высокоскоростной обмен различными видами
данных, операции автоматического установления соединения (ALE) в соот-
ветствии со стандартами FED STD 1045/1046/1049 либо с использованием
адаптивной системы ALIS (см. § 12.4), вхождение в телефонные системы и
т.д. Рабочий диапазон частот 1,5...30 МГц, в режиме приема - 0,03...30 МГц.
Конфигурация системы основана на современном радиооборудовании фирмы
Rohde&Schwarz: возбудители GX2900, системы управления мощностью
GV2900, 4 усилителя мощности VK2900 на 1 кВт каждый, двухуровневые
46
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
комбайнеры на 2 и 4 кВт, широкополосная антенная система, триплексер
FK2950 и другие компоненты, совместимые с трансиверами ХК2000. При
необходимости в состав могут быть включены высокоскоростные модемы,
блоки ALE, модули АРР (Automatic phone patch) и др. Наличие в используе-
мом оборудовании последовательных портов RS-232/RS-485 позволяет ин-
тегрировать компоненты в единую систему централизозанного дистанцион-
ного управления, осуществляя дистанционный контроль и управление систе-
мой с центрального пульта. Другими отличительными особенностями систе-
мы являются использование цифровой обработки речи с системой подавле-
ния шумов; постоянный контроль исправности всего оборудования благодаря
наличию встроенной аппаратуры диагностики и тестирования BITE; низкий
уровень интермодуляционных искажений и высокочастотных помех, обу-
словленных применением в усилителях мощности полупроводниковой тех-
нологии MOSFET; быстрая замена компонентов без новой калибровки.
Компактные контейнерные системы семейства FALCON фирмы Har-
ris [173] построены на базе приемопередатчика RF-5000 и включают ряд вспо-
могательных устройств, значительно расширяющих их возможности. Системы
разработаны с учетом жестких требований к внешним воздействиям, их обору-
дование имеет модульную конструкцию и заключено в компактные контейне-
ры, благодаря чему обеспечивается быстрое развертывание сети и ее устойчи-
вая работа. Системы предназначены для работы в режимах USB, LSB, CW,
АМЕ в диапазоне 1,6. ..30 МГц. Мощность передатчика в зависимости от вер-
сии составляет 125 или 400 Вт, настройка частоты осуществляется с шагом
10 Гц, возможна предварительная установка до 100 симплексных или полудуп-
лексных каналов. В базовой модификации системы реализованы функции
цифровой обработки сигнала и встроенного тестирования аппаратуры BITE.
При использовании модема RF-5110MD передача данных осуществляется со
скоростью 2100 бит/с. Расширение системы возможно за счет установки блока
автоматического установления связи; сигнального процессора, обеспечиваю-
щего преобразование речи в цифровую форму и скремлирование речевого сиг-
нала; контроллера псевдослучайной перес гройки рабочей частоты; шифратора
речи и данных.
В состав контейнерной приемо-передающей системы входят блок
приемопередатчика, усилитель мощности на 125 или 400 Вт, источник пита-
ния, контейнерные корпуса, микротелефонная трубка, кабели питания и па-
нель интерфейса данных. Для использования с приемо-передающей системой
поставляется контейнерная система сопряжения с антенной, рассчитанная на
работу с различными типами антенн (зенитного излучения,. симметричной
вибраторной и др.).
В результате проведенного аналитического обзора можно сделать сле-
дующие выводы. Автоматизация на базе ЭВМ, непрерывное зондирование,
выделение большого числа каналов, работа на незакрепленных, но оптималь-
ных каналах позволяют существенно повысить надежность и эффективность
КВ радиосвязи, улучшить эффективность использования частотного ресурса,
2. Системы КВ радиосвязи 47
снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы. Практика выделе-
ния рабочих частот для автоматизированных систем радиосвязи должна учи-
тывать необходимость поиска оптимальных каналов. Разработка и производ-
ство элементов радиосистем (передатчиков, приемников, возбудителей, сис-
тем дистанционного управления и т.д.) должны производиться не независи-
мо, а по общим для системы техническим заданиям. Уровни автоматизации в
отдельных элементах должны совпадать с уровнями автоматизации для сис-
темы радиосвязи в целом. Системы КВ радиосвязи должны предоставлять
пользователям максимум современных услуг: поддержку современных про-
токолов передачи информации, подключение к другим системам связи (в том
числе компьютерным), защиту информации и т.д. Решение вышеперечислен-
ных задач позволит создать системы КВ связи нового поколения, полностью
отвечающие современным требованиям во многих областях применения.
2.3. Магистральная КВ радиосвязь
Магистральная радиосвязь - это связь между двумя пунктами, удален-
ными на расстояние порядка 10 000 км и более; при этом радиосвязь осуще-
ствляется либо без ретрансляции сигнала, либо с ретрансляцией в одном или
двух промежуточных пунктах. Основные особенности магистральных линий
связи - их большая протяженность и высокие требования к качеству переда-
чи информации. По магистральным линиям связи обычно передаются наибо-
лее важные сообщения специального и коммерческого характера.
Магистральная линия КВ радиосвязи состоит из тракта передачи сиг-
налов, среды распространения радиоволн и тракта приема сигналов. Обычно
в магистральной линии, занимающей полосу частот с определенной средней
рабочей частотой, образуется несколько параллельно действующих каналов
радиосвязи от ряда источников сообщений: телефона, телетайпа, телефакса и
т.д. Электрические сигналы от источников сообщений в тракте передачи сиг-
налов передаются в радиобюро (рис. 2.8, а), где в промежуточной аппаратуре
ПА преобразуются в форму, пригодную для передачи по соединительной ли-
нии к передающей радиостанции. На этой радиостанции переданные по со-
единительной линии сигналы восстанавливаются в ПА и используются для
управления высокочастотными колебаниями передатчика.
Электромагнитные волны, излучаемые передающей антенной передатчика
в среду распространения, принимаются приемной антенной приемной радио-
станции (рис. 2.8, б). После обработки радиосигнала в радиоприемном устройст-
ве и преобразования в ПА принятые сш налы по соединительной линии переда-
ются в радиобюро, где опять восстанавливаются в ПА и распределяются по або-
нентам. Как правило, за каждой радиолинией закрепляется определенный ком-
плект аппаратуры: приемник, передатчик, промежуточная аппаратура, соедини-
тельная линия. Конкретная реализация трактов передачи и приема определяется
видом передаваемой информации и типом используемой аппаратуры. Радиобю-
ро обеспечивает согласование работы всех составных элементов радиоканала.
48
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
В радиобюро находятся устройства контроля качества принимаемых и переда-
ваемых сигналов, аппаратура служебной связи с радиоцентрами и арендаторами
радиоканалов. Соединительные линии могут быть одноканальными и многока-
нальными, проводными, кабельными и радиорелейными.
Рис. 2.8
На магистральных линиях связи используются передатчики больших
мощностей. Если приемники расположить вблизи таких передатчиков, то
уровень помех на входе радиоприемного устройства от передатчика может
превысить уровень полезного сигнала, при этом прием сигнала может быть
затруднен либо полностью исключен. Это явление особенно проявляется при
одновременной организации нескольких линий радиосвязи. По этой причине
передающие радиостанции, обычно образующие передающий радиоцентр,
удаляются от приемных радиостанций (приемного радиоцентра) на несколько
десятков километров. К тому же для уменьшения помех приемный радио-
центр, как правило, выносится за пределы города, размещается вдали от же-
лезных дорог и линий электропередачи. Поскольку радиобюро располагают
по возможности ближе к источникам и потребителям сообщений; радиобюро,
приемный и передающий радиоцентры оказываются удаленными друг от
друга на значительные расстояния, что обусловливает необходимость соеди-
нительных линий между радиобюро и радиоцентрами. Наличие соединитель-
ных линий значительной протяженности, в свою очередь, обусловливает не-
обходимость преобразования сигналов з форму, при которой они передаются
без искажений. Для этих целей в ПА предусматриваются усилители, коррек-
торы, тональные манипуляторы и другие преобразователи сигналов; широко
используются каналы тонального телеграфирования.
Работа технических средств магистральных линий КВ радиосвязи про-
изводится по расписанию, в котором указывается время работы каждого ка-
нала, рабочая частота и ее резерв, вид сигнала (класс излучения), позывные,
номера оборудования и т.д. При составлении расписания используются дан-
2. Системы КВ радиосвязи 49
ные прогноза распространения радиоволн. Выбор рабочих частот согласуется
с разрешениями Государственной инспекцией электросвязи для данной ли-
нии радиосвязи. Необходимая мощность передатчика зависит как от протя-
женности радиолинии и вида передаваемых сигналов, так и от условий рас-
пространения и помеховой обстановки.
2.4. Особенности и структура зоновой радиосвязи
с вынесенным ретранслятором
Реализовать сети зоновой радиосвязи между абонентами можно тради-
ционным способом, напрямую, т.е. «каждый с каждым». Однако радиосвязь
между станциями ДКМ диапазона, расположенными на расстояниях
100...500 км друг от друга, осуществляется с большими трудностями [26].
Низкие надежность и помехоустойчивость обусловлены известными свойст-
вами распространения коротких волн. Известно, что распространение радио-
волн на трассах короче 2000 км, как правило, - двухлучевое с отражением от
ионосферных слоев Fb F2 и Е. По мере уменьшения длины трассы приходит-
ся понижать рабочую частоту, вследствие чего увеличивается влияние слоя Е.
Разность времен прихода лучей к месту приема (в дальнейшем эту величину
будем называть временем задержки т3) при I = 2000 км в среднем не превы-
шает 2 мс, но по мере уменьшения I величина т3 увеличивается, и это увели-
чение особенно заметно при I < 1000 км.
На рис. 2.9 приведены зависимости
т3=/(/). Кривые 2 и 4, соответствующие
максимуму и минимуму солнечной дея-
тельности, взяты из [77] (часть, изобра-
женная штриховой линией, экстраполиро-
вана). Графики 3 и 5 получены расчетным
путем для высот слоя F2 400 и 250 км со-
ответственно [49]. График 1 соответствует
максимальным значениям т3.
Прием телеграфных сигналов при
двухлучевом распространении с заметным
значением т3 сопровождается искажением
краев посылок на глубину т3.
Если потребовать, чтобы каждая посылка имела в середине неискаженную
зону, составляющую хотя бы 20% длины посылки, то максимальная допустимая
скорость телеграфирования vTmax =1/(2,5тз). Следовательно, даже если не при-
нимать в расчет экстремальные значения т3, скорость vT=200 Бод можно исполь-
зовать при I > 1500.. .2000 км. При I < 400 км vT< 100 Бод. Возможность появле-
ния максимальных значений т3 проявляется в увеличении частости ошибок и
указывает на необходимость снижения скорости телеграфирования в 1,5.. .2 раза.
4 - 5869
50
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Все это вынуждает использовать на коротких трассах дорогое магист-
ральное оборудование с частотным разделением каналов и сравнительно
мощные передатчики. Например, для передачи по телефонному каналу дис-
кретных сигналов при I ~ 400 км потребовалась бы аппаратура уплотнения
с двойной относительной фазовой телеграфией (ДОФТ) в каждом из 30-50
телеграфных каналов. При постоянной длительности посылки т0 увеличение
т3 приводит к сокращению неповрежденной части посылки тд. Полезный сиг-
нал как бы становится короче, и, чтобы поддерживать неизменным качество
приема при постоянном уровне помех, следует сильно увеличивать мощность
передатчиков, что иллюстрирует рис. 2.10.
U вых. Jem
Рис. 2.10
Рис. 2.11
На рис. 2.11 приведены экспе-
риментальные (усредненные) графи-
ки для передачи телеграфных сигна-
лов с ЧТ и vT = 282 Бод при значении
надежности Н, лежащей в пределах
50...90%, и относительной частости
ошибок 110Л
Из этих графиков следует, что
независимо от значения Н при
уменьшении длины трассы, напри-
мер, от 2000 км (рис. 2.11, точка С)
и ниже, постепенно возрастают т3 и
необходимое значение h - отношение среднего напряжения полезного сигна-
ла к среднему напряжению помех на входе демодулятора в децибелах -
должно увеличиваться. Графики для I < 1000 км экстраполированы с учетом
их хода на интервале 1000...2000 км. В действительности графики, начиная с
точки А, для которой т3<т0/2, будут идти гораздо круче (штрихпунктирная
линия) из-за резкого сокращения длительности интервала тд. Мощность пере-
датчиков, обеспечивающих необходимые значения vT, PO111 и Н, которая в со-
ответствии с уравнением идеальной радиопередачи должна была бы сни-
жаться, в действительности заметно увеличивается. Из рис. 2.11, например,
следует, что при антеннах с неизменным усилением для обеспечения одина-
ковых значений показателей vT и РОш при Н= 80% на трассе с I = 1000 км по
2. Системы КВ радиосвязи
51
сравнению с трассой I = 2000 км требуется мощность передатчика на 12 дБ
больше, а не на 6 дБ меньше, как требовалось бы в свободном пространстве.
Таким образом, усложнение оборудования и резкое возрастание необ-
ходимых мощностей передатчиков - это главные препятствия для организа-
ции зоновой связи по традиционному пути. К тому же при связи радиостан-
ций в зоне по принципу «каждый с каждым» необходимо использовать нена-
правленные антенны; большое число рабочих частот; более узкий диапазон
рабочих частот в низкочастотной области, где существенны уровни флуктуа-
ционных и импульсных помех.
Как уже отмечалось в § 1.2, даль-
нее распространение коротких волн
происходит бла1 одаря отражениям волн
от ионосферы. На одной и той же час-
тоте при увеличивающихся углах паде-
ния луча на ионосферу возрастает элек-
тронная плотность, необходимая для
отражения волны. Поэтому при очень
больших углах падения (рис. 2.12) элек-
тронная плотность ионосферы оказыва-
ется недостаточной и отражения не про-
исходит. Угол падения, начиная с кото-
рого это имеет место, называют крити-
ческим. Если связь на КВ осуществляется земной волной, i.e. волной, не от-
раженной от ионосферы, а распространяющейся вблизи земной поверхности,
то такое распространение может иметь практическое значение лишь на рас-
стояниях, значительно меньших радиуса Земли, где дифракция коротких волн
выражена слабо.
Как видно из рис. 2.12, между зоной распространения земных волн
и зоной, охватываемой распространением радиоволн, отраженных от ионо-
сферы, ограниченной значениями критического угла, располагается зона, ку-
да не доходят волны всех механизмов распространения. Эту зону называют
зоной молчания. Из-за нее ДКМ диапазон нельзя использовать в региональ-
ных системах радиосвязи, обслуживающих территорию размером примерно
500x500 км, так как слишком многие из корреспондентов не могут устанав-
ливать связь друг с другом. Кроме того, связь между корреспондентами, на-
ходящимися на расстоянии, позволяющем пользоваться отраженной от ионо-
сферы волной, получается очень ненадежной из-за нсстационарности усло-
вий отражения в ионосфере.
Требование повышения надежности зоновой КВ радиосвязи и расширения
ее функциональных возможностей ведет к необходимости связываться через
вынесенный из зоны ретранслятор, расположенный на расстоянии, близком к
оптимальному, и играющий роль центральной программно-управляющей, рас-
пределительной, регенерационной и контролирующей станции (рис. 2.13) [26].
4*
52
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
~ 500 км
2.500 ••3500 км
Рис. 2.13
В зоновой системе радиосвязи с вынесенным ретрансляционным пунк-
том (ВРП) радиостанции связаны между собой не непосредственно, а через
ретранслятор, вынесенный из зоны на 2,5...3,5 тыс. км, благодаря чему необ-
ходимое качество связи обеспечивается при минимальном отношении сиг-
нал-помеха. Анализ системы зоновой радиосвязи с ВРП показывает, что на-
дежность, помехоустойчивость и эффективность в ней повышаются благода-
ря: переходу к протяженным радиолиниям, оптимальным по условиям рас-
пространения в ДКМ диапазоне; переходу от низкочастотной области ДКМ
диапазона к обширной средней и высокочастотной его части, что резко рас-
ширяет возможности маневра частотами, а также снижает уровни помех;
уменьшению мощности радиостанций зоны вследствие оптимизации условий
приема волн с помощью ретранслятора, увеличению мощности его излучения,
применению остронаправленных антенн; централизованному распределению
частотного резерва и его экономии за счет использования одной несущей мно-
гоканального передатчика для связи с различными абонентами зоны; организа-
ции в составе ретранслятора системы прогнозирования условий распростране-
ния и помеховой обстановки в зоне; оперативному централизованному и адап-
тивному управлению радиостанциями обслуживаемой ретранслятором зоны,
позволяющему реализовать оптимальные условия для передачи информации,
текущий контроль качества связи во всех звеньях системы радиосвязи, оптими-
зацию системы при постоянно изменяющихся условиях [26].
Использование центральной станции позволяет автоматизировать всю
зоновую систему и эксплуатировать ее без обслуживающего персонала.
Функции управления, сбора информации от системы диагностики обеспечи-
ваются служебными каналами связи, в качестве которых можно использовать
либо отдельные постоянно действующие, либо рабочие каналы.
Укрупненная структурная схема зоновой системы связи с ВРП показана
на рис. 2.14. Приемо-передающий комплекс включает две абонентские ра-
диостанции и ВРП с местным, программно-автоматическим и дистанцион-
2. Системы КВ радиосвязи
53
ным управлением. Между ВРП и каждой абонентской станцией организова-
ны два канала двусторонней связи (служебный и информационный), осуще-
ствляется сопряжение их с оконечной аппаратурой абонента и взаимодейст-
вие в режиме автоматического вхождения в связь и ведения информационно-
го обмена. Управляют основными техническими средствами абонентской ра-
диостанции с помощью микропроцессорного блока.
Рис. 2.14
В основном ретрансляторе осуществляются прием сигнала и его обра-
ботка, оценивается качество информационного канала, реализуется адаптив-
ное управление сетью. Перестраивают радиостанцию по служебному каналу
связи. Для повышения надежности и живучести зоновой системы может быть
предусмотрен запасной стационарный или мобильный ретранслятор, связан-
ный с основным линией связи. Структура и функции запасного ВРП те же,
что и основного. Ретранслятор должен иметь канал, обеспечивающий дис-
танционное управление из центра более высокого иерархического уровня.
Функции управления могут быть совмещены с передачей сообщений в ос-
новных каналах информационного обмена, т.е. без использования для этого
отдельных комплектов приемо-передающей аппаратуры. Служебная связь
является важным элементом комплекса средств радиосвязи, поскольку по ней
передаются команды автоматического предоставления каналов и общей адап-
тации, а также информация для контроля.
54
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Адаптация каналов связи к изменяющимся условиям распространения
радиоволн включает автоматическую смену рабочей частоты, скорости пере-
дачи информации, вида модуляции; переход на полосы частот, в которых по-
мехи минимальны; регулирование мощности передатчиков при сохранении
защитных отношений каналов неизменными для экономии электроэнергии,
улучшения условий ЭМС; автоматическую регулировку диаграмм направ-
ленности антенн и т.д. Для автоматической адаптации в состав ВРП следует
включить устройства, оценивающие качество принимаемого сигнала, и сред-
ства, контролирующие распространение радиоволн.
Устройством, обеспечивающим автоматизацию управления и адапта-
ции, может быть специализированный компьютер, который будет управлять
всеми устройствами, контролировать их состояние, вырабатывать команды,
передаваемые по служебному каналу для адаптации и организации связи по
соответствующей программе. Необходимая для работы компьютера инфор-
мация может быть получена от датчиков системы оценки качества прини-
маемых сигналов, состояния отдельных устройств ВРП и др.
Достаточно трудно при разработке автоматизировать процессы в при-
емной части ретранслятора, а именно обеспечить простоту и высокую ско-
рость перестройки радиочастотных узлов на любую частоту ДКМ диапазона,
высокую стабильность настройки, т.е. полную автоматизацию всех процессов
управления и адаптации. Однако современные достижения в области радио-
приемной техники на базе микроэлектроники и цифровой вычислительной
техники позволяют сравнительно просто решить эту задачу.
Для решения проблемы ЭМС передающую часть ретранслятора с це-
лью уменьшения помех радиоприему можно располагать несколько ближе к
зоне, чем приемную. Связь между приемной и передающей частями ВРП для
передачи информационных сигналов и сигналов управления может осущест-
вляться по кабельной или однопролетной радиорелейной линии.
На основе зоновых сетей радиосвязи с ВРП можно создавать надежные
и экономичные сети связи на больших территориях. Один ретранслятор мо-
жет обслуживать, например, две отдельные зоны с расстоянием в несколько
тысяч километров. При этом решается проблема реконструкции и автомати-
зации магистральной связи, совмещаемой с резервной сетью местных линий,
расширяются области ее применения, и увеличивается нагрузка. Несколько
зоновых систем радиосвязи можно объединить в единую сеть, построив меж-
ду ретрансляторами отдельных зон многоканальный ствол связи.
2.5. Варианты структур сетей зоновой радиосвязи
ДКМ диапазона с вынесенным ретранслятором
В диапазоне вариантов, которые могут быть синтезированы в рамках
задачи зоновой радиосвязи через ВРП, возможны два предельных случая
[26]: в первом в зоне располагают ряд обычных радиоцентров, связанных
2. Системы КВ радиосвязи 55
с ближайшими абонентами радиальными радиолиниями (кабельными или
микроволновыми). Ретранслятор представляет собой крупный радиоцентр,
оборудование которого образуется простым суммированием однотипного
оборудования, имеющегося на радиоцентрах зоны. Связь «Абонент А - Або-
нент Б» устанавливают по цепи «Абонент А - радиоцентр зоны - ретрансля-
тор - радиоцентр зоны - Абонент Б», связь между зоной и ретранслятором
проходит только по групповым каналам. Для удобства этот вариант в даль-
нейшем будем называть: «Ионосферная Система Коротковолновая Ретранс-
ляторная Автоматизированная» (ИСКРА).
Во втором случае каждый абонент имее! непосредственную связь
с ретранслятором по системе с незакрепленными каналами. Принцип работы
этой системы сходен с многостанционным доступом в спутниковой радио-
связи. В дальнейшем этот вариант построения сети зоновой связи будем на-
зывать: «Ретр: нсляторная Адаптивная Система Коротковолнового Абонент-
ского Телеграфирования» (РАСКАТ).
Дополнительные требования построения межзоновой связи, которые
открывают возможность распространения зон обслуживания на сколь угодно
большие территории, позволяют рассмотреть третий вариант структуры сис-
темы, который ниже описан под условным названием МЕЗОН - «Межзоно-
вая территориальная система радиосвязи». Повысить эффективность и на-
дежность связи удается в «Автоматизированной Системе Телеграфной Ра-
диосвязи с ретрансляцией сигнала» (АС ГР А). Рассмотрим варианты построе-
ния систем связи с ВРП более подробно.
Система ИСКРА. Согласно структуре этой системы (рис. 2.15) обслу-
живаемые абоненты, обозначенные черными кружками, имеют соединения,
показанные штриховыми линиями, с промежуточными радиостанциями, ко-
торые в свою очередь, связываются друг с другом через ретранслятор.
Виды сигналов в системе в данном случае могут быть различными:
часть абонентов может получить с любыми другими абонентами телефонную
Рис. 2.15
56
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
связь, часть - телеграфную на основе вторичного уплотнения однополосных
телефонных каналов. Каждая радиостанция зоны, работая на предоставлен-
ной ей частоте, может использовать один или более однополосных каналов и
устанавливать для подключенных к ней абонентов определенную (в частно-
сти, иерархическую) очередность использования канала. Каналы сьязи между
зоной и ретранслятором при передаче дискретной информации должны быть
сравнительно скоростными. Связь может быть дуплексной. Мощности пере-
датчиков в зоне должны быть значительными, что делает затруднительным
размещение их совместно с приемниками; поэтому возможность применения
в этой системе совмещенных радиостанций (трансиверов) маловероятна.
Автоматизация системы оказывается сравнительно сложной.
Рассмотренная система структурно и организационно близка к сущест-
вующей в данное время системе коротковолновой радиосвязи; она может
быть реализована и испытана для проверки и отработки принципов ее экс-
плуатации и дальнейшего технического совершенствования с применением
существующих радиоцентров.
Каждая радиолиния «ретранслятор - зона» предполагает использование
отдельного передатчика в ретрансляторе ВРП и предоставление для нее от-
дельной частоты. Частотная служба включает дополнительные технические
средства активного и пассивного зондирования, не показанные на рис. 2.15.
Недостатками системы ИСКРА являются громоздкость, высокая стои-
мость и энергоемкость, сложность маневрирования оборудованием автомати-
зации и адаптации. Относительная простота реализации делает ее выгодной
на этапе экспериментальных исследований, но не оправдывает применения
в перспективных системах следующего поколения.
Рис. 2.16
Система РАСКАТ. Структура этой системы (рис. 2.16) имеет следую-
щие особенности.
1. Связь между абонентами обеспечивается через ретранслятор; систе-
ма однородна; абонентские радиостанции работают, как правило, в сим-
плексном режиме и могут быть одинаковыми; связь цифровая с фиксирован-
ной скоростью и в принципе допускает общую синхронизацию.
2. Системы КВ радиосвязи 57
2. Типовым абонентским аппаратом является телетайп: малая скорость
передачи снимает проблему искажений сигналов из-за межсимвольной ин-
терференции, соответственно упрощается адаптация системы к условиям
распространения радиоволн, которая в условиях многолучевости может тре-
бовать изменения скорости передачи.
3. Каналы связи «зона - ретранслятор» узкополосные, применяется час-
тотное разделение; отметим, что в используемую относительно узкую полосу
частот существенно уменьшается вероятность попадания помех с сосредото-
ченным спектром.
4. Передатчики абонентских радиостанций маломощные, что вместе с
симплексным режимом позволяет совмещать приемники с передатчиком, т.е.
использовать трансиверы и делать их подвижными или переносными. Малая
мощность и соответственно малые габариты открывают возможность и на-
дежного укрытия аппаратуры, и быстрого приведения в действие. Слабость
ресурса абонентских радиостанций может быть скомпенсирована высокими
показателями и энергоресурсами ретранслятора: значительно более совер-
шенными антеннами, мощными передатчиками и чувствительным приемным
оборудованием.
5. Групповой спектр в приемном тракте ретранслятора формируется
в результате суммирования излучений абонентских передатчиков в простран-
стве. При этом снимается вопрос о пик-факторе передатчика и связанном
с этим уменьшении мощности в парциальном канале, что имеет место в сис-
теме ИСКРА.
6. Все радиостанции обслуживаемой зоны могут связываться со всеми
радиостанциями аналогичной зоны, расположенной по другую сторону от
ретранслятора, т.е. на расстоянии 5...6 тыс. км, либо в любом направлении от
ретранслятора, как показано на рис. 2.17. Так складывается новая система
территориальной сети КВ радиосвязи. Например, для организации связи
в пределах территории бывшего СССР ее достаточно разделить на шесть зон,
с шириной каждой примерно 1,5 тыс. км (рис. 2.18).
Если предусмотреть три ВРП, каждый из которых будет обслуживать
по две зоны, одну в западной, другую в восточной части территории, то ра-
диостанции в обслуживаемых зонах будут находиться от своего ВРП на рас-
стоянии одного оптимального скачка. Организовав между ВРП многоканаль-
ный ствол связи, можно построить единую автоматизированную сеть КВ свя-
зи. С учетом сказанного первый вынесенный ретранслятор ВРП1 нужно рас-
положить на границе между второй и третьей зонами, ВРП2 - на границе ме-
жду третьей и четвертой, ВРПЗ - между четвертой и пятой (рис. 2.18).
Ретранслятор ВРП1 обслуживает две зоны по обе стороны от себя: пер-
вую на западе и четвертую на востоке. ВРП2 обслуживает вторую и пятую зо-
ны, ВРПЗ - третью и шестую. При этом абоненты каждой из зон могут нахо-
диться на удалении от «своего» ретранслятора на расстоянии 1,5...3,5 тыс. км,
т.е. на расстоянии оптимальной односкачковой трассы. Между ретранслято-
рами создается многоканальный ствол связи, например, с помощью радиоре-
58 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
лейных, тропосферных линий связи или используя КВ радиосвязь. Чтобы
«осветить» всю зону (рис. 2.18) на ретрансляторе достаточно иметь девять
антенн, имеющих диаграммы направленности шириной около 10... 12°.
Рис. 2.18
2. Системы КВ радиосвязи 59
Каждая антенна «освещает» в зоне свой сектор площадью в среднем
около 400 тыс. км2. На сектор в среднем необходимо около 10-12 рабочих
частот. Так как каждый ретранслятор обслуживает две зоны по обе стороны
от себя, то нужно иметь 18 антенн.
В итоге на ретранслятор приходится около 200 рабочих частот. Кроме
того, необходимо выделить ряд частот для организации многоканального ство-
ла связи между ретрансляторами. Их нужно также около 200, но при организа-
ции очередности в обслуживании абонентов это число может быть сокращено,
например, до 50. Таким образом, для организации сети связи, показанной на
рис. 2.18, может оказаться достаточным набор из 700 рабочих частот.
7. При скорости телеграфирования 50 Бод, т.е. при основной частоте
манипуляции 25 Гц и пропускании третьей гармоники манипуляции, полоса
пропускания одного канала при амплитудной манипуляции поднесущей
должна составлять не более 200 Гц, что позволяет иметь в однополосном те-
лефонном канале 3 кГц до 15 каналов. При частотной манипуляции в соот-
ветствии с материалами МККР поднесущие каналов разносят на 120 Гц
и в однополосном канале размещают до 20 каналов.
Полоса пропускания передатчика ретранслятора может соответствовать
двум-четырем телефонным каналам и обеспечить при благоприятных усло-
виях распространения радиоволн соответственно до 60-80 каналов телегра-
фирования. С учетом неодновременности занятия каналов телеграфирования
число абонентов в каждой обслуживаемой зоне может составлять примерно
500 и более.
8. При неблагоприятных условиях распространения возможно предос-
тавление абоненту для положительных и отрицательных посылок двух узко-
полосных каналов, разнесенных на 500... 1000 Гц. При этом связь осуществ-
ляется по двум существенно разнесенным каналам, что значительно повыша-
ет ее устойчивость и помехозащищенность. Наряду с частотным разнесением,
реализуемым ценой некоторого уменьшения пропускной способности груп-
пового радиоканала, на ретрансляторе можно реализовать поляризационное
и пространственное разнесение.
9. При сокращении числа каналов может потребоваться введение их
иерархического распределения; приоритетные автоматические соединения
в рамках рассматриваемой однородной системы обеспечиваются предостав-
лением отдельным абонентам специальных кодов для сигналов вызова.
10. Концентрация на едином центре-ретрансляторе средств контроля
и управления всей сети позволяет целесообразно организовать служебные
каналы и с их помощью полно реализовать автоматизацию, оптимизацию
и адаптацию системы.
11. Передатчик ретранслятора передает групповой спектр для всех ра-
диостанций обслуживаемой зоны с раздельным приемом отдельных полос
абонентскими приемниками, автоматически настраивающимися по коман-
дам, передаваемым по служебным каналам.
60
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
12. Однородность системы (одинаковые абонентские радиостанции
и одинаковые параметры всех каналов связи) упрощает использование поме-
хозащитного кодирования, автоматической защиты от ошибок и закрытия
информации.
Таким образом, для системы РАСКАТ характерно: одноканальное из-
лучение от абонента; формирование группового спектра в эфире; групповой
прием в ретрансля горе; обработка сигналов и его излучение в ретрансляторе;
индивидуальный прием абонентом сигнала в выделенном ему канале, на ко-
торый автоматически настроен приемник.
Связь организуется подобно обычной телеграфной связи или телексу.
Абонент подходит к аппарату, передает сигнал включения и номер вызываемо-
го абонента. Приемник и передатчик настраиваются автоматически по каналам
служебной связи. При необходимости и передача, и прием также moi ут осуще-
ствляться автоматически в соответствии с программой либо по вызову от або-
нента или с трак 1 а управления через ретранслятор. Автоматическая волновая
служба непрерывно контролирует прохождение волн, загруженность частот-
ных полос сигналами или помехами и качество сигналов. Она выявляет опти-
мальные полосы для связи, которые вводятся в управляющую систему.
Для автоматической коммутации необходимо и важно нумеровать ка-
налы, отражающие направление передачи и частоту. В соответствии с изло-
женным выше в си< теме связи через ВРП для связи ретранслятора с каждым
абонентом выделяется несколько узкополосных каналов, общих для сети. Для
настройки передатчика и приемника абонента достаточно передать с
ретранслятора по служебным каналам кодированный номер абонента для его
селективного вызова, а затем номера частотных каналов передачи и приема.
Предложим пятизначный сигнал настройки передатчика, содержащий
цифру направления, номер частоты (номер группового радиочастотного ка-
нала) и выделяемого в нем парциального канала (полосы для тонального те-
леграфирования). Так, в номере 1 19 18 будут обозначены настройка передат-
чика 1, номер частоты 19 и номер канала для телетайпа 18; в номере 2 06 52 -
настройка приемника 2, номер частоты 6 и номер канала тонального телегра-
фирования 52. Разумеется, что такой способ нумерации не единственно воз-
можный. Можно также передавать команды на встречную кратковременную
передачу сигналов зондирования с автоматической настройкой абонентского
передатчика на задаваемые частоты и на прием зондирующих сигналов от
ретранслятора с соответствующей настройкой абонентского приемника.
Эффективными средствами повышения точности передачи информа-
ции в разрабатываемой системе служат регенераторы телеграфных сигналов.
Эти устройства, состоящие, в сущности, из решающего и формирующего
блоков и цепи синхронизации, преобразуют импульсные сигналы, искажен-
ные помехами и переходными процессами, в сигнал правильной формы, вос-
станавливая их в наиболее вероятном первоначальном виде. До недавнего
времени регенератор оставался сравнительно крупным самостоятельным уст-
ройством. При современном развитии микроэлектроники имеется возмож-
2. Системы КВ радиосвязи
61
ность делать регенераторы миниатюрными в интегральном исполнении. Это
позволяет ввести их в состав не только аппаратуры ретранслятора, но и при-
емника каждой абонентской радиостанции.
Предотвращая суммирование искажений формы сигнала на направле-
ниях «абонент - ретранслятор» и «ретранслятор - абонент», регенератор час-
тично решает проблему повышения достоверности передачи информации, но
не исключает возможность ошибок в передаче информации. Для существен-
ного снижения вероятности ошибок необходимы следующие меры:
• наблюдение за условиями распространения радиоволн на разных час-
тотах ДКМ диапазона и своевременная смена волн при ухудшении распро-
странения в используемой полосе частот. Эта задача решается путем актив-
ного зондирования трассы, т.е. передачи с одного конца и приема на другом
конце испытательных сигналов (см. гл. 7);
• наблюдение за уровнем помех в каждой из выделенных полос частот
и выявление полос с достаточно малым уровнем помех для предоставления
их абонентам. Эта задача решается путем пассивного зондирования, т.е. не-
прерывного или периодического измерения помех в зоне приема в соответст-
вующих полосах частот (см. гл. 7);
• обнаружение искажений в передаваемых кодированных сообщениях и
восстановление их в первоначальном виде. Для решения этой задачи требует-
ся, прежде всего, применять специальные коды с искусственно введенной
избыточностью, позволяющие автоматически обнаружить искаженные ком-
бинации. Обычные коды преобразуются в помехозащищенные автоматиче-
скими устройствами;
• наблюдение за изменением частости обнаруживаемых и исправляе-
мых ошибок для оценки условий приема сигналов, выявления тенденции из-
менения их частости, прогнозирования качества связи и выбора программы
мер для обеспечения требуемого качества. Такими мерами могут быть пере-
ход в другую частотную полосу, передача с частотным разнесением и др. Эта
задача успешно решается, если в системе имеются устройства для обнаруже-
ния и исправления ошибок (см. гл. 8).
Первым признаком начинающегося ухудшения условий приема может
служить появление и учащение одиночных ошибок, т.е. случаев превращения
отдельных двоичных сигналов в противоположные. Следовательно, основой
устройств для обнаружения и счета ошибок, а также сигнализации об их на-
личии могут служить устройства, реагирующие на одиночные ошибки.
При наличии перечисленных средств комплекс устройств, обеспечи-
вающих точность передачи информации, т.е. адаптацию системы РАСКАТ,
должен действовать, прежде всего, по сигналу от устройства, контролирующе-
го искажения сообщений. Решающее устройство, сопоставляя этот сигнал с
показателем распространения радиоволн и пораженности частотных полос по-
мехами, вырабатывает и подае'1 команду в управляющие устройства для соот-
ветствующих перестроек в ретрансляторе и по служебным каналам у абонента.
62
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Достаточно хорошо проверенная и зарекомендовавшая себя с положи-
тельной стороны система автоматического обнаружения ошибок с повторе-
нием искаженного текста рекомендована МККР и широко используется на
линиях радиосвязи. Эта система предполагает преобразование 5-значного
кода в 7-значный с отношением числа посылок одного и другого знака 4:3.
Искажения одной посылки в любой кодовой комбинации нарушает это соот-
ношение, что автоматически обнаруживается и инициирует передачу по об-
ратному каналу запроса на повторение. По-видимому, этот метод может быть
положен и в системе РАСКАТ в основу контроля качества канала и исправ-
ления ошибок. При симплексной связи и нормальном ее режиме переспросы
достаточно редки и могут делаться по каналу служебной связи.
Следует иметь в виду, что существует одноканальная симплексная те-
леграфная система с автоматическим исправлением ошибок, в основном со-
ответствующая требованиям системы РАСКАТ. Ее можно использовать как
в фиксированной так и в подвижной службе связи. На выходе оконечного
устройства используют стартстопный 5-значный код со скоростью передачи
50 Бод, а в радиоканале - упомянутый выше 7-значный с автоматическим об-
наружением одиночных ошибок.
В процессе реализации системы РАСКАТ потребуется решить многие
принципиальные вопросы и создать целый ряд подсистем и устройств, в ча-
стности:
• антенны, пригодные для быстрого развертывания в обслуживаемой
зоне и обладающие высокой надежностью. Одна антенна должна служить
и для передачи, и для приема. Желательно, чтобы обеспечивался прием с по-
ляризационным разнесением;
• трансивер абонентской станции с быстрой перестройкой приемника и
передатчика по командам из служебного канала;
• широкополосные антенные усилители с режекцией сильных сосредо-
точенных помех и антенные коммутаторы с дистанционным управлением;
• многоканальные приемные устройства для ретранслятора с автомати-
ческим и дистанционным управлением, с быстрой электронной перестройкой;
• устройства комбинирования сигналов при многократном разнесении,
синхронный электронный регенератор телеграфных сигналов;
• устройства защиты оборудования от мощных электромагнитных уда-
ров, устройства автоматического обнаружения ошибок и информационной
обратной связи;
• систему служебной связи для дистанционного управления и контроля
абонентских станций;
• панорамный приемник для системы пассивного зондирования радио-
каналов, аппаратуру активного ионосферного зондирования;
• систему автоматического контроля и диагностики неисправностей
оборудования, программно-управляющий центр и модем для ретранслятора,
систему резервирования оборудования.
2. Системы КВ радиосвязи 63
Система МЕЗОН (рис. 2.19) является развитием системы РАСКАТ.
При ее построении учитывают обычно существующую необходимость обес-
печения связи в зоне, в которой расположен ретранслятор. Как видно из из-
ложенного выше, ретранслятор в зоновой системе радиосвязи содержит ши-
рокополосные многоканальные приемник и передатчик. Вследствие большой
мощности передатчика совместное размещение его с приемником исключает-
ся. Ретранслятор нуждается в надежном энергоснабжении. Обычно для раз-
мещения подобных технических средств по технико-экономическим сообра-
жениям предпочтительны районы, в которых имеются населенные пункты
и вероятна необходимость в средствах зоновой связи. Это целесообразно,
в частности, ввиду необходимости профилактического и ремонтного обслу-
живания. Следовательно, при оценке ситуации выявляется целесообразность
предусмотреть в районе расположения ретранслятора обслуживаемую зону,
подобную зоне РАСКАТ (см. рис. 2.16).
Современные требования к средствам связи предполагают предостав-
ление абонентам помимо связи в пределах данной зоны связь с абонентами
других зон. Ретранслятор, требующийся для этого, можно расположить в лю-
бом месте, удаленном от зоны на 3...4 тыс. км, однако по тем же соображе-
ниям желательно разместить его в населенной зоне. Соответственно, система
радиосвязи становится не только зоновой, но и межзоновой.
Абоненты зоны 31 (рис. 2.19) получают автоматизированную связь ме-
жду собой через ретранслятор ВРП2. Аналогично, абоненты зоны 32 получа-
ют связь через ретранслятор ВРШ. Связь между абонентами зон 31 и 32
обеспечивается с использованием обоих ретрансляторов: вызов из зоны 31
передается на ретранслятор ВРП2, с него на ретранслятор ВРП1 и с ВРП1
абоненту 32. В обратном направлении вызов проходит по цепи ВРШ - ВРП2
-31. Для этого между ВРШ и ВРП2 действует односкачковая радиолиния
межретрансляторной связи РМС. Ввиду ограниченного объема межзоновой
информации здесь, по-видимому, достаточно иметь один однополосный ра-
диоканал.
Рис. 2.19
32
64
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Наличие линии РМС дает системе МЕЗОН дополнительные преимуще-
ства: по ней осуществляется постоянная и устойчивая служебная связь между
ВРП; наиболее просто решается проблема автоматизированной частотной
службы, основанной на наклонном ионосферном зондировании трассы в обо-
их направлениях.
Сочетание системы РАСКАТ и ее модификации МЕЗОН открывает
возможность развития резервной связи абонентского радиотелеграфирования
для всей территории страны или любых отдаленных частей независимо от их
размеров. Для этого требуется совместить двухзоновые или построенные по
этому же принципу многозоновые структуры с зонами, связанными через
общий ретранслятор (рис. 2.17), и структуры МЕЗОН (рис. 2.19).
Система АСТРА. В этой системе (рис. 2.20) сигнал от радиостанции А
одновременно передается трем ретрансляторам ВРП1 - ВРПЗ, которые мстут
быть расположены в любом месте по окружности с радиусом 2,5...3,5 тыс. км.
Ретранслированные сигналы принимаются радиостанцией В, в которой осу-
ществляется один из способов оптимального автовыбора. Поскольку условия
распространения радиоволн на трассах между ретрансляторами и абонент-
скими радиостанциями могут быть существенно различными, то подобная
система может основательно повысить надежность и эффективность радио-
связи.
Реальная система радиосвязи должна быть разработана с учетом кон-
кретных условий и допускать различные варианты, из которых должен быть
сделан оптимальный выбор. Критериями оптимальности могут быть как ма-
териально-энергетические и экономические показатели, так и использование
частотного ресурса. Методика синтеза подобных систем нуждается в допол-
нительном исследовании и разработке.
Рис. 2.20
2. Системы КВ радиосвязи
65
Структура и принципы построения систем коротковолновой радио-
связи, обусловленные особенностями распространения радиоволн и сложной
помеховой обстановкой, могут быть различны. Обязательными требова-
ниями для таких систем являются автоматизация работы узлов и компо-
нентов, а также вхождения и поддержания связи, адаптивное изменение
параметров, режимов и алгоритмов работы. Одним из наиболее перспек-
тивных вариантов построения систем коротковолновой радиосвязи являет-
ся зоновый принцип с использованием ВРП. Обеспечение надежности функ-
ционирования радиоканала и всей сети в таких системах достигается за
счет использования вынесенного из зоны обслуживания на 2500...3500 км
ретрансляционного пункта, оборудованного аппаратурой автоматизиро-
ванного адаптивного ведения связи и играющего роль центральной про-
граммно-управляющей, распределительной, регенерационной и контроли-
рующей станции. В ряде случаев именно такие системы являются экономи-
чески целесообразными, например, для охвата труднодоступных и малонасе-
ленных районов Крайнего Севера и части Сибири, либо для организации связи
в условиях приближения или наступления чрезвычайных ситуаций.
5 - 5869
3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ
КВ РАДИОСВЯЗИ
' 3.1. Оценка эффективности систем связи
Учитывая многообразие вариантов построения систем связи, выбор
единственного, в наибольшей степени удовлетворяюще] о интересам пользо-
вателя, представляет собой сложную многоцелевую задачу. Современные
системы радиосвязи относятся к классу сложных, включающих в себя мно-
жество различных компонентов: приемо-передающее оборудование, оконеч-
ные информационные устройства, управляющие вычислительные комплексы,
антенно-фидерные устройства. Для таких систем анализ их поведения и по-
лучение оценки эффективности, имеющей ясный физический смысл - труд-
ная задача, решение которой важно и при проектировании, и на этапе экс-
плуатации системы, поскольку в процессе работы любая система неизбежно
оптимизирует себя и свое окружение (адаптируется) при неблагоприятных
для нее изменениях для частичного или полного восполнения качества своего
функционирования.
Под эффективностью функционирования будем понимать приспособ-
ленность системы к выполнению стоящей перед ней задачи [95]. Для оценки
эффективности необходима ее количественная мера или критерий, который
не может быть выведен формально, а должен быть выбран и логически обос-
нован с учетом назначения системы и условий ее работы.
Проведем краткий обзор основных используемых на сегодняшний день
оценок эффективности систем связи [39]. На практике применяют множество
показателей эффективности, выступающих в качестве локальных критериев
при решении различных задач. Первоначально в качестве основных показа-
телей работы системы связи использовали скорость передачи информации и
помехоустойчивость. Предельная скорость безошибочной передачи инфор-
мации - пропускная способность непрерывного канала связи - определяется
известной формулой Шеннона [99]:
C~AfIog(l + Pc/Pn), (3.1)
где Д/- ширина полосы частот канала; Рс/Рп - отношение средних мощно-
стей сигнала и помехи.
Распространенной количественной мерой помехоустойчивости являет-
ся вероятность ошибки приема одиночной элементарной посылки Рош для
фиксированного отношения сигнал/помеха (ОСП) или логарифм этой вели-
чины S = — logPOUI. Наиболее совершенной в соответствии с этими критерия-
ми считается система, обладающая наибольшей скоростью передачи инфор-
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи 67
мации при заданной помехоустойчивости или наибольшей помехоустойчиво-
стью при заданной скорости передачи информации. Основное достоинство
оценки по скорости передачи и помехоустойчивости - чегкий физический
смысл параметра, поддающегося расчетам и измерениям. В то же время дан-
ной оценкой не охватываются многие существенные характеристики систе-
мы, что говорит о ее пригодности лишь для частных случаев, либо в качестве
локального критерия (например, для оценки работы канала связи).
Учитывая взаимосвязь скорости передачи информации и помехоустой-
чивости в [57] был введен обобщенный показатель
О = St], (3.2)
где Т] - отношение скорости передачи информации к пропускной способно-
сти канала связи С.
Потенциальные возможности системы можно оценить с помощью про-
изведения относительной пропускной способности С™, равной отношению
реальной скорости передачи информации к максимально возможной, опреде-
ляемой теоремой Котельникова, на относительную помехоустойчивость
So™ [99]:
2 = ^,5^, (3.3)
где относительная помехоустойчивость определяется выражением
1 V
1 1 t *^идсс
. Ло
S =ехр —In
4^0 *сипД
- отношение энергии сигнала к спектральной
плотности мощности помехи; отношение 5ИДСС/5СС характеризует помехо-
устойчивость данной системы связи по отношению к идеальной; ЛГСИГИ - ко-
эффициент, учитывающий помехоустойчивость принятой системы сигналов.
К недостаткам оценки (3.3) относятся ограниченность числа учитываемых
параметров и сложность аналитического расчета.
Еще одной разновидностью критериев этой категории является коэф-
фициент исправного действия (КИД), характеризующий надежность связи
(вероятность правильного приема) с вероятностью ошибки Рош, меньше до-
пустимой Рошдоп [20, 72]:
^Ж^оШДМ1)= fw(z)dZ, (3.4)
где Z„on - допустимое превышение уровня сигнал/помеха, дБ; W(z) - функ-
ция плотности вероятности превышения сигнал/помеха Z.
В системах с групповым использованием частот такая оценка характе-
ризует вероятность получения радиоканала с вероятностью ошибок, меньше
допустимой.
Объединить основные параметры системы связи и провести их совме-
стный учет можно введением объема сигнала, связывающего его длитель-
ность, занимаемую им полосу частот и превышение сигнала над помехой
5‘
68
Системы и устройства коротковолновой связи
[139] и равного произведению этих величин. Такая оценка обладает опреде-
ленной гибкостью, но вместе с тем не учитывает ряд существенных техни-
ко-экономических параметров. Поскольку рассмотренные оценки базируются
на определении помехоустойчивости и скорости передачи информации и по-
казывают степень использования возможностей системы по этим параметрам,
то их часто называют информационными.
При выборе оптимальных технических решений необходимо прини-
мать во внимание такие важные показатели, как надежность, сложность ап-
паратуры и пр. С этой целью были введены информационно-технические
оценки, одна из которых, учитывающая помехоустойчивость системы
и сложность аппаратуры, была предложена для сравнения способов повыше-
ния достоверности [99]:
Ym=l°g------
р
ouid
р
ОШ________
Т N
Л KKd I Р 2 за г/
Т Рэ N
кк за
(3.5)
где Рош, Ткк - соответственно вероятность ошибочного приема элемента со-
общения и средняя длительность кодовой комбинации до применения спосо-
ба повышения достоверности; Рошг/, TKKd - те же величины после применения
способа повышения достоверности; N32d, Ма - число элементов аппаратуры с
устройством повышения достоверности и без него соответственно; 0Э - весо-
вой коэффициент.
Заметим, что все информационные и информационно-технические
оценки, обладая определенной гибкостью и конструктивностью, не учитыва-
ют ряд существенных характеристик систем связи: технико-экономических,
аппаратно-реализационных и др.
Технико-экономическая группа параметров, включающая в себя помимо
информационно-технических экономические показатели, например, затраты
на систему связи, могут дать о ней более объективное представление. При-
годность таких оценок для практического использования зависит от того, на-
сколько удачно сформулированы входящие в них компоненты. Все оценки
данной группы базируются, в основном, на двух основных принципах: прин-
ципе минимума затрат потребителя на систему связи
3mm = Ш'П 3<Х)’ Э<Х) е Э* (3-6)
и принципе максимума эффекта
Этах = max Э(х), 3(х) е 3*, (3.7)
леХ
где X - множество допустимых вариантов организации системы связи; Э , 3
- соответственно допустимые области изменения эффекта и допустимых за-
трат.
Совместный учет информационно-технических и экономических пока-
зателей можно провести, используя отношение [99]:
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
69
Уп = Ати/3, (3.8)
где Лтехн - показатель, характеризующий функционирование системы по тех-
ническим параметрам; 3 - экономические затраты соответственно на
разработку и внедрение, создание и содержание системы.
Если представить систему связи в виде совокупности объектов, предна-
значенных для пространственного перемещения некоторого количества ин-
формации £>п на расстояние Еп при заданном качестве Лп, то, обозначив коли-
чество продукции система связи Л0 = ОпЛ1|, аппроксимировав
Агехн = А)Лп/(1— лп) и полагая, что качество продукции зависит от парамет-
ров входящего потока информации Лп = /(Л^сЧНН,Гсз, J,Tcnpox), где Мчнн -
количество сообщений в часы наибольшей нагрузки; - средняя длитель-
ность занятия системы одним сообщением; J - надежность; Тс прох - время
прохождения сообщения, получим [99]:
D Л,
yi Гс11роч> ,g-3
1 _ Л
иде Л„апр - количество направлений связи; апрох - коэффициент, учитываю-
щий время прохождения информации; Зг, Зс, Зэ - экономические затраты на
разработку, создание и эксплуатацию системы связи соответственно; ТСИСГ -
ГС,У
апР0«/у
время существования системы; е - множитель, учитывающий дли-
тельности сеансов связи.
Эта оценка дает относительно полное представление о системе связи,
однако она также обладает рядом недостатков: не отражает внутреннюю
структуру сети, охватывая лишь внешние ее характеристики; имеет ограни-
ченную область применения. В частности, эта оценка праю ически непригод-
на для анализа систем КВ радиосвязи, поскольку влияние расстояния на ка-
чество КВ связи во многих случаях не является определяющим (см. гл. 1).
Экономическую эффективность систем связи различного назначения
можно определить по приведенным затратам:
5норм = Эг + ^норм^О ’ (ЗЛО)
где Эг - годовые эксплуа гационные расходы; Кнорм - нормативный коэффици-
ент эффективности капитальных вложений; Зо - первоначальные затраты на
систему.
При этом технические характеристики должны быть приведены к со-
поставимому виду.
Учет возможно большего числа факторов при оценке эффективности
систем связи привел к появлению обобщенных оценок, одной из которых яв-
ляется критерий на основе совокупности четырех групп частных показателей
70
Системы и устройства коротковолновой связи
эффективности [111]: отражающих основное назначение системы передачи
данных; связанных с оценкой качества выполнения основного назначения
системы; обобщенных (комплексных), являющихся мерой оценки эффектив-
ности системы передачи данных в целом; связанных с оценкой стоимости
выполнения системой передачи данных своего назначения.
Показатели эффективности первой группы определяют основное на-
значение системы связи, т.е. производительность отдельных подсистем
и всей системы в целом при воздействии различных случайных факторов,
таких как: пропускные способности компонентов системы (линий связи, уз-
лов коммутации, направлений передачи) и системы в целом; время доставки
сообщений на отдельных направлениях передачи и в системе в целом; оценки
качества управляющих алгоритмов (под этими оценками понимается исполь-
зование пропускной способности системы в реальных условиях эксплуата-
ции). Показатели эффективности второй группы определяются в предполо-
жении, что удовлетворяются необходимые требования к качеству доставки
информации, и поэтому предназначены для оценки качества передачи ин-
формации как в отдельных элементах, так и в системе в целом. К этой группе
относятся показатели достоверности, надежности и живучести. При этом на-
дежность представляют как комплексный критерий, охватывающий все сто-
роны реальной системы. Показатели эффективности третьей группы пред-
ставляют собой обобщенные (комплексные) характеристики системы в целом
и часто определяются произведением частных показателей, отражающих
наиболее существенные стороны функционирования системы связи.
Простой и в то же время гибкой является оценка, основанная на весо-
вом суммировании параметров системы [99]:
^норам
Уоблин = ’ (ЗЛ1>
/|=1
где Мпар!Ш - число учитываемых параметров; Ь„ - весовые коэффициенты; а„ -
параметры системы.
К недостаткам этой оценки относится ее линейная форма, поскольку прин-
ципиально нелинейные зависимости в состоянии более тонко отразить влияние
отдельных параметров. На том же принципе основаны нелинейные оценки, среди
которых наиболее часто используется оценка в виде полинома [99]:
N
- Гк <312>
и=1
На основании проведенного анализа можно отметить следующее.
1. Стремление учесть в оценке эффективности системы связи все боль-
ше ее параметров привело к невозможности аналитического расчета крите-
рия. Это вызвало введение многоступенчатой процедуры оценки, являющей-
ся компромиссом между желанием учесть как можно большее количество
параметров и сложностью оценки, возрастающей с ростом числа учитывае-
мых параметров.
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
71
2. Введение многоступенчатой процедуры привело к необходимости
разбиения параметров системы на несколько групп частных показателей эф-
фективности, каждая из которых отражает какую-либо существенную сторо-
ну функционирования системы связи. Ввиду того, что четкого группирования
параметров по этим группам нет, авторы рво. 1ят и называют эти группы дос-
таточно произвольно. Необходимость введения приоритетов и весовых коэф-
фициентов, определяемых чаще всего на основе экспертных оценок, приво-
дит к некоторой субъективности и безразмерной форме результата. Получен-
ная таким образом обобщенная оценка эффективности не имеет физического
смысла; при этом неясен выигрыш от использования данного варианта сис-
темы связи, поскольку оценка непосредственно не позволяет оценить полез-
ный для пользователя эффект. Те же недостатки присущи оценкам на основе
весового суммирования и полиномиальным оценкам.
Таким образом, определение обобщенной характеристики эффективно-
сти систем в общем случае представляет значительные трудности и далеко не
всегда возможно. Поэтому для оценки качества работы системы связи
и сравнительного анализа ее вариантов предлагается использовать системный
подход.
3.2. Системный подход к оценке
эффективности сетей КВ радиосвязи
Рассмотренные информационные, информационно-технические, техни-
ко-экономические оценки имеют один общий недостаток: они слишком кон-
кретны, а потому не обладают необходимой гибкостью и универсальностью.
Оценить эффективность системы радиосвязи, пользуясь такими критериями,
в общем случае достаточно сложно, особенно в условиях отсутствия инфор-
мации о процессах, происходящих у пользователей. Невозможно сказать, хо-
роша или плоха система, только на основании оценки отдельных ее парамет-
ров. без знания условий, в которых предполагается ее использование. Избе-
жать этого недостатка позволяет использование системного подхода. Основ-
ные его принципы были сформулированы в [99] применительно к теории оп-
тимального проектирования и в дальнейшем распространены на системы КВ
радиосвязи [26].
1. Система, состоящая из оптималоных частей, не является в общем
случае оптимальной. Поэтому систему радиосвязи с центром управления
нужно оптимизировать в целом как единый объект с заданным целевым на-
значением. Однако в ряде случаев оптимизация по частям может совпадать
по результату с оптимизацией в целом, если части системы независимы по
оптимизируемым параметрам. Если оптимизация в целом затруднительна из-
за сложности математической модели, то систему оптимизируют по частям,
предполагая, что результат достаточно близок к оптимальному.
72
Системы и устройства коротковолновой связи
2. Система связи оптимизируется по количественно определенному
и единственному критерию, отражающему в математической форме цель оп-
тимизации. Критерий оптимальности, представленный в виде функции опти-
мизируемых параметров системы, называют целевой функцией. При оптими-
зации всей системы целевая функция имеет вид F(x = var), где х — множест-
во параметров сети радиосвязи.
3. Оптимизация системы проводится в условиях количественно опреде-
ленных ограничений на оптимизируемые параметры. Это означает, что в за-
висимости от условий оптимальный вариант построения системы может из-
меняться.
Для нахождения целевой функции необходимо вначале определить
(при заданной структуре системы) множество внутренних и внешних пара-
метров в виде перечня хь Лл,..., х„ и системы ограничений Фх. Сопоставление
внешних и внутренних параметров позволяет сформулировать частные тех-
нические задания на разработку математической модели системы и найти
уравнения связи F(x, у). По виду искомых зависимостей у; = f. (х) определя-
ют, какие теоретические и экспериментальные исследования необходимо вы-
полнить.
Если структура системы не задана, то формализованное проектирова-
ние начинают после выбора и обоснования нескольких целесообразных
структур Сь Сг, Сз, .... С*. Для каждой из них составляют самостоятельное
математическое задание и решают соответствующую задачу математического
программирования, в результате чего определяют к оптимальных проектов:
Лотт’ Лот’ •••’ Лотт (для каждой структуры) и вычисляют к соответствующих
им значений целевой функции F\, F2, Fj, ..., Г*. Затем выбирают оптимальный
проект , при котором целевая функция имеет максимум-максиморум [26].
Для нахождения целевой функции необходимо знать внешние и внут-
ренние параметры системы. Рассмотрим их.
Внешние параметры системы характеризуют ее с точки зрения по-
требителя. При этом каждый из этих параметров зависит от совокупности
внутренних параметров, определяющих структуру системы. К внешним па-
раметрам системы обычно относят:
Надежность канала связи, часто оцениваемую с помощью упомянуто-
го выше коэффициента исправного действия, определяющего процент време-
ни работы канала с потерей верности не выше заданной [20]. Значение КПД,
вычисленное или измеренное за достаточно большой промежуток времени,
стремится к вероятности исправного действия (вероятности того, что значе-
ния вероятности ошибки не выше некоторого заданного), называемого также
надежностью канала связи [20].
Помехоустойчивость системы радиосвязи характеризует способность
ее противостоять вредному действию помех.
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи 73
Пропускная способность системы определяется максимальной скоро-
стью передачи информации по всем каналам. Скорость передачи в канале
тесно связана с его надежностью.
Превышение сигнала над помехой характеризуется отношением мощно-
стей сигна та и помехи на входе демодулятора h~. От значения h~ зависит вер-
ность приема сообщения. В канале КВ радиосвязи с замираниями мощность
сигнала на входе демодулятора определяется его стационарной и флуктуи-
рующей составляющими. Увеличивать помехоустойчивость можно, повышая
мощность передатчика, т.е. мощность стационарной составляющей, или
уменьшая флуктуирующую составляющую, применяя разнесенный прием,
автоматическую регулировку усиления, смену рабочих частот и т.д. Таким
образом, параметр «превышение сигнала над помехой» зависит от таких
внутренних параметров системы, как мощность передатчика, разнесение при
приеме и т.д.
Аппаратурная сложность - многозначный параметр, определяющий
совокупные экономические заграты и аппаратурную надежность системы КВ
радиосвязи, живучесть комплекса в особых условиях, адаптируемость систе-
мы во множестве различных ситуаций. Аппаратурную сложность отражает
число комплектов приемо-передающей аппаратуры, структура модемов, чис-
ло и типы антенных устройств, а также все виды затрат на техническое об-
служивание всей перечисленной аппаратуры.
Живучесть системы характеризует способность системы сохранять
свою работоспособность при появлении отдельных неисправностей. Живу-
честь системы зависит от способа резервирования, надежности отдельных
подсистем, алгоритма работы, способности адаптироваться к помехам и т.д.
Время организации канала связи между двумя абонентскими станциями
определяется временем перестройки приемо-передающих трактов абонент-
ских радиостанций и центра управления системой (если он имеется), време-
нем анализа условий распространения и помеховой обстановки и т.д.
Коэффициент комплексной автоматизации — оптимизации - экстра-
поляции [79] позволяет ориентировочно оценить эффективность автоматизи-
рованной системы КВ радиосвязи: kam = *пс/(^п +гп.с)» где ("-с - время пере-
дачи сообщений с качеством не хуже заданного; ?У11 = tn „ +_ +1 .рпрстп -
суммарное время потерь, t0K - время оценивания качества основного и ре-
зервного вариантов осуществления связи, Zn.o.p - время поиска оптимального
решения, гперестр - время перестройки системы связи.
Отметим, что, поскольку внешние параметры характеризуют полез-
ность системы для потребителя, в качестве таковых могут также выступать
некоторые из рассмотренных в § 3.1 информационных, информацион-
но-технических и технико-экономических критериев.
Внутренние параметры системы. К ним относят: мощность передат-
чиков, вид приема, объем сообщения, рабочую частоту, скорость передачи
информации, характеристики антенн, вид разнесения, число станций абонен-
74
Системы и устройства коротковолновой связи
тов и т.д. Рассмотрим, какие возможности дает управление отдельными внут-
ренними параметрами канала связи.
Управление качеством канала изменением скорости передачи инфор-
мации. Изменение скорости передачи информации позволяет оптимизировать
функционал качества системы, так как эта скорость и вероятность ошибки
приема символа или блока связаны между собой, и можно утверждать, что
для каждого ОСП существует оптимальное значение скорости передачи ин-
формации [108].
Возможны два варианта организации управления скоростью передачи:
1) изменение скорости передачи информации с использованием служебного
канала; 2) построение адаптивной приемной аппаратуры, следящей за скоро-
стью передачи информации и в зависимости от ее изменения варьирующей
свои параметры. В первом случае возрастают объем информации, передавае-
мой по служебному каналу, и цена ошибки в служебной связи. Во втором
случае необходима дополнительная аппаратура для оценки состояния канала
у каждого абонента сети, что удорожает аппаратуру. Предпочесть следует,
по-видимому, вариант, являющийся синтезом из двух перечисленных. При
этом способность приемного устройства адаптивно менять параметры, при-
спосабливаться к изменениям скорости передачи, позволит уменьшить веро-
ятность неверного приема в служебном канале, или, вернее, вероятность при-
нятия неверного решения на основе служебной информации.
Управление качеством канала путем изменения рабочей частоты.
Принципиальная возможность получения выигрыша от такого управления
доказана в [72]. Возможны два основных режима работы: 1) на экстремаль-
ных тастотах, т.е. смена рабочей частоты, если в выделенном резерве имеется
частота, на которой условия для связи лучше; 2) на данной частоте до тех
пор, пока условия не хуже некоторых заданных.
Критерием качества канала для вынесения решения об управлении ра-
бочей частотой может служить число обнаруженных ошибок в кодовых ком-
бинациях. В другом случае решение может быть принято на основе данных
наклонного зондирования на запасных частотах.
В первом режиме система обеспечивает наибольший выигрыш в ОСП.
Это очевидно, когда временем перестройки станций можно пренебречь по
сравнению с временем стационарного состояния канала и средним временем
занятия канала. На практике это предположение (особенно вторая его часть)
выполняется далеко не всегда. Кроме того, ошибка в оценке может привести к
перестройке на частоты, где Рош > Рошдоп. Неверная информация, принятая по
служебному каналу, может стать причиной разрушения канала до следующего
цикла оценивания состояния каналов и выбора оптимальных рабочих частот.
Оптимальным управлением системой с автовыбором частот следует
признать управление, регулирующее значение порогового ОСП, при котором
происходит переход на новую частоту. Это управление должно формировать-
ся из условия минимизации функционала качества канала.
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
75
Управление качеством канала путем вариации выходной мощности
передатчика. Если рассматривать одну отдельную связь между корреспон-
дентами сети, то мощность передатчика не является параметром, входящим в
множество Парето, и управление не имеет смысла. Однако в системе связи,
где большое значение имеет проблема электромагнитной совместимости,
мощность - одна из переменных, доставляющих экстремум функционалу ка-
чества, Поэтому управление мощностью передатчика нужно рассматривать
при решении проблемы управления всей системой по обобщенному крите-
рию качества.
Таким образом, в результате проведенного анализа основные парамет-
ры системы радиосвязи можно условно разбить на три группы: внешние, ха-
рактеризующие систему с точки зрения потребителя, внутренние, описы-
вающие систему с точки зрения проектировщика, и промежуточные, кото-
рые по каким-либо причинам не могут быть с уверенностью отнесены к пер-
вой или второй. Вообще говоря, строгой границы между внутренними
и внешними параметрами не существует.
С математической точки зрения внутренние параметры играют роль
переменных задач проектирования и однозначно определяют значения внеш-
них, которые, в свою очередь, определяют эффективность системы радиосвя-
зи. Разбиение параметров на внешние и внутренние, установление ограниче-
ний на них и составление уравнений позволяют однозначно определить
структуру проектируемой системы и оптимизировать ее для достижения за-
данной эффективности.
Для принятия решения в пользу того или иного варианта системы связи
необходимо: построить критерий эффективности в виде целевой функции;
определить и рассчитать необходимые данные (внутренние и внешние пара-
метры системы); вычислить значения эффективности сравниваемых систем;
проанализировать результаты расчета и сформулировать рекомендации, не-
обходимые для принятия решения.
Следует обратить внимание на принципиальную особенность, относя-
щуюся к содержанию критерия. Поскольку системный подход требует все-
сторонней оценки эффективности системы связи, то на первый взгляд может
показаться, что чем больше учтенных факторов, тем точнее оценка. Однако
введение возможно большего числа параметров не всегда целесообразно, так
как, во-первых, при этом в оценку попадают второстепенные факторы, мас-
кирующие значение определяющих; во-вторых, по мере расширения оценки
в нее могут быть включены недостаточно изученные факторы, что приведет
к снижению точности результата. Вместе с тем следует избегать и другой
крайности, так как при значительном сокращении числа учитываемых факто-
ров результаты исследования могут оказаться малосодержательными либо
даже в определенных условиях неверными. Следовательно, критерий эффек-
тивности должен содержал оптимальное число параметров, определяющих
работу системы связи.
76
Системы и устройства коротковолновой связи
3.3. Текущий и суммарный риск
Система радиосвязи в определенных условиях осуществляет передачу
сообщений с ошибками. Это может привести к нарушениям функционирова-
ния надсистемы-пользователя, из-за которых она несет определенные мате-
риальные потери. Следовательно, качество функционирования системы ра-
диосвязи целесообразно оценивать не по ее доходам, а по материальным по-
терям, которые несет пользователь из-за неверно переданной системой связи
информации. Из нескольких вариантов построения систем радиосвязи следу-
ет выбирать такой, при котором средние потери наименьшие. Кроме того,
необходимо учитывать затраты на создание и эксплуатацию системы
радиосвязи.
Обозначим потери, вызываемые ошибочно переданным сообщением,
через G. Определим риск R как произведение потерь G при ошибочно пере-
данном сообщении на вероятность Р возникновения потерь в канале передачи
данной системы радиосвязи:
R = PG. (3.13)
Очевидно, что величина R зависит как от свойств сообщения, так и от
характеристик системы связи и окружающей среды. Выражение (3.13) позво-
ляет количественно оценить средний риск при передаче сообщения в любом
канале системы радиосвязи.
Материальные потери при передаче информации между z-м и j-м кор-
респондентами по к~му каналу, специально выделенному для их обслужива-
ния данной системой радиосвязи, могут возникнуть по ряду причин. К ним
относятся: неблагоприятные процессы в ионосфере на трассе распростране-
ния радиоволн и разрушающие физические воздействия на систему радиосвя-
зи и среду из-за природных катастроф или мешающих действий. Кроме того,
имеется ряд субъективных причин, по которым утрата сообщения необяза-
тельно приведет к материальным потерям. Это обусловлено характеристика-
ми надсистемы-пользователя и не зависит от системы передачи информации.
Таким образом, физическая природа явлений, определяющих вероятность
потерь Р, очень разнообразна.
Рассмотрим временную зависимость выражения (3.13). Интервал, на
протяжении которого из-за стабильности состояния ионосферы остается по-
стоянной вероятность Р, за небольшими исключениями составляет величину
от единиц до десятков минут. Назовем этот интервал времени интервалом
локальной стационарности Т„, который, как правило, превышает среднюю
длительность сообщения ГСООб- Определяя риск на интервалах локальной ста-
ционарности и затем сравнивая эти значения, можно получать информацию о
динамике процессов в системе и предпринимать соответствующие действия.
Назовем риск, вычисленный на интервале локальной стационарности
Тст, текущим риском k-го канала и обозначим его
Rk=Rk(f),teTa. (3.14)
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи 77
На интервале локальной стационарности текущий риск - постоянная
величина, однако риск может меняться от одного интервала Т„ к другому.
Таким образом, текущий риск Rk - это средние потери на интервале Т„.
Обозначим:
P,y{Z*=l) - вероятность того, что радиоканал, предоставленный для
связи между i-м и j-м корреспондентами, в течение заданного процента вре-
мени обеспечивает передачу дискретных сообщений с вероятностью ошибки
в приеме символа не хуже порогового значения (для удобства последующих
записей заменим символы ij на к; к-тл канал - это канал между i-м и j-м кор-
респондентами);
Pt{ZI=O} - вероятность противоположного события;
Pk[Z2=l} - вероятность того, что между i-м и j-м корреспондентами
возникла необходимость в обмене информацией;
P*{Z2=0} - вероятность противоположного события;
P{Z3=1} - вероятность того, что имеет место сильное физическое воз-
действие на систему радиосвязи, в результате которого вероятность Pk{Zl=l}
может измениться (таким воздействием могут быть землетрясение, сель и
т.д.);
P{Z3=0} - вероятность противоположного события;
P*{Z4=1} - вероятность того, что ухудшение условий связи, вызвавшее
потерю информации, приведет к материальным потерям пользователя;
Pt{Z’=O} - вероятность противоположного события;
Gk - количественное выражение материальных потерь.
Вероятность того, что информация, передаваемая от i-ro к j-му коррес-
понденту по к-му каналу, будет утеряна, равна
Pk{Z' = 0|Z3 = 0} P{Z3 = 0} +P*{Z' = O|Z3=1} P{Z3= 1}. (3.15)
Здесь учтено, что при сильном физическом воздействии на систему
(например, при землетрясении или сильных солнечных вспышках) состояние
ионосферы изменится.
С учетом введенных обозначений вероятность
р=[Р42’ = 0|г3 = 0} P{Z3=0} +
+/} {z1 = 01Z3 = 1} Р [г3 = 1}] Рк {Z2 = 1} Рк [г4 = 1} . (3.16)
Текущий риск передачи сообщения по к-му каналу
Rk= [Pt {Z1 = 01Z3= 0} P{Z3=0} +
+Рк {z1 =0|Z3 = 1} P {Z3 = 1}] Pk {z2 = 1} Pk {Z4 = 1} Gk. (3.17)
Система радиосвязи может передать сообщение по одному из альтерна-
тивных каналов; при этом предпочтительнее тот канал, в котором значение
текущего риска наименьшее. Поскольку из-за нестационарное™ распростра-
нения радиоволн, внешних физических воздействий и т.д. текущий риск пе-
78 Системы и устройства коротковолновой связи
редачи сообщения по каналу связи меняется во времени, появляется возмож-
ность осуществлять в системе радиосвязи адаптивные управления с целью
его минимизации. Следовательно, текущий риск можно использовать как це-
левую функцию в адаптивных системах радиосвязи.
Различные системы радиосвязи можно сравнивать между собой, сопос-
тавляя значения риска для канала связи между i-м и j-м корреспондентами.
Такое сравнение, однако, недостаточно, если система радиосвязи объединяет
множество корреспондентов сети. При этом необходим обобщенный крите-
рий, учитывающий все возможные направления связи и средние потери на
них. В сети, состоящей из 2V корреспондентов, возможны вариантов на-
правлений передачи информации, причем вероятность образования каждого
такого направления - P*{Z2=1}. Суммируя значения текущего риска (3.17) по
всем каналам передачи информации сети на интервале локальной стационар-
ности, получим текущий риск системы радиосвязи
=°iz3=°№=°}+ (ЗЛ8)
+ Р^1 = ОIZ ’ = l}p{z3 = l]k{z2 = 1}/> {z4 = iJg, .
Если просуммировать текущие риски системы радиосвязи за весь пери-
од ее эксплуатации Тэ, то получим суммарный риск системы радиосвязи
м
<31’)
1=1
где М=Т,/Т„.
При эксплуатации системы радиосвязи достаточно долгое время сум-
марный риск системы Рсс характеризует средние потери, которые понесет
надсистема-пользователь, используя для передачи своей информации данную
систему радиосвязи. Сопоставив затраты на создание и эксплуатацию систе-
мы радиосвязи за то же время и величину средних потерь, можно принять
решение в пользу одной из альтернативных систем, а также определить гра-
ницу, за пределами которой не имеет смысла усовершенствовать систему,
если усовершенствование увеличивает ее стоимость.
3.4. Средние и общие материальные потери
пользователя
Ценность и «старение» информации. Понятие «информация» имеет
много различных аспектов, поэтому существует несколько различных подхо-
дов к ее определению и оценкам. Говорить о ценности информации, ее стои-
мости можно только с учетом потребителя информации и того процесса
(производства), в котором она используется.
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи 79
Ценность информации, содержащейся в сообщении, характеризуется,
как правило, тем материальным эффектом, который дает ее использование,
а этот эффект, в свою очередь, - соответствием информации процессу, в ко-
тором она используется, а также ее полнотой и точностью. Доставка сообще-
ния занимает некоторое время, в течение которого процесс эволюционирует,
в результате чего изменяется (как правило, снижается) степень его соответст-
вия заключенной в этом сообщении информации. Кроме того, в процессе пе-
редачи сообщение может быть искажено, частично либо полностью утрачено,
что приведет к частичной или полной потере его полноты и точности. Следо-
вательно, ценность информации после передачи по системе связи будет от-
личаться от ее начальной ценности, определенной в момент поступления
в систему. Очевидно, в подавляющем большинстве случаев задержка и отсут-
ствие достоверной информации имеют негативные последствия, поэтому эф-
фективность функционирования системы связи целесообразнее оценивать не
по положительному эффекту, а по отрицательному, т.е. определять вызван-
ный указанными выше причинами (задержка, искажение, утрата сообщений)
ущерб - материальные потери.
К определению понятия «материальные потери» можно подойти с сис-
темных позиций. Рассматривая процесс функционирования системы связи
в совокупности с процессом функционирования надсистемы-пользователя,
эксплуатирующей данную систему связи, можно считать, что каждое переда-
ваемое сообщение используется для принятия некоторого решения. Ошибоч-
ное решение влечет за собой возникновение материальных потерь (затрат),
направленных на устранение вызванных им негативных последствий. В этом
случае под материальными потерями пользователя подразумевают потери,
связанные с упущенной прибылью за период, в течение которого могла бы
эксплуатироваться надсистема, использующая данную систему связи. На-
пример, в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС) это могут быть потери, вы-
званные разрушением материальных ценностей и гибелью людей. Пренебре-
жение упущенной выгодой (и связанными с ней материальными потерями)
приводит как к недооценке значения систем связи, так и к ошибкам при срав-
нительной оценке эффективности различных видов связи и конкретных вари-
антов построения систем. Отметим, что такое определение позволяет оценить
эффективность системы связи в широком диапазоне условий ее функциони-
рования, в том числе и в условиях ЧС.
Изменение количественных и качественных характеристик информа-
ции можно осуществить с помощью функции ценности P(z), физически ха-
рактеризующей ее «обесценивание» или «старение» во времени. Считая, что
информация содержит характеристики некоторого реального процесса, под
«старением» информации будем понимать рассогласование отображенного в
ней процесса от реального [39. 52]. Процессом «старения» удобно описывать,
например, изменение ценности информации в финансовых структурах при
текущем сборе данных, например, с рынка ценных бумаг; при проведении
аварийно-спасательных и аварийно-восстановительных работ в период лик-
80
Системы и устройства коротковолновой связи
видаций последствий ЧС и т.д. Поэтому в дальнейшем 0(г) будем называть
также функцией «старения» информации.
Конкретный вид зависимости 0(f) и ее свойства определяются процесса-
ми, происходящими в надсистеме-пользователе, и могут сильно разниться. Как
правило, это неотрицательная невозрастающая функция, хотя в [56] указывает-
ся, что ценность информации может со временем увеличиваться, а в [55] рас-
сматривается возможность существования информации с отрицательной цен-
ностью. При некоторых видах природных и техногенных катастроф (аварии
самолетов, железнодорожные аварии, аварии на нефте- и газопроводах, земле-
трясения и подземные толчки, пожары в городских условиях при их локализа-
ции) изменение ценности информации описывается временной зависимостью с
уменьшающейся производной; при других видах ЧС (аварии на атомных элек-
тростанциях, наводнения, сход селевых лавин, лесные пожары) - с увеличи-
вающейся [12]. Строго говоря, процесс «старения» информации является слу-
чайным, однако его можно полагать квазидетерминированным, т.е. считать
параметры случайными величинами, имеющими одинаковое значение на неко-
тором интервале времени или для некоторого класса сообщений. Таким обра-
зом, данный процесс будем представлять финитной монотонной функцией на
интервале [0, 7^]. В относительных единицах она может описываться, напри-
мер, одним из следующих выражений [12, 14, 113, 119]:
. t
exp 1-----1
P(f)= М ,/е[о,т ],
е- 1
Р(0 = 1
(3.20)
(3-21)
(3.22)
где NCTap - показатель степени, определяющий скорость «старения» информа-
ции; Ткр - критический срок жизни сообщения.
Значение Ткр представляет собой такое время задержки сообщения, при
превышении которого материальные потери пользователя достигнут макси-
мального или недопустимого значения. В этом случае ценность Р предпола-
гается равной нулю, а содержащаяся в сообщении информация считается ут-
раченной. Значение критического срока жизни сообщения зависит от вида
информации. Для ценной информации критический срок жизни, как правило,
мал. Если ввести интегральную характеристику процесса «старения» ин-
формации [12]
<3-23>
о
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
81
то можно, изменяя критический срок жизни сообщения, оценить изменение
начальной ценности информации р0, т.е. ценности в момент г = 0.
Таким образом, процесс функционирования системы связи должен рас-
сматриваться в совокупности с процессом функционирования надсисте-
мы-пользователя, использующей данную систему связи в своих интересах.
И как при проектировании радиотехнических устройств учитываются ампли-
тудные, частотные и статистические свойства обрабатываемых ими сигналов,
так и при проектировании систем радиосвязи должны учитываться свойства
передаваемой по ним информации, а также динамика изменения ее характе-
ристик во времени.
Оценка эффективности по средним материальным потерям (СМП)
пользователя. Количественная оценка СМП пользователя основана на двух
характеристиках: временной функции процесса «старения» информации 0(f)
и вероятностно-временных характеристиках функционирования системы свя-
зи, в качестве которых выступают функция плотности вероятности (ФПВ)
времени доставки сообщений и вероятность доставки рп.
Примем линейную взаимосвязь между потерями и ценностью инфор-
мации:
G(0 = 0О- Рд&ых 0). t G [о, гкр] , (3.24)
где Д - начальная ценность сообщения (т.е. ценность в момент поступления
в систему связи); ДВЬ1Х (t) - ценность сообщения на выходе системы связи
через время t, прошедшее с момента t = 0 его поступления в систему связи.
Для учета потерь, дополнительно возникающих вследствие искажения
передаваемого сообщения, рассмотрим передачу информации в дискретной
форме. Если число искаженных символов подчиняется распределению Бер-
нулли, то средние потери ценности при ее произвольном распределении по
сообщению [9]
= Рисковых (0. (3-25)
где ркск - вероятность искажения символа.
Тогда зависимость потерь от времени или функция потерь выглядит
следующим образом:
G(')=^о “ Рд 0 ~ Риск) /U (0 • (3-26)
Как видно, при /?иск > 0 материальные потери пользователя отличны от
нуля и при z = 0. Это объясняется тем, что даже при мгновенной передаче со-
общения его ценность снижается из-за ошибочно принятых символов. Отме-
тим, что вероятность искажения символа связана со скоростью передачи со-
общения.
Функцию плотности вероятности материальных потерь пользователя
можно получить на основании преобразования [39]
6 - 5869
»
82
Системы и устройства коротковолновой связи
(3.27)
dG
где V(Q - функция, обратная функции потерь от времени; - ФПВ вре-
мени доставки сообщений.
Тогда СМП пользователя в общем виде можно определить как
г.
у^СМП .
о
В случае, если функция потерь имеет вид (3.26), СМП пользователя,
связанные с задержкой, искажением или утратой сообщения при его передаче
[9, 39]
д!
= Jgw',[v(g)]^
п dG
dG-
(3.28)
(3.29)
(3.30)
Я™" = Ро - Pa (1 - Pncjj•
о
В отличие от большинства комплексных критериев, СМП пользователя,
являясь разносторонней оценкой, несут ясный физический смысл - средние
потери пользователя за длительный период эксплуатации системы связи.
Кроме того, представленная методика позволяет на основе ФПВ потерь поль-
зователя вывести и остальные необходимые статистические характеристики,
получив максимально полное описание поведения системы связи.
Непосредственное сравнение величин СМП вариантов сетей связи мо-
жет оказаться неконструктивным без знания начальной ценности сообщений
Ро, определение которой во многих случаях связано с серьезными трудностя-
ми. Поэтому выигрыш от применения той или иной структуры сети целесо-
образно оценивать соотношением
_ |/?,смп -Л2СМП|
В S
где Л™0 и /?™п - СМП пользователя сравниваемых вариантов. Такой под-
ход позволяет оценить эффект от применения конкретной структуры систе-
мы, приведенный к стоимости передаваемой по ней информации.
Основной трудностью определения СМП пользователя является расчет
вероятностно-временных характеристик функционирования системы связи,
для нахождения которых следует применять методы математического моде-
лирования. Используемые для этой цели модели должны охватывать все су-
щественные стороны функционирования сетей связи, гарантируя получение
адекватных результатов, а следовательно, полноту и точность критерия СМП.
Оценка эффективности по общим материальным потерям (ОМП)
пользователя. Критерий ОМП пользователя, являясь дальнейшим развитием
рассмотренной выше оценки СМП, представляет собой суммарные затраты
пользователя на разработку, создание, эксплуатацию и модернизацию систе-
мы связи [] 1, 13]:
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи 83
ломп=/гсмп+31 (3.31)
где /?смп - СМП пользователя, связанные с задержкой, искажением или ут-
ратой сообщения при его передаче; 3 - затраты на разработку, создание
и техническую эксплуатацию системы связи. В качестве 3, как правило, ис-
пользуют основной экономический показатель - приведенные экономические
затраты.
В отличие от СМП критерий ОМП пользователя охватывает весь жиз-
ненный цикл системы связи и максимально полно (в соответствии с концеп-
цией системного подхода) учитывает процессы, описывающие функциониро-
вание надсистемы-пользователя. Критерий ОМП имеет ясный физический
смысл, отражая суммарные затраты пользователя, использующего систему
связи для обеспечения информационного обмена в интересах собственной
надсистемы. Наличие функциональной взаимосвязи между слагаемыми по-
зволяют сопоставить затраты на проектирование, создание и эксплуатацию
системы связи и СМП, соответствующие вложенным средствам. Таким обра-
зом, за счет варьирования указанных составляющих появляется возможность
осуществления гибкого выбора структуры системы, наиболее полно отве-
чающей решению стоящей перед ней задачи. Комплексный учет технических,
экономических и информационных аспектов функционирования сети приво-
дит к отказу от процедуры приведения рассматриваемых вариантов к сопос-
тавимому виду, при этом сравнение вариантов систем связи и выбор наилуч-
шего осуществляется по минимуму ОМП пользователя.
Целесообразность использования того или иного критерия обусловлена
условиями функционирования систем связи и их технической реализацией.
Так, в штатных условиях для проведения сравнительной оценки эффективно-
сти необходимо, очевидно, применять наиболее общий критерий ОМП, так
как ценность передаваемых сообщений, как правило, невелика, и затраты на
проектирование, установку и эксплуатацию систем являются определяющи-
ми. Однако в случае сопоставимости затрат сравниваемых вариантов оценку
можно проводить и по СМП пользователя. В условиях чрезвычайных ситуа-
ций, когда речь идет о спасении человеческих жизней, предотвращении ката-
строф и аварий (особенно крупных), экономическими затратами 3 можно
пренебречь и оценивать эффективность по разности (абсолютная оценка) или
отношению (относительная оценка) СМП пользователя. Критерий среднего
риска следует использовать в тех случаях, когда не учитывается динамика
изменения ценности информации [например, при P(r) = const] и потери, вы-
званные искажениями при ее передаче.
,В4
Системы и устройства коротковолновой связи
3.5. Оценка эффективности систем КВ радиосвязи
по критерию среднего риска
Рассмотрим простейшую математическую стохастическую модель сис-
темы радиосвязи с вынесенным ретранслятором на основе текущего риска.
Согласно § 3.3 текущий риск - это произведение вероятности возникновения
материальных потерь надсистемы-пользователя из-за плохого качества кана-
ла связи на количественное выражение этих потерь на текущем отрезке вре-
мени при условии P{Z3=1} ~ 0:
Я* = Р*{3* = 0} P*[Z2= 1} P{Z3=0] P*{Z4=0] Gk. (3.32)
Считая, что надежность канала связи целиком определяется свойствами
многолучевого канала распространения радиоволн, согласно [72] имеем:
Zjt "•Z|W|
р^*=0}=1-/Л,
V271
(3.33)
где ZBon - допустимое превышение уровня сигнала над помехой, вычисленное
с учетом вида сигнала, решающей схемы приемника и свойств канала по за-
мираниям [72]; Zk - среднее превышение этого уровня; oZk - среднеквадра-
тическое отклонение от этой величины.
Вероятность образования канала передачи информации между i-м и у-м
корреспондентами определяется двумя событиями: их незанятостью к началу
данного момента Р™ и возникновением потребности в передаче информации
именно от (-го к j-му корреспонденту или, наоборот, Р". Эти события на
практике независимы, поэтому
Pk{Z2=I} =№ЛП. (3-34)
Для вычислений по (3.34) необходимо определить и Р". Если в
системе имеется s вызовов, то вероятность того, что вызываются не i-й и не
j-й корреспонденты, равна [(TV-3)/(/V-l)]\ где N - общее число корреспон-
дентов сети связи. Вероятность того, что i-й и у-й корреспонденты свободны
при пуассоновском потоке вызовов
= , (3.35)
* £ 5! (Л-1;
где Л. - интенсивность потока вызовов.
Вероятность того, что у (-го корреспондента возникает потребность
в связи именно с j-м корреспондентом и, наоборот, у j-го с i-м:
Р? =—+— -----------Ц- = (2Л/~3)-. (3.36)
k TV —1 N-l (TV-1)2 (TV-1)2
3. Методы оценки эфф! жтивности систем КВ радиосвязи
85
Подставив (3.35) и (3.36) в (3.34), получим расчетную формулу для ве-
роятности образования канала передачи информации между i-м и j-м коррес-
пондентами:
27V-3 £
Г», 1V 2
(3.37)
Выражение для текущего риска связи между i-м и j-м корреспондента-
ми получим, подставив (3.33) и (3.37) в (3.32):
1—д
» 'ЛОИ
°Z4 г1
j е 2dt х
2п
V(xr)’ .
,-лт|
TV-3Y 2/V-3
(3.38)
Выражение для текущего риска связи между (i+l)-M и (/+1)-м коррес-
пондентами получим аналогично, исключив из общего числа корреспонден-
тов сети двух, уже занятых, т.е. z-го и j-rot
7. —7 \
1 _'2
1----7=
^*+1 —
2л
j е 2dt х
2
\ 7
JЛГ-ЗУ] 2W-7 г . _
Й s! (zv-3j ](Л--ЗУ
Текущий риск всей совокупности возможных связей получаем, сумми-
руя текущие риски всех корреспондентов, пока их число не окажется равным
числу корреспондентов сети:
jVy2<?W^_Ar/f7V-2g-iy'l 22V—4g+l rz.
.,=7+i ^-29 + lJ J(/v-29 + 1)2 91
(3.40)
Если процесс функционирования сети рассматривается с точки зрения
полезности для надсистемы-пользователя, (3.40) описывает, как было приня-
то ранее, текущий риск системы связи.
Выражение (3.40) можно наращивать практически неограниченно, вво-
дя отличную от единицы вероятность бесперебойной работы системы слу-
86
Системы и устройства коротковолновой связи
жебной связи, а также, с учетом ненадежности аппаратуры, вероятности по-
явления искусственных помех и т.д.
Для системы с ВРП, в которой ретранслятор используют как систему
массового обслуживания, (3.40) усложняется умножением величины
Pk{Zl = 1} на вероятность потери вызова ВРП Рпв из-за ограниченности его
пропускной способности:
Р& =о}ВРП =1-
2л
(3.41)
f в 2& Рт-
Величина Рпв, в свою очередь, зависит от дисциплины обслуживания,
состояния системы связи, помеховой обстановки, интенсивности обмена
в сети [34].
Аналитическая стохастическая модель системы КВ связи типа (3.40)
или скорректированная с помощью (3.41) пригодна для аналитического мо-
делирования работы системы связи в стационарном режиме или комбиниро-
ванного - в нестационарном с целью получения оценки качества ее функцио-
нирования по критерию текущего риска.
3.6. Оценка эффективности систем КВ радиосвязи
по критериям средних и общих материальных
потерь пользователя
Методика оценки эффективности системы КВ радиосвязи. Для
сравнительного анализа различных систем КВ радиосвязи и вариантов их по-
строения методика оценки эффективности должна учитывать характеристики
исследуемых систем связи и особенности их функционирования: конфигура-
цию системы (количество абонентов, информационных и служебных кана-
лов); параметры аппаратуры (мощности передатчиков, скорости передачи
информации, параметры передающих и приемных антенн); характеристики
используемого частотного диапазона (средние уровни и распределения на-
пряженности поля помех, вид и распределения замираний сигнала); свойства
информационных потоков (интенсивности поступления сообщений от або-
нентов, длительности передаваемых сообщений, интенсивности повторных
попыток); алгоритмические параметры (протокол установления соединения,
алгоритм ведения связи).
Определение СМП пользователя свя (ано, как указывалось выше, с на-
хождением вероятностно-временных характеристик функционирования сис-
темы: вероятностей, характеризующих своевременность и качество доставки
информации и ФПВ времени ее доставки. Подставляя эти величины в (3.29),
можно определить величину /?смп и в дальнейшем использовать ее для срав-
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
87
нительного анализа систем связи по критерию СМП или, учитывая (3.31), -
по критерию ОМП.
Рассмотрим замкнутый алгоритм расчета, позволяющий получить ана-
литическое выражение вероятности доставки и ФПВ времени доставки сооб-
щений в зоновой автоматизированной системе КВ радиосвязи [38, 171].
Система «прямых связей». Для представления канала КВ радиосвязи
целесообразно использовать подход, изложенный в [102], позволяющий по
заданному среднему значению ОСП, характеру и скорости замираний, виду
приема, используемому коду, виду манипуляции определить остаточную ве-
роятность искажения принятого символа. В процессе ее расчета предполага-
ется, что при передаче информации в системе применяется один из видов об-
ратной связи (информационная или решающая), а решение о перестройке
частоты принимается при превышении максимального числа повторов пере-
даваемого символа.
При рассмотрении процессов обработки сообщений сеть связи пред-
ставляется системой массового обслуживания. Однако непосредственное ис-
пользование методов теории телетрафика к системам радиосвязи затруднено
двумя обстоятельствами. Во-первых, срыв при установлении соединения
в системах радиосвязи происходит не только из-за занятости вызываемого
абонента или отсутствия свободного канала, но и вследствие того, что часть
каналов занята передачей сообщений, а часть - помехами; кроме того, соеди-
нение может не состояться при искажении вызывного сообщения. Во-вторых,
характеристики нагрузки не являются постоянными, они определяются поме-
ховой обстановкой, пропускной способностью каналов связи, частотным ре-
сурсом, активностью абонентов (интенсивностью потоков первичных и по-
вторных попыток), тесно связанными друг с другом. Учет этих факторов
приводит к тому, что алгоритм аналитического расчета вероятностно-
временных характеристик должен быть итерационным.
В процессе разработки алгоритма (рис. 3.1) были сделаны следующие
допущения [29]: входные информационные потоки (потоки первичных сооб-
щений и повторных попыток) являются стационарными пуассоновскими;
мгновенные уровни помех в местах расположения абонентов статистически
независимы; число символов в сообщении распределено по экспоненциаль-
ному закону; служебные каналы выделяются отдельно от информационных;
вероятность успешной передачи сообщения не зависит от вида попытки (пер-
вичная или повторная), а также от номера повторной попытки. Предполагает-
ся, что повторные попытки, вызванные отказом обслуживания заявки с пер-
вой попытки, действуют только до момента поступления следующей заявки.
Поражение информационного или служебного канала связи сосредоточенной
помехой приводит к невозможности информационного обмена по этому ка-
налу и поиску нового.
Алгоритм установления соединения имеет следующие особенности.
Вызывающий абонент посылает по служебному каналу вызов, содержащий
его номер, номера вызываемого абонента и своего информационного канала,
88
Системы и устройства коротковолновой связи
Рис. 3.1
и в течение определенного времени ожидает ответ. В случае отсутствия отве-
та производится измерение уровня помех на частоте информационного кана-
ла с целью контроля ее занятости помехой или передачей сообщения другим
абонентом. Если канал свободен, служебное сообщение посылается по дру-
гому служебному каналу, и вся процедура повторяется. После приема и вы-
деления ответа вызывающий абонент перестраивает свой передатчик на ту
частоту, номер которой был указан в ответе, и начинает передачу сообщения.
Набор входных данных включает: Na6 - число абонентов, УИнф.к - коли-
чество информационных каналов (уинф к < /Уаб), Услж - количество служебных
каналов, 7^ - длительность служебного сообщения, Ган - время анализа
(промежуток времени, необходимый для выбора наилучшей частоты), 7^ -
длительность перестройки оборудования, tc - длительность символа, п - чис-
ло элементарных посылок, кодирующих символ, /VCHMB - среднее число симво-
лов в сообщении, Тр - средний промежуток времени между станционными
(и/или сосредоточенными) помехами (время работы канала), Тпом - средняя
длительность их действия (время восстановления канала), hl - ОСП на входе
приемника, А - интенсивность поступления заявок (первичных попыток),
Хповт - интенсивность повторных попыток, используемый код.
Блок предварительного расчета выполняется перед основным (цикли-
ческим) расчетом и служит для определения дополнительных неизменяемых
исходных данных.
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
89
Расчет вероятности связности сети и среднего времени прохождения
радиоволн. Из-за флуктуаций состояния ионосферы возможно непрохожде-
ние радиоволн между двумя абонентами, что приводит к дополнительным
трудностям при передаче сообщений. Положим, что относительная погреш-
ность отклонения критической частоты слоя F2 от своего скользящего меди-
анного значения в первом приближении подчиняется нормальному распреде-
лению [61]. К тому же при расчете будем учитывать: количество абонентов,
размер зоны обслуживания, рабочую частоту, расстояние прямой видимости,
действующую высоту отражения от ионосферы.
Допустим, что зона обслуживания имеет вид круга, причем абоненты
равномерно распределены по всей зоне. Радиус ячейки, приходящейся на од-
ного абонента, R = rJ, Я, - радиус зоны обслуживания. Минимальное
расстояние между абонентами определяется как радиус ячейки, вдвое боль-
шей, чем ячейка одного абонента, т.е. /?min - V27?, = R,-j2/NaG Если абонент
находится в центре зоны обслуживания, то количество абонентов, находя-
щихся от него на расстоянии /?т,п, 27?min,... , прямо пропорционально рас-
стоянию. Максимальное количество таких окружностей равного расстояния
равно NOKp = ^7Va6/2 , округленному до ближайшего меньшего целого значе-
ния. Вероятность того, что при заданных рабочей частоте/р и расстоянии ме-
жду абонентами будет выполняться условие /KpF2 < 1,25/р cos(р0, где/крР2 -
критическая частота слоя F2, фо - угол падения волны на ионосферу, равна:
рс -гР’25/р C°S°//kpF2 ~1 ~ М (3,42)
СР \ °F2 )'
1 * 1
где F(x) = -/= fe 2dt - интеграл вероятности Лапласа; cos(p0 =
у2л J
Раб - расстояние между абонентами, 1гД - действующая высота отражения от
ионосферы; nipi и Of2 - параметры нормального закона, описывающего флук-
туации критической частоты слоя F2.
При условии равновероятной связи абонентов друг с другом общая ве-
роятность непрохождения радиоволн
Гнепр
(3.43)
2z
где р. =---7—
^окРк
- вероятность связи с абонентами, находящимися на
ОКр * /
расстоянии z/?min от рассматриваемого.
Вероятность связности сети определяется как
90
Системы и устройства коротковолновой связи
о/
Лв = 1 - Риепр = 1 - £ Pepsin ).. /-ГГ • <3-44)
^окрКр+1)
Для расчета средних длительностей прохождения и непрохождения ра-
диоволн применимы известные методы из теории выбросов случайных про-
цессов. Предполагая процесс отражения радиоволн стационарным гауссов-
ским, среднюю длительность непрохождения радиоволн вычисляем по фор-
муле [141]
^непрох = -7=711 " F(Y)]еХрГ ~-
V" Л0 I 2
(3.45)
где F(y) - интеграл вероятности Лапласа, определяющий вероятность прохо-
ждения радиоволн; R* - втирая производная корреляционной функции в на-
чале координат. Анализ данных, приведенных в [61], показывает, что для
спокойной ионосферы можно принять корреляционную функцию стационар-
ного процесса вида 7?(т)= (1 + Г]|т|)ехр(~Ф|) с параметром Г) ~ 0,0004 1/с. При
такой зависимости /?' = -г)2.
Средняя длительность прохождения радиоволн [142]:
^прох
2л
F(y)exp
(3.46)
При спокойном состоянии ионосферы выбросы непрохождения радио-
волн достаточно редки и их распределение можно считать пуассоновским,
что говорит об экспоненциальном распределении длительностей прохожде-
ния и непрохождения.
Расчет остаточной вероятности искажения символа. Одним из про-
токолов, используемых в системах КВ радиосвязи, является протокол с авго-
запросом ошибочно принятых символов (ARQ), в котором используется ре-
шающая обратная связь [103]. При его использовании обмен информацией
осуществляется кодированными символами, при передаче которых возможны
исходы, каждый из которых характеризуется соответствующими вероятно-
стями: ПР - правильный прием сообщения (ни один элемент символа не ис-
кажен), НО - необнаруженная ошибка (в результате воздейст вия помех один
разрешенный символ трансформировался в другой разрешенный), ОО - об-
наруженная ошибка.
При передаче символа и подтверждении или отрицании его по обрат-
ному каналу возможны следующие основные исходы: ПП - правильный при-
ем символа и безошибочный прием сигнала подтверждения; О - обнаружение
ошибки в символе и безошибочный прием сигнала отрицания, Н1 - необна-
руженная ошибка символа и безошибочный прием сигнала подтверждения
(необратимая ошибка первого рода); Н2 - ошибка типа «выпадение», обна-
руженная ошибка символа (его стирание) и ошибочный прием сигнала отри-
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
91
цания, т.е. трансформация его в сигнал подтверждения (необратимая ошибка
второго рода); НЗ - ошибка типа «вставка», правильный прием или необра-
тимая ошибка символа и ошибочный прием сигнала подтверждения (транс-
формация его в сигнал отрицания), в результате символ передается еще раз
(необратимая ошибка третьего рода). Событие НЗ подразделяется на два под-
события: НЗ-И - символ перед вставкой искажен помехами и НЗ-П - символ
перед вставкой принят правипьно.
При математической записи: ПП = ПРхПРда, О = ООхПРнет, Н1 =
НОхПРда, Н2 = ООхОШнет, НЗ-П = ПРхОШда, НЗ-И = НОхОШда. Вероятность
события Н2 при числе передач г = rmax — H2max , где гП1ах - максимальное чис-
ло передач одного символа, определяется как ООх] 1Риет.
Под остаточной вероятностью искажения символа понимается вероят-
ность того, что после всех повторов он будет принят неверно. Остаточные
вероятности искажения первого, второго и третьего родов при передаче сим-
вола, характеризующие соответствующие необратимые ошибки (типа Hl, Н2
и НЗ) Г102]:
„I _ 1 - Р?Г п . 1 - Lax - 1)Ро"“‘‘2 + (гт.,х - 2)р^-'
Риск - -----Phi +-------------7.----V-----------РнЗ-иРн2 +
!-Ро (1-РоУ
+ Отах ~ 0Ро“ РнЗ-И Рн2тах ’ (3-47)
1 »у 'так
Риск = ---— Рн2 + Ро””' (Рн2 + Рн2,пах ) ’ С3'48)
1-Ро
„з _ Рнз + Рр“ (Рпп Phi + Рнз)
риск « Ро Рн2 max
i-Po
1 ~ Отах ~ Оро" + O'max ~ ^)р<Г< _/ — „
а\2 РнзРнг \'max 1/гО РюРн2 max ’
-Ро)
(3.49)
Полная остаточная вероятность искажения символа
Риск = Риск + Риск + Риск • (3.50)
Вероятность того, что количество повторных передач посылки превы-
сит rmax, вычисляется как рпрев = • где ОБ = О + НЗ . Вероятности исхо-
дов при передаче посылки рассчитываются по формулам [102]:
Рпр=Р,.(°)’ (3-51)
<з-52>
x=i е=о C'x.+j
где р„(0) - вероятность того, что ни одна посылка в символе, состоящем из п
посылок, не будет искажена; z№ - обобщенный спектр кода, показывающий
92
Системы и устройства коротковолновой связи
количество кодовых комбинаций, содержащих % единиц в информационной
части и £ единиц в проверочной; pi+s(X+e) - вероятность искажения х симво-
лов в информационной и £ символов в проверочной части символа.
Вероятность обнаружения ошибки:
Poo = 1— Рпр ~ Рно • (3.53)
Среднее число передач одного символа вычисляется по формуле:
r
СР 1-РОБ
Распределение числа ошибочно принятых посылок т в комбинации из
п посылок при некогерентном приеме частотно-манипулированных колеба-
ний в условиях общих рэлеевских замираний с нулевой скоростью выглядит
следующим образом [102]:
(3.54)
С
(3.55)
2, (m + i)hg +2
где h2 - среднее по состояниям канала ОСП на входе приемника.
Аналогичное распределение применительно к условиям общих квази-
рэлеевских замираний [102];
П_________________
2 J (m + f)h2 + 2 + 2k2
где к2 - отношение мощностей регулярной и флуктуирующей составляющих
сигнала.
Все эти вероятности являются условными величинами, поскольку
средний коэффициент передачи ионосферы изменяется по логарифмически-
нормальному закону: случайная величина, выраженная в децибелах распре-
делена по нормальному закону с параметрами тц и Используя функцио-
нальное преобразование функций плотности вероятности, для той же случай-
ной величины, выраженной в относительных единицах, получаем:
Г (1пц0-1пшлн)2
1=0
^(ц0)=-7=------ехР
V27ioniiy0
пт
{ni+i)hit+2+2k2
(3.56)
(3.57)
Z i=0 \ '
20«и
где /нп|1 = 1020 - математическое ожидание случайной величины, выраженное
1п10
в относительных единицах; одп = = 0,115оц - среднеквадратическое
отклонение случайной величины, выраженное в относительных единицах.
Найдем безусловную вероятность ошибки при рэлеевских замираниях.
Для этого усредним (3.55) по (3.57). Примем соотношение между коэффици-
ентом передачи ионосферы и ОСП на входе приемника h2 [147]:
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
93
/г* =Jb-h^0, где Цад и - средние по абсорбционным замираниям средний
Pw
коэффициент передачи ионосферы и среднее ОСП на входе приемника соот-
ветственно. Усредняя вероятность ошибок при квазирэлеевских замираниях
по логарифмически-нормальному закону, после преобразований получаем [8,
9, 29]:
f~ \n+i+l
— j e2<n+/+1) °л.< 11 —F^min+2(n + i + l)o'J1H]}
(3.58)
где a = 1 + k2 ; min =-; c = (m +
2°лн
Если предположение о нулевой скорости замираний не выполняется,
конечная скорость замираний учитывается с помощью методики, изложенной
в [147]. В этом случае коэффициент передачи канала нельзя считать неизмен-
ным на протяжении символа, однако все формулы, полученные для замира-
ний с нулевой скоростью, остаются справедливыми, если в них скорректиро-
вать значения к2 и Ар.
Расчет параметров установления соединения и ведения связи. Распре-
деление числа корреспондирующих пар абонентов рассчитывается на основе
теории телетрафика. Вывод совместного распределения числа занятых поме-
хами и передачей сообщений каналов затруднен вследствие независимости
распределения помех у разных абонентов. Поэтому предположим, что каналы
связи и служебные каналы являются идеальными и не подвержены влиянию
помех. Тогда, исходя из теории телетрафика, распределение числа одновре-
менно работающих пар абонентов выводится на основе частного случая мар-
ковских процессов - процессов гибели и размножения - с учетом того, что
интенсивность поступления заявок от одного абонента зависит от числа кор-
респондирующих абонентов (система связи замкнутая с ограниченным коли-
чеством абонентов):
Рабу —
(3.59)
где р =----—Т - интенсивность нагрузки системы связи, Эрл, — экви-
^аб - 1
валентная интенсивность поступления сообщений от одного абонента с уче-
94
Системы и устройства коротковолновой связи
том повторных попыток, Тле - средняя длительность занятия канала связи
(среднее время передачи сообщения) с учетом возможных переходов с канала
на канал;
V
- целая часть числа "||<|’ к
2
Отметим, что при использовании алгоритма ARQ необходим обратный
канал (канал квитирования), поэтому для ведения связи паре абонентов необ-
ходимы два канала.
В случае наличия помех предполагаем, что вид распределения остается
тем же самым. Вычисляем семейство распределений (3.59) при поражении
помехами т каналов, т G [0, УИ||ф к ]. Эти распределения будут условными.
Для вычисления безусловного распределения необходимо усреднить эти ус-
ловные распределения по вероятностям поражения помехами 0, 1........УННф.к
каналов, которые предполагаем подчиненными распределению Энгсета:
С' р*”*’-1 г
<3.60)
(1+Рд) ”*’
где рх = Т11ОМ/Т - интенсивное! ь выхода канала из рабочего состояния.
Для расчета параметров, характеризующих качество передачи сообще-
ний (среднее время передачи, среднее время занятия канала и вероятность
полной передачи) рассмотрим исходы, возникающие при передаче сообще-
ния. Пусть i - случайное количество символов в сообщении, /е [1,=®); j - ко-
личество переданных символов при условии, что передача сообщения была
прервана, je [0. z-1). Вероятность того, что при успешной передаче сообще-
ния длиной i символов потребуется тком коммутаций каналов:
Pi,,^ = C™r+k.u t1 " A,pc )' РпрГ •
(3.61)
где p„pQ - вероятность перестройки частоты при передаче символа.
Вероятность того, что при передаче сообщения будет передано j сим-
волов при пком коммутациях каналов:
Pj-™ = О - Л.ре У Рпрс • <3-62)
Также необходимо вычислить число переходов, возникающих при
коммутациях каналов. Вероятность их числа гком при заданном количестве
коммутаций шком равна:
Р _ '•«„„-'"кон р"'^ (3.63)
Иновпрс Гнет ’ v ’
где р1|ов прс - вероятность того, что после перестройки канала возникнет необ-
ходимость в новой перестройке; /?нст - вероятность того, что после перестрой-
ки канала передача сообщения возобновится сразу.
С учетом введенных обозначений общее выражение для среднего вре-
мени передачи сообщения длительностью i символов:
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи 95^
t . = V* V* [(/ + т + г Т , (3.64)
пер» / 4 / 4 L у КОМ/ С ЭКО КОМ КОМ ' 7
тким *ким — Пгком
где Pm г = Pim Рт г ~ вероятность того, что при передаче сообщения
длиной i символов произойдет гком перестроек частоты при тком коммутациях
каналов; гсэкв - эквивалентная длительность символа с учетом времени рас-
пространения; 7'КОМ=Т +Тан+Тслс - время, необходимое для коммутации
канала.
Среднее время доставки сообщений Тп находится путем усреднения
среднего времени передачи сообщения длиной i символов по распределению
числа символов в сообщении.
Для расчета эквивалентной интенсивности поступления сообщений вы-
числим среднее число повторных попыток, попавших в случайный интервал
между соседними первичными попытками, которое складывается из обслу-
женных и необслуженных повторных попыток. Усредняя вероятности по
времени и суммируя их, получаем среднее число повторных вызовов, прихо-
дящихся на один первичный,
= (1-РУсп)^поВТ (3.65)
л~*~ Русплповт
где Л - интенсивность первичных попыток; Хповт - интенсивность повторных
попыток; рус„ - вероятность успешной передачи сообщения при каждой по-
пытке (первичной или повторной).
Эквивалентная интенсивность поступления сообщений от одного або-
нента:
Лг = Л(1+«„)-^^). (3.66)
Процедура расчета (одна итерация) выглядит следующим образом. За-
даемся начальными значениями интенсивности поступления сообщений
и среднего времени передачи сообщений (на первом шаге Xj- = X, среднее
время передачи равно длительности сообщения). Далее вычисляется распре-
деление числа корреспондирующих пар абонентов (3.59) и на его основании
- новое значение времени передачи. Затем по (3.66) находится новое значе-
ние эквивалентной интенсивности поступления сообщений. Полученные зна-
чения сравниваются с исходными, и, если достигается заданная точность вы-
числений, расчет прекращается. В противном случае новые значения заменя-
ют исходные, и цикл повторяется. По окончании моделирования вычисляют-
ся вероятностно-временные характеристики функционирования системы ра-
диосвязи.
Расчет итоговых характеристик, в качестве которых, как указывалось
выше, выступают вероятность доставки и ФПВ времени доставки сообщений,
96
Системы и устройства коротковолновой связи
производится с учетом всех возможных повторных попыток при усреднении
по времени. Так, вероятность доставки:
А + Лповт _
‘д t'ycn 1 , ч
Л "Г г успЛПОВТ
(3.67)
Аппроксимируем время доставки сообщения показательным законом:
VKcO)=— г °* (3-68)
Расчет ФПВ времени доставки сообщений проведем как сумму частных
ФПВ при условии, что сообщение передается с 5-й попытки, 5 = 0, 1, 2, ... .
Частные ФПВ времени доставки определяются как
Wv(r)=iim^^. (3.69)
Д/—>0 Д;
Вероятность того, что время доставки попадет в интервал (г, г+Дг),
в предположении о том, что сообщение передано с первой попытки:
/+Д/ «
А^о0= f ^T^dx. (3.70)
При условии передачи сообщения с 5-й (5> 0) повторной попытки
д^0)=
(3-71)
где Л\1НТ - число интервалов Дг.
Суммируя все ДР, (О и переходя к интегралу, после преобразований
получаем [38]:
yi-l f '-- / С
П.ГГЗ1 ^VeT" .
(5-l)!(l-AnoBT7J ^=0 J
(3.72)
где tH =(1—ЛповтТп) t/Tn - нормированное время
Вероятность передачи сообщения с 5-й повторной попытки:
Р,=Р,.Л-Р^У- (3 73)
Тогда ФПВ времени доставки сообщений:
00
ад!-------------
(3-74)
Усредняя по распределению интервала между последовательными пер-
вичными попытками, окончательно получаем [14, 171]:
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
97
Тп
1-^п-^оеЛ
(3.75)
Можно показать, что полученная ФПВ времени доставки сообщений
является нормированной.
Для расчетов необходимо задаться определенной точностью 5зад. Ис-
следования (3.75) показали, что с ростом номера повторной попытки s мак-
симум соответствующей частной ФПВ уменьшается [171]. Применим форму-
лу геометрической прогрессии для вероятностей ps и найдем сумму L членов
Рпр = Рд
(3.76)
Отсюда можем найти Lmin, обеспечивающую заданную относительную
погрешность /?пр относительно рл [38]:
-Ind / > — 1. 1п(Л + Лповт) 1п(1 — русп) In ^повт Среднее время доставки сообщения [38]: (3.77)
Т _Т , (1~Русп) ^повт /Д2П-,_ / К ’ + ^ОВТ ) + Русл ^повт / (3.78)
где первое слагаемое характеризует среднее время передачи сообщения, а
второе - среднее время ожидания начала передачи.
Дисперсия времени доставки [9]:
2 т2 , (х \ 1 2Л + Лповт + рус1 П0В1
д = Л1 + V - Русл ) Аповт -----—----------------у •
+ Лповт J (Л + Русп^повт J
7 - 5869
98
Системы и устройства коротковолновой связи
На рис. 3.2 представлены ФПВ времени доставки сообщений (t) при
различных вариантах параметров, причем кривая 2 характеризует систему
с большими интенсивностью повторных попыток и средней длительностью
действия помех.
Различие между приведенными графиками можно пояснить следую-
щим образом. График I характерен для случая, когда большинство сообще-
ний передается с первичной попытки, и мода ФПВ находится в нуле. Г рафик
2 характерен для тех случаев, когда большая часть сообщений передается
с какой-либо повторной попытки, и мода ФПВ сдвигается вправо.
Полученная ФПВ времени доставки сообщений (3.75) после подста-
новки в (3.28) и (3.29) позволяет оценить эффективность систем связи по
критериям СМП. При этом аналитический расчет значений СМП, сильно за-
трудненный ввиду сложности входящих в него выражений, реализуется в ви-
де компьютерной модели.
Система КВ радиосвязи с ВРП. Рассмотренная аналитическая модель,
позволяющая рассчитать характеристики функционирования сети КВ радио-
связи, пригодна и для исследования эффективности системы связи с ВРП.
Расчет вероятностно-временных характеристик функционирования такой сис-
темы проводится по той же методике и алгоритму (рис. 3.1); в процессе анали-
за необходимо лишь учитывать, что канал передачи информации в этом случае
является составным, что повлияет на расчет вероятности связности сети, ха-
рактеристик установления соединения и вероятности искажения посылок.
Вероятность связности сети определяется с учетом вероятности не-
прохождения радиоволн на участке «зона обслуживания - ВРП». Она рассчи-
тывается аналогично, как и для системы «прямых связей», но в ней с учетом
сферичности ионосферы
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
99
coscp0 =
l + -^--cos-^^
R3M
.(. h„
2R3M
2 ^аб
4ЯЗН
(3.80)
Л2 ( h\
S-+4 1 + —— sin
R3M
где R3M = 6370 км - радиус Земли.
При этом вероятность связности сети рсв = 1 - р .
Поскольку в системе с ВРП сигнал проходит два пути, «абонент-
ретранслятор» и «ретранслятор-абонент», т.е. канал связи является состав
ным, и отражение происходит от близких областей ионосферы, то замирания
предполагаем «дружными», т.е. полностью коррелированными. Для таких
условий расчет по (3.58) ведется с учетом того, что
с = (т + i -1) Лоо аб + О + 7’) ^оо врп • гДе Л^аб и ВР11 - среднее по абсорбцион-
ным замираниям среднее ОСП на входе приемника абонента и ВРП соответ-
ственно. Остальные обозначения аналогичны.
Процедура установления соединения. Здесь необходимо отметить, что
интенсивность помех в зоне обслуживания и на ВРП различна. Поэтому ве-
роятность наличия свободных от помех и не занятых абонентами частот в
зоне обслуживания и на ВРП будет разной. Набор этих вероятностей опреде-
ляется совместным распредепением числа занятых каналов, вычисляемым
согласно вышеизложенной методике отдельно для абонентов и для ВРП. Ос-
тальной расчет производится по тем же формулам, что и для системы «пря-
мых связей».
3.7. Использование имитационного моделирования
для количественной оценки эффективности систем
КВ радиосвязи
Рассмотренные аналитические модели не всегда пригодны для оценки
свойств системы вследствие приближенности и ограниченности числа функ-
циональных связей параметров. В этом случае для анализа поведения систе-
мы удобнее имитационное моделирование даже на начальном (качественном)
этапе исследований.
На начальном этапе для оценивания текущего риска от использования
системы радиосвязи с ВРП была разработана и реализована на языке GPSS
модель системы связи с ВРП [26]. Применение этого языка позволяет доста-
точно просто описать схему возникновения и взаимодействия событий в сис-
теме. Программа на языке GPSS обладает высокой наглядностью, простотой
разработки и отладки, может вызывать программы на других языках (FOR-
TRAN, PL/1), что дает возможность осуществлять достаточно сложные вы-
числения и, в частности, моделирование КВ канала радиосвязи.
100
Системы и устройства коротковолновой связи
С^ход заявки'\
от i-того кj-гому
1 V
Начало j
2У 1.-------
Г Заявка Л
\ обслужена J
—23—---------
Табулировать
результаты об-
служивания
Рис. 3.3
г—13
| Вызвать ВРП
Ла
—18-
Занять оборудова-
ние ВРП и 2 луч-
шие частоты
И
j-тыи занят
к есть
2 свободные
частоты
r-J5------
да Встать о
очередь
Нет
г-17-------
Нет Встать в
очередь на
частоты
Передача прервана
помехой
---22—--------
Освободить нор-
респондентов
т
г я
Структурная схема моделирующего алгоритма приведена на рис. 3.3.
Этот алгоритм состоит из трех моделей: модели системы наклонного зонди-
рования ионосферы (блоки 3 и 4), которая одновременно используется для
слежения за системным временем и ограничения времени эксперимента за-
данным - на схеме 24 часами (блок б); модели, имитирующей действие помех
на частотах, закрепленных за системой связи с ВРП (блоки 8-11) и модели
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи 101
поступления и обслуживания заявок на связь (блоки 72-24), имитирующей
работу ВРП как систему массового обслуживания с ожиданием.
Средствами языка GPSS изменяется системное время, которое является
общим для всех моделей, входящих в алгоритм; в частности, задержки (блоки
10-11 и 79) отсчитываются по таймеру модели.
При моделировании условий распространения предполагалось, что на-
клонное зондирование ионосферы осуществляется не чаще 1 раза в час, что
соответствует периодичности работы реальных систем наклонного зондиро-
вания. Поскольку модель непосредственно оперировала с номерами частот,
а не с их абсолютными значениями, то в процессе моделирования наклонного
зондирования определялись номера частот, соответствующие наинизшей
(ННЧ) и максимальной (МНЧ) наблюдаемым частотам. В диапазоне от ННЧ до
МНЧ уровень ук сигнала в k-м частотном канале рассчитывался с использова-
нием FORTRAN-программы, реализующей алгоритм, приведенный в [51].
Блоки 8-11 реализуют расчет уровней и длительностей действия помех
на выделенных частотах, попавших в диапазон частот между ННЧ и МНЧ.
Распределение уровня помех на входе приемника в дБ принималось нормаль-
ным с постоянным среднеквадратическим отклонением о = 10 дБ и медианой
Хк, значение которой в зависимости от времени суток и рабочей частоты оп-
ределялось по результатам экспериментальных исследований, приведенным в
[72]. Длительности помех тп* полагались распределенными по экспоненци-
альному закону со средним значением 30 мин [72].
В блоке 9 сравнивались рассчитанное h2k и пороговое А2ор значения
ОСП в каждом к-м частотном канале. При А? < А2 к-й частотный канал бло-
кируется помехой. Если на к-й частоте происходил информационный обмен,
то в модели обслуживания заявки данная частота освобождалась и произво-
дился поиск значения новой частоты (блок 20). Связь блокирования частоты
и перерыва в обслуживании заявки условно показана на рис. 3.3 штриховой
линией между блоками 77 и 79. При А2 > А2ор канал не блокируется, но в лю-
бом случае пересчет уровня помехи задерживается на тп*.
Суммарный поток заявок на связь между парами корреспондентов i и j
имеет интенсивность X, при этом выбор / и j полагается равновероятным от 1
до N, где N - число корреспондентов сети связи. При поступлении от /-го
корреспондента заявки на связь с j-м корреспондентом устанавливается связь
с ВРП по одному из L служебных каналов. В данном случае реализуется ал-
горитм случайного доступа, но его можно заменить любым другим способом
организации доступа. На ВРП последовательно оцениваются занятое п /-го
корреспондента и наличие двух свободных частот с А*2 > А20р, поскольку ими-
тировалась телеграфная связь между корреспондентами через ВРП (блоки 14
и 75). Если j-й корреспондент занят или отсутствуют две свободные частоты,
заявка на обслуживание ставится в очередь (блоки 15 и 17).
102
Системы и устройства коротковолновой связи
Другим фактором, ограничивающим безотказное установление связи,
является конечное число М комплектов приемо-передающей аппаратуры на
ВРП. Если на ВРП имеется свободный комплект аппаратуры, то заявка зани-
мает его на время обмена информацией (время связи тсв) (блок 19), при этом
используются две частоты при наилучшем ОСП. Если в течение времени тсв
сигнал одной из частот блокируется помехой, то ищется и занимается сво-
бодная частота (блок 20), после чего заявка обслуживается до окончания дли-
тельности связи тсв (повторное вхождение в блок 19).
В блоках 21 и 22 производится освобождение оборудования ВРП, час-
тот и самих i-го и J-ro корреспондентов, что позволяет начать обслуживать
заявки, стоящие в очередях (блоки 15 и 17)
Разработанная модель системы радиосвязи с ВРП учитывает, что заня-
тие канала (блоки 13, 18 и 20), а также перестройка аппаратуры (блоки 78
и 20) требуют затрат времени. Разница между длительностью сообщения
и временем его обслуживания табулируется в блоке 23, а накопленная за 1 ч
системного времени статистика выводится на печать в блоке 5. В блоке 24
заявка выводится из модели обслуживания заявок.
По рассмотренному алгоритму была промоделирована зоновая система
КВ радиосвязи с ВРП, вынесенным по широте на расстояние 2500 км в летнее
время года средней солнечной активности. В системе связи работало 400
корреспондентов, щительность передачи информации между двумя коррес-
пондентами полагалась случайной, распределенной по экспоненциальному
закону со средним значением 3 мин, что соответствует результатам статисти-
ческих измерений, описанных в [138]. В диапазоне 3...23 МГц использова-
лись 100 рабочих частот. Время перестройки с частоты на частоту полагалось
равномерно распределенным в интервале 8... 15 с. Служебный канал полагал-
ся абсолютно надежным (L = 3); скорость передачи служебной информации
позволяла установить связь между ВРП и вызвавшим его корреспондентом
в течение 5 с. Оборудование ретранслятора (М = 30) практически не огра-
ничивало пропускную способность системы.
Поскольку система радиосвязи с ВРП - это система массового обслу-
живания, то заслуживает внимания оценка значений вероятности РОу {Z — 1}
своевременной передачи сообщения объемом 0 от z-го корреспондента к j-му
в k-м канале. С учетом Рву, а также определений § 3.3 текущий риск при не-
своевременной доставке сообщения Rk - Ry = Рвк {z = 6\ЦкСк , где
Рвк {z = 0} = l-Pei {Z = l}; РОк =/(ТД0П); Цк- функция ценности сообщения;
Гдоп - допустимая длительность нахождения сообщения в системе, 6ц - коли-
чественное выражение материальных потерь.
Усредняя Rk по всем К каналам связи и полагая значения Цк и Gk посто-
янными и равными соответственно Ц и G, получаем среднее значение теку-
щего риска для системы связи с ВРП
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи
103
1 к j к
^ср = V S Р<* <z = °} = UGPe {z = °} • <3-81)
к k=i к t=i
Поскольку значения Ц и G во всех каналах постоянны, то интересно
оценить значения вероятности Pe{Z = 0}.
Рассмотренная модель позволила получить зависимости Pe{Z = 0} от
^гюр- Результаты моделирования приведены в табл. 3.1. Оценки Pe{Z= 0} по-
лучены по результатам моделирования системы радиосвязи с ВРП в течение
нескольких суток системного времени.
Таблица 3.1
Гдоп, мин 2 4 6 8 10
|{Z = 0} (й2ор = 20дБ) 0,44 0,24 0,09 0,03 0,01
Ре{2 = 0}(Лп2ор = 30дБ) 0,51 0,28 0,17 0,09 0,03
Из табл. 3.1 видно, что снижение с 30 до 20 дБ, т.е. снижение тре-
буемой достоверности передаваемой информации, приводит к уменьшению
времени обслуживания заявок. Отметим, что при 7^ = 10 мин обслуживают-
ся практически все заявки (Pe{Z = 0} -0,01...0,03).
Данная модель дает возможность оценить качество передачи информа-
ции по коротковолновому каналу и эффективность работы сети при простей-
шем алгоритме ее работы. В то же время с ее помощью невозможно проана-
лизировать многие адаптационные механизмы, присущие современным сис-
темам КВ радиосвязи: преимущества пакетного принципа передачи инфор-
мации, использование различных способов многостанционного доступа, ал-
горитмов работы ретранслятора, частотной адаптации и т.д. Подробно вопро-
сы моделирования систем КВ радиосвязи рассмотрены в следующей главе.
Оценку эффективности, сравнение систем связи и выбор оптимальной
структуры сети следует проводить по количественно определённому и
единственному критерию, который наряду с традиционными требованиями
(полнота, гибкость, универсальность, конструктивность при анализе и син-
тезе систем, ясный физический смысл) должен учитывать процессы, проис-
ходящие в надсистеме-пользователе, эксплуатирующей систему связи в соб-
ственных интересах. Большая часть существующих критериев (техниче-
ских, экономических, информационных, технико-экономических и др.) не
удовлетворяют многим из этих требований, поэтому при разработке мето-
дик оценки эффективности систем связи следует отдавать предпочтение
104 Системы и устройства коротковолновой связи
критериям, базирующимся на принципах системного подхода и принимаю-
щих во внимание интересы и предпочтения надсистемы-пользователя.
Рассмотренные критерии риска, средних и общих материальных по-
терь пользователя позволяют получить максимально полную оценку эффек-
тивности с учетом свойств передаваемой по системе связи информации.
Разработанная для их использования методика основана на применении
традиционных вероятностно-временных характеристик функционирования
системы (ФПВ времени доставки и др.) и принимает во внимание динамику
изменения ценности циркулирующей в системе связи информации. Для рас-
чета вероятностно-временных характеристик системы используются ме-
тоды моделирования: аналитического, имитационного и комбинированного.
Предложенная аналитическая модель системы КВ радиосвязи, с помощью
которой рассчитываются эти характеристики, может быть положена
в основу методики анализа таких систем по критериям средних и общих
материальных потерь пользователя.
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ КВ РАДИОСВЯЗИ
4.1. Методы моделирования систем связи
Задачи моделирования. Сеть КВ связи представляет собой настолько
многообразное, трудно поддающееся учету и формализации сочетание эле-
ментов и сопутствующих их функционированию обстоятельств, что ее проек-
тирование неизбежно заканчивается на этапе, когда остается еще много не-
выясненных вопросов как построения, так и эксплуатации. В этом, а также в
нестационарности процесса распространения радиоволн в ионосфере причи-
на того, что современные системы КВ связи проектируют адаптивными.
Любая адаптивная система способна самооптимизироваться в условиях
неопределенности лишь в известных пределах, причем установить эти преде-
лы априори зачастую не удается. В такой ситуации единственным способом
определения работоспособности проектируемой системы является моделиро-
вание. При моделировании абсолютное подобие не имеет места и следует
стремиться к тому, чтобы модель достаточно хорошо отображала исследуе-
мую сторону функционирования системы.
Можно с уверенностью сказать, что в настоящее время моделирование
стало неотъемлемой частью всего жизненного цикла как систем, так и
средств связи. Объясняется это несколькими факторами: удобством примене-
ния моделей, высокой скоростью получения результатов и их низкой себе-
стоимостью, сближением технической базы средств связи и средств вычисли-
тельной техники и пр. Все это позволяет использовать модели в качестве
имитаторов при проектировании систем КВ (или любой другой) связи и в
процессе анализа их функционирования в различных условиях. Зачастую
реализовать эти возможности целесообразно в рамках единого управляющего
вычислительного комплекса, являющегося частью системы связи.
Моделирование позволяет сделать вывод о принципиальной работо-
способности объекта и пригодности его для решения поставленной задачи,
оценить его предельно возможные характеристики, установить их зависи-
мость от различных параметров и оптимизировать последние. Иными слова-
ми, моделирование преследует, главным образом, решение следующих ос-
новных задач:
• синтез структуры некоторой системы и выбор оптимальных для нее
параметров применительно к конкретным условиям;
• определение количественных характеристик оптимальной системы, по-
зволяющих оценить ее качество на базе некоторого критерия эффективности;
• количественное сравнение реальных систем между собой, а также
с теоретически оптимальной;
106
Системы и устройства коротковолновой связи
• прогнозирование поведения реальной системы в процессе ее эксплуа-
тации.
Очевидно, что решение этих задач актуально как на этапе проектирова-
ния, так и в процессе эксплуатации системы.
Требования к моделям систем связи. Современные методы модели-
рования ориентированы на использование компьютерных технологий, поэто-
му их реализация связана с выполнением ряда специфических требований.
Сформулируем основные требования, предъявляемые к моделям систем связи
вообще и систем КВ радиосвязи в частности [158]:
1) полнота модели, означающая возможность получения необходимого
набора системных характеристик с требуемой точностью и достоверностью;
2) гибкость модели, т.е. возможность воспроизведения различных си-
туаций при варьировании структуры, алгоритмов работы и параметров сис-
темы;
3) модульный принцип построения, предполагающий модификацию
моделирующего алгоритма без переделки всей программы;
4) минимальная длительность разработки и программной реализации
моделирующего комплекса, включая его отладку;
5) высокая производительность моделирующего комплекса, соответст-
вующая требуемой степени детализации объекта моде пирования и аппарат-
ным возможностям используемых ЭВМ;
6) организация эффективного диалога ЭВМ-пользователь, обеспечиваю-
щего интерактивное взаимодействие с программой и удобство работы с ней
Разработанная в соответствии с этими требованиями модель должна
допускать возможность проведения экспериментов для различных этапов
жизненного цикла системы:
• до проектирования системы с целью определения чувствительности
различных характеристик к изменению отдельных параметров или их сово-
купности;
• на этапе проектирования системы для анализа и синтеза различных
вариантов ее построения и выбора оптимального по заданному критерию эф-
фективности варианта;
• в процессе эксплуатации системы для определения адаптационных
механизмов, снижающих последствия вредных воздействий внешней среды
и различного рода дестабилизирующих факторов.
Этапы моделирования систем связи. Основными этапами моделиро-
вания любой сложной системы, в том числе и системы связи, являются [132]:
построение концептуальной модели системы и ее формализация; алгоритми-
зация модели и ее машинная реализация; получение и интерпретация резуль-
татов моделирования.
На первом этапе проводится анализ моделируемого объекта и выделе-
ние его основных компонент. Наиболее рационально строить модель по
блочному принципу, обеспечивающему независимую по возможности про-
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
107
граммную реализацию и отладку каждого блока. При этом обычно выделяют
три автономные группы блоков. Блоки первой группы представляют собой
имитатор воздействий внешней среды на систему (в первом приближении -
помех); блоки второй группы являются собственно моделью системы, блоки
третьей группы - вспомогательные и служат для фиксации результатов и об-
работки накопленной статистики. На этом же этапе определяются необходи-
мые аппроксимации, вырабатываются параметры и переменные модели,
формулируется критерий эффективности, в результате чего появляется
обобщенная концептуальная схема модели.
Основным содержанием второго этапа является построение модели-
рующего алгоритма на основе полученной концептуальной модели и его ма-
шинная реализация. Здесь же необходимо провести тщательную проверку как
самого алгоритма работы программы, так и его машинной реализации на
предмет адекватности модели реальной системе связи.
Третий этап сводится к проведению по заранее разработанному плану
рабочих расчетов на ЭВМ и интерпретации результатов моделирования. На
основании полученных результатов выдаются конкретные рекомендации по
модернизации и оптимизации работы системы.
Методы моделирования систем связи. Из всех методов, которые мо-
гут быть использованы для моделирования систем связи, в подавляющем
большинстве случаев применяются методы натурного, физического либо ма-
тематического моделирования.
Натурное моделирование предполагает проведение исследования на
реальном объекте либо на его части с последующей обработкой результатов
эксперимента на основе теории правдоподобия. Такие испытания могут про-
водиться как на объектах, работающих в нормальных условиях, так и при ор-
ганизации специальных режимов для оценки интересующих характеристик
(при других значениях переменных и параметров, в другом масштабе време-
ни и т.д.).
Физическое моделирование отличается от натурного использованием
специализированных установок, обладающих физическим подобием. При
проведении экспериментов с такими моделями требуемые параметры систе-
мы получают при заданных или создаваемых искусственно воздействиях
внешней среды. Следует отметить высокую степень достоверности результа-
тов, получаемых в ходе как натурного (проводимого в форме производствен-
ных экспериментов, либо комплексных испытаний), так и физического моде-
лирования.
Под математическим моделированием понимают процесс установления
соответствия данному реальному объекту (в данном случае системе связи)
некоторого математического ооъекта (модели). Математическое моделирова-
ние часто является единственным приемлемым методом исследования функ-
ционирования систем связи, позволяющим получить максимально точное
и полное описание объекта. Его, в свою очередь, можно разделить на три ти-
па: аналитическое, имитационное и комбинированное.
108
Системы и устройства коротковолновой связи
Аналитическое моделирование подразумевает запись некоторых функ-
циональных соотношений (интегро-дифференциальных, конечно-разностных,
векторных), связывающих начальные данные с выходными характеристиками
системы. Построенную таким образом модель исследуют тремя способами:
аналитически, пытаясь получить явные зависимости для искомых величин;
численными методами, в том случае, если не удается решить задачу в общем
виде, и решение получают для конкретных начальных условий; качественно,
путем нахождения некоторых свойств решения. Знание явных зависимостей
исследуемых характеристик позволяет извлечь максимум информации о по-
ведении объекта, однако для систем связи это возможно далеко не всегда,
а если и возможно, то при этом приходится идти на некоторые упрощения,
чтобы получить хотя бы общее представление о характере протекающих про-
цессов. Численный метод свободен от этого недостатка и позволяет исследо-
вать более широкий класс систем, однако полученные с его помощью резуль-
таты носят частный характер.
Возможно осуществить аналитическое моделирование многих подсис-
тем системы КВ радиосвязи с вынесенным ретрансляционным пунктом
(ВРП) и элементарных процессов взаимодействия между ними. Однако мате-
матическая модель целой системы становится настолько громоздкой, что ре-
зультаты ее исследования перестают быть достоверными и моделирование
становится целесообразным для ограниченного числа свойств системы
в ущерб общности.
Для более широкого представления о возможностях системы следует
использовать имитационное моделирование. При имитационном моделиро-
вании реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функциониро-
вания системы во времени, причем имитируются элементарные явления, со-
ставляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последова-
тельности протекания во времени. К достоинствам имитационного моделиро-
вания следует отнести: возможность описания объекта и его компонент с вы-
сокой степенью детализации, отсутствие ограничений на характер зависимо-
стей между параметрами имитационной модели и воздействиями внешней
среды, возможность исследования динамики взаимодействия компонент во
времени и пространстве параметров системы. Иными словами, основное пре-
имущество имитационного моделирования - возможность решения задач,
более сложных, чем те, которые могут быть решены с применением аналити-
ческого метода. Из недостатков имитационного моделирования можно выде-
лить значительные временные затраты на создание и отладку модели, отсут-
ствие возможности получения аналитических зависимостей между входными
и выходными характеристиками. Тем не менее, имитационное моделирова-
ние - один из наиболее эффективных методов исследования систем связи,
позволяющий получить информацию об их поведении как на этапе проекти-
рования, так и во время эксплуатации.
Наиболее эффективным с точки зрения адекватности, точности пред-
ставления результатов, скорости проведения модельных экспериментов явля-
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
109
ется комбинированный или так называемый аналитико-имитационный метод,
сочетающий в себе достоинства аналитического и имитационно! о подходов.
С одной стороны, он позволяет охватить качественно новые классы систем,
которые не могут быть исследованы с применением только аналитического
или только имитационного подхода, с другой - дает исследователю возмож-
ность получить за меньшее время более точные характеристики объектов,
модели которых построены на базе какого-то одного метода.
Анализируя вышеперечисленные подходы с точки зрения их пригодно-
сти для моделирования систем КВ радиосвязи, отметим следующее. Натур-
ный и физический подходы отличаются наибольшей верностью получаемых
результатов, и особенно это касается натурного моделирования, так как экс-
перимент проводится непосредственно на исследуемом объекте. Однако эти
методы требуют значительных финансовых и временных затрат либо на под-
готовку и проведение экспериментов, либо на создание специализированных
установок (макетов), либо на то и другое. Кроме того, получение высокоточ-
ных результатов при проведении физических экспериментов, особенно в ре-
альном масштабе времени, связано с повышенной сложностью устройства
используемых установок. Применение этих методов для исследования систем
КВ радиосвязи (особенно предназначенных для передачи информации в экс-
тремальных условиях) сильно затруднено ввиду сложности процессов, проте-
кающих в системе. В условиях же чрезвычайных ситуаций (ЧС) проведение
натурных экспериментов вообще весьма проблематично. Наконец, использо-
вание методов натурного моделирования применительно к реально функцио-
нирующим сетям связи может в зависимости от характера проводимых испы-
таний нарушить либо вообще блокировать работу системы.
Создание хорошей математической модели связано, как правило, с го-
раздо меньшими временными и финансовыми затратами, чем натурные или
физические испытания. К тому же она позволяет провести в ускоренном
масштабе времени всестороннее исследование объекта и получить полное его
описание в целом и составляющих его компонент. Для выявления качествен-
ных зависимостей, позволяющих определить степень влияния внешних воз-
действий на системные характеристики, целесообразно применять аналити-
ческое моделирование, а для получения точных количественных оценок при-
менительно к различным условиям - имитационное или комбинированное.
Комбинированный (аналитико-имитационный) подход может оказаться весь-
ма полезным при исследовании систем связи, функционирующих в условиях
ЧС, когда неизвестен характер вероятностных и временных зависимостей для
большинства процессов, оказывающих влияние на качество работы систем
связи. Кроме того, его использование весьма целесообразно с точки зрения
экономии машинных ресурсов, времени на разработку, отладку модели
и проведение имитационных экспериментов.
110
Системы и устройства коротковолновой связи
4.2. Аналитико-имитационное моделирование
зоновой системы КВ радиосвязи
Общие принципы построения модели зоновой системы КВ радио-
связи. Идея построения аналитико-имитационной модели (АИМ), на первый
взгляд, выглядит достаточно простой: система разбивается на составляющие,
и те из них, которые допускают аналитическое описание, представляются
аналитическими моделями; если же для какого-либо компонента исходной
системы не удается получить математическое выражение, адекватно отра-
жающее процесс его функционирования, либо при этом приходится вводить
множество упрощений, снижающих точность расчета, применяется имита-
ция. Такой метод сочетает в себе достоинства, присущие аналитическом}
и имитационному моделированию. В частности, он позволяет значительно
сократить время, затрачиваемое на разработку, отладку и проведение имита-
ционных экспериментов при той же сложности моделирующего алгоритма.
Однако провести разбиение подобным образом возможно далеко не всегда,
кроме того, встает вопрос о взаимодействии частей алгоритма, реализован-
ных разными способами. Применительно к системам КВ радиосвязи выделим
два базовых положения, дающих основания для применения комбинирован-
ного метода [115]:
• большинство систем КВ радиосвязи являются системами массового
обслуживания (СМО), а следовательно, процесс их функционирования может
быть описан в терминах теории массового обслуживания;
• передача информации осуществляется по радиоканалам различного
типа, для описания которых с заданной точностью необходима разработка
адекватных моделей.
Имеется множество научно-методических разработок, позволяющих
создать модель как радиоканала [6, 25, 41, 72, 102, 148], так и системы связи
[86, 90, 109, 127, 132, 154, 156] любого уровня сложности, причем принцип
моделирования может быть выбран произвольно, в зависимости от нужд и
возможностей исследователя.
Известные на сегодняшний день вероятностные модели КВ радиокана-
ла: гауссовская, рэлеевская, Накагами, двух-, четырех-, шестипараметриче-
ская, основанные на использовании теории потенциальной помехоустойчиво-
сти, и др. - хорошо аппроксимируют его реальное состояние. Помеховая об-
становка также успешно может быть представлена аналитической моделью
[72]. Это наводит на мысль об использовании аналитического метода для по-
строения физической модели КВ канала. С одной стороны, такой подход
обеспечивает достаточно высокую точность представления объекта, с другой
- позволяет значительно сократить время на разработку модели и проведение
машинных экспериментов по сравнению с имитацией. Моделирование сети,
как показывает анализ имеющегося теоретического материала [85, 132, 156,
158], целесообразнее всего реализовать с помощью имитационного модели-
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
111
рования на основе теории массового обслуживания, учитывая сложность про-
текающих в системе процессов и внешних дестабилизирующих воздействий
(особенно в условиях ЧС), а также необходимость получения точных количе-
ственных оценок. Объединив составляющие в единое целое, получим высо-
коэффективный инструмент для исследования систем связи ДКМ диапазона.
Таким образом, есть серьезные основания сделать вывод о возможности
декомпозиции моделируемой системы на составляющие ее подпроцессы и по-
следующего построения смешанного аналитико-имитационного алгоритма мо-
дели зоновой системы коротковолновой (декаметровой) радиосвязи (ЗСДР) для
изучения ее поведения в различных условиях функционирования [112].
Существующие в настоящее время модели систем КВ радиосвязи не
позволяют достаточно полно исследовать их поведение. Преобладающими
являются модели, решающие специфические задачи на канальном уровне.
Они, как правило, могут хорошо отражать процессы, происходящие в ионо-
сфере при распространении радиоволн, каким-либо образом аппроксимиро-
вать изменения уровней помех, с их помощью можно определять качество
передачи информации для различных условий, оптимальный диапазон рабо-
чих частот и т.д., однако очень немногие из них учитывают системные аспек-
ты функционирования систем КВ радиосвязи. Среди известных на сегодняш-
ний день выделим модель автоматизированной сети, построенную с систем-
ных позиций на основе структурно-декомпозиционного подхода [127] и реа-
лизованную с помощью аналитико-имитационного моделирования. Однако
она в большей степени ориентирована на условия сложной радиоэлектронной
обстановки и радиопротиводействия, характерные для военных систем, и не
позволяет достаточно полно исследовать многие адаптационные механизмы,
повышающие качество работы сети: алгоритмы частотной адаптации, функ-
ционирования ретрансляторов (радиоцентров), перспективные возможности
пакетного принципа передачи информации и т.д. Также в модели отсутствует
возможность проведения комплексной оценки эффективности, принимающей
во внимание не только процессы приема-передачи, но и другие системные ас-
пекты, в частности, интересы пользователей данных систем (затраты на проек-
тирование, разработку, различия в ценности передаваемой информации).
Ниже с учетом проанализированных принципов, требований и положе-
ний, касающихся моделирования систем КВ радиосвязи, рассмотрен процесс
создания модели ЗСДР.
Структура модели ЗСДР. Анализируя задачу моделирования, необхо-
димо четко определить цель создания модели и построить в общем виде ее
структуру. Это способствует преодолению возникающих трудностей при вы-
боре критерия эффективности, определении набора входных и особенно вы-
ходных параметров, а также при проведении второго и третьего этапов моде-
лирования. Основную цель моделирования сформулируем следующим обра-
зом: получение вероятностно-временных и ценностно-временных характери-
стик ЗСДР. их последующий сравнительный анализ и выбор оптимальной в
данных условиях структуры в соответствии с заданным критерием.
112
Системы и устройства коротковолновой связи
Структуру АИМ ЗСДР можно в общем виде представить в виде трех
гипотетических функционально связанных блоков (рис. 4.1): блока модели-
рования ЗСДР как СМО; блока-описания канала передачи информации и ин-
терфейсного блока [117]. Композиция этих трех блоков представляет собой
модель ЗСДР, которая после алгоритмизации и машинной реализации может
быть использована для анализа характеристик функционирования системы и
исследования вариантов ее построения.
Рис. 4.1
Первый блок - основной, его реализация представляет собой модель
СМО с ограниченным ожиданием, потерями, приоритетами и включает в се-
бя как составные части блоки-описания процедур установления соединения
и обмена информацией в соответствии с заданными исходными данными
и установленной дисциплиной обслуживания заявок. Второй блок является
моделью канала связи в составе СМО и учитывает характеристики радиообо-
рудования, влияние среды распространения радиоволн на уровень сигнала
в точке приема и помеховую обстановку. В этом блоке определяются парамет-
ры принимаемого сигнала в зависимости от используемой аппаратуры, свойств
канала по замираниям, вида и интенсивности помех и пр. Наконец, третий
блок, вспомогательный, обеспечивает ввод исходных данных, инициализацию
начальных параметров, обработку и вывод накопленной статистической ин-
формации в удобной для пользователя форме. С помощью интерфейсного бло-
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
113
ка пользователь должен иметь возможность изменять не только исходные дан-
ные модели, но и в некоторой степени используемые ею компоненты, воздей-
ствуя таким образом на структуру АИМ и осуществляя ее интерактивную на-
стройку в соответствии с заданными условиями моделирования.
Обобщенная концептуальная модель ЗСДР. На первом этапе моде-
лирования системы формулируется модель и строится ее формальная схема
на базе одной из типовых математических схем. Особое внимание здесь сле-
дует уделить адекватности представления в модели описываемой системы,
поскольку структура созданной концептуальной модели будет в дальнейшем
определять и ее машинную реализацию, и характер получаемых результатов.
В большинстве случаев исследование процесса функционирования сис-
темы связи производится на базе Q-схем общего вида [132], представляющих
собой формализованное описание систем массового обслуживания. Q-схема,
описывающая процесс функционирования СМО любой сложности, одно-
значно задается в виде совокупности подмножеств, среди которых выделяют:
подмножество входящих потоков, подмножество потоков обслуживания,
подмножество собственных параметров системы (информация о занятости
каналов, количестве заявок в накопителях и пр.), пространство состояний
объекта моделирования, алгоритм обслуживания заявок, а также операторы
сопряжения элементов структуры, отражающие их взаимосвязь и взаимодей-
ствие между собой. Формализуя реальную систему с помощью Q-схемы,
в качестве элементов ее структуры рассматривают элементы трех типов:
И - источники, Н - накопители, К - каналы обслуживания заявок.
Структура обобщенной концептуальной модели ЗСДР [120], основанной
на использовании Q-схем общего вида, представлена на рис. 4.2. Частными слу-
чаями этой системы являются сеть «прямых связей» и сеть связи с ВРП, модели
которых изображены на рис. 4.3 и рис. 4.4 соответственно. На рис. 4.2-4.4: п -
число абонентов, ш - число ретрансляторов, Кп - прямые каналы между абонен-
тами, Кар - каналы типа «абонент-ретранслятор», Кра - каналы типа «ретрансля-
тор-абонент»; s - число прямых каналов между абонентами, b - число каналов
типа «абонент-ретранслятор», d - число каналов типа «ретранслятор-абонент».
Жирными прямыми линиями на рис. 4.2-4.4 обозначены движения зая-
вок в прямом направлении, тонкими - в обратном. В моделях присутствуют
также управляющие связи (изображенные пунктирными линиями), в качестве
которых выступают блокировки обслуживающих каналов. В данном случае
применена блокировка каналов по входу, причем вне зависимости от того,
отключен канал или нет, заявки продолжают поступать на его вход, в резуль-
тате чего может произойти их потеря. Такая схема взаимодействия канала и
источника (накопителя) хорошо отражает физическую сущность работы ре-
альной системы радиосвязи, для которой характерны отказы каналов в произ-
вольные моменты, в том числе и в моменты передачи по ним сообщений.
Чтобы не перегружать рисунок, все однотипные каналы одного ретранслято-
ра показаны на обобщенной схеме одним кружком, в то время как в действи-
тельности их количество может быть значительно большим.
8 - 5869
114
Системы и устройства коротковолновой связи
Рис. 4.3
В моделях показаны также внешние воздействия (помехи), действую-
щие на обслуживающие каналы. Математическое описание помех зависит от
типа используемого канала связи. Структура системы (т.е. информация
о числе и емкости накопителей, количестве и характеристиках каналов, ис-
точников и пр.) задается пользователем. Схема взаимодействия источников,
каналов и накопителей, порядок выбора заявок определяются используемой
дисциплиной обслуживания (порядком доступа в канал, протоколом обслу-
живания заявок) и будут подробно рассмотрены ниже, в процессе разработки
моделирующего алгоритма.
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
115
Помехи
Помехи
Рис. 4.4
Рассмотренная обобщенная концептуальная модель позволит после ал-
горитмизации и машинной реализации с различной степенью детализации
описывать процесс функционирования ЗСДР и получать вероятностно-
временные и ценностно-временные характеристики ее работы.
4.3. Разработка параметров модели системы
КВ радиосвязи
При подготовке к построению модели ЗСДР необходимо определить ее
входные и выходные параметры (характеристики). Входные параметры
должны четко отражать основные факторы, влияющие на функционирование
системы, выходные - отвечать предварительно сформулированной цели мо-
делирования и соответствовать выбранному критерию эффективности.
Входные параметры модели. При разработке набора входных пара-
метров АИМ необходимо принимать во внимание два важных обстоятельст-
ва. С одной стороны, для выполнения требований полноты и адекватности
модели надо учитывать как можно больше параметров моделируемой систе-
мы. С другой, введение возможно большего числа характеристик может при-
вести к ситуации, когда влияние основных параметров будет нивелироваться
влиянием второстепенных. Это, в свою очередь, может стать причиной ирра-
ционального поведения АИМ, т.е. для реальных исходных данных модель
будет давать неверные или даже абсурдные результаты. Поэтому при опреде-
лении набора входных параметров необходимо найти правильный баланс
между точностью, адекватностью и полнотой модели.
Анализ факторов, оказывающих влияние на работу ЗСДР, приводит
к тому, что все входные параметры АИМ можно условно разделить на пять
категорий: конфигурационные параметры сети; аппаратные данные абонен-
8*
116
Системы и устройства коротковолновой связи
тов и ретрансляторов; информационные характеристики корреспондентов;
данные, характеризующие сигнально-помеховую обстановку; сервисные ис-
ходные данные.
К первой категории относятся параметры, определяющие конфигура-
цию моделируемой сети: данные о количестве узлов, их расположении друг
относительно друга. Во вторую группу собраны параметры, характеризую-
щие аппаратные возможности корреспондентов и ретрансляторов (характери-
стики приемопередатчиков, антенн, коммутационного и управляющего обо-
рудования). К информационным характеристикам абонентов относятся пара-
метры, определяющие характер и интенсивность информационной нагрузки в
сети, а также способы ее обработки и распределения. В четвертую группу
включены в основном данные о параметрах естественных и искусственных
воздействий внешней среды, определяющих соотношение уровней сигнала и
помехи в точке приема. Наконец, пятую группу составляют вспомогательные
параметры, облегчающие работу с моделью и обеспечивающие эффективный
диалог ЭВМ-пользователь.
Представленный набор исходных данных (группы с первой по четвер-
тую) включает ключевые параметры, обусловливающие качество работы
ЗСДР, и отражает основные стороны ее функционирования: общие принципы
построения, характер и состав моделируемой системы, технические возмож-
ности используемой аппаратуры, информационную обстановку в сети, вред-
ные воздействия дестабилизирующих процессов среды распространения ра-
диоволн на качество передачи сообщений. Таким образом, при исследовании
поведения системы можно быть уверенным, что модель, учитывая влияние
определяющих параметров ЗСДР, является с этой точки зрения адекватной
исходному объекту и будет давать результаты, близкие тем, которые могли
бы быть получены в ходе натурных испытаний.
Выходные параметры модели. Выходные параметры ЗСДР должны
предоставлять пользователю максимум информации о поведении моделируе-
мого объекта и в то же время учитывать по возможности используемые вы-
числительные ресурсы, незначительно влияя на быстродействие работы про-
граммы. Все выходные характеристики можно условно разделить на три ка-
тегории: параметр-критерий, основные, вспомогательные.
Параметр-критерий служит для оценки эффективности ЗСДР и исполь-
зуется при проведении последующего сравнительного анализа различных
структур систем и адаптационных механизмов. К основным параметрам от-
несем те характеристики, которые могут быть необходимы для вычисления
параметра-критерия и любых других системных характеристик, являющихся
определяющими при оценке эффективности системы. Вспомогательные па-
раметры служат для получения оперативной информации о текущем состоя-
нии ЗСДР и предварительной оценки качества ее функционирования, а также
для контроля за проведением машинного эксперимента.
Критерий эффективности. Построение целевой функции (критерия),
отвечающей таким требованиям, как полнота, гибкость и универсальность,
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
117
конструктивность, ясный физический смысл, простота вычисления и исполь-
зования, - в общем случае достаточно сложная задача, подробно рассмотрен-
ная ранее (см. гл. 3). Было показано, что для оценки эффективности целесо-
образно пользоваться критериями, базирующимися на принципах системного
подхода, в качестве которых может использоваться критерий средних мате-
риальных потерь пользователя (СМП). Здесь остановимся на прикладных ас-
пектах его использования в имтационных моделях.
При обработке данных, полученных в ходе аналитико-имитационного
эксперимента, для определения СМП целесообразно разделить потери, воз-
никающие вследствие задержки и утраты сообщений. Кроме того, имитация
дает возможность воспользоваться соотношением, позволяющим учесть раз-
личия между функциями старения, максимальными значениями потерь и на-
чальными ценностями сообщений разных абонентов [112]:
- £С,('„)+ Yc~., <41>
1=1 /=1
где G, (гд>) = /?0|. - /3, (гд,) - значение потерь для i-ro сообщения, полученного
в момент гд,-, ро, - начальная ценность i-ro сообщения, Р,(гд,) - ценность i-ro
сообщения в момент гД1-; Gmaxy- - потери из-за утраты j-ro сообщения; пОбР -
общее число обработанных заявок; побсл - число обслуженных (переданных)
сообщений.
Выражение (4.1) справедливо при > 1 и ио6р -по6сл >1. В случае от-
сутствия утраченных заявок (Побр-'*обсл=0) второе слагаемое исчезает и
Gcp = "S Gt 'в слУчае отсутствия обслуженных (n^=0) - Gcp = Gmax ? -
i=i y=i
Следует отметить несколько особенностей, касающихся формы пред-
ставления результата. Поскольку определение начальной ценности переда-
ваемых сообщений Xq, а следовательно, и максимально допустимых потерь
Gmax может быть сопряжено со значительными трудностями (особенно для
условий ЧС, когда проведение этой процедуры связано с оценкой стоимости
человеческих жизней), то целесообразно средние потери оценивать в относи-
тельных единицах [113]:
(4.2)
1-1 Ро; у—1 Роу
где ро,-, |3q, - начальная ценность i-ro или j-ro сообщения.
Таким образом, СМП. а значит и выигрыш, становятся инвариантными
по отношению к начальной ценности передаваемых сообщений, что позволя-
ет избежать трудностей при ее оценке. Однако для анализа эффективности
такой вид целевой функции все еще малоудобен из-за зависимости от количе-
ства обработанных сообщений. Действительно, сравнение вариантов систем
при фиксированном времени анализа (модельном времени эксплуатации) и
118
Системы и устройства коротковолновой связи
различной нагрузке может привести к возникновению ситуации, когда при
большей интенсивности поступления заявок СМП будут увеличены по сравне-
нию со случаем меньшей нагрузки из-за большего числа поступивших в систе-
му сообщений, в то время как обслуживание заявок будет производиться сис-
темой в обоих случаях одинаково. Этот факт, в свою очередь, позволит сделать
ошибочный вывод об ухудшении системных характеристик с ростом нагрузки,
чего в действительности может и не быть. Фиксация общего числа обработан-
ных заявок также неприемлема, поскольку нет гарантии, что установленного
значения хватит для перехода системы в установившийся режим и анализа ее
поведения в отсутствие переходных процессов для всех без исключения срав-
ниваемых случаев и вариантов. Удобный способ ликвидации этого ограниче-
ния - отнесение вычисленного значения потерь к общему числу обработанных
сообщений. В этом случае целевая функция характеризует средние потери
ценности сообщений из-за их задержки, искажения или утраты при передаче
по данной сети, выраженные в относительных единицах [114]:
Gcp = Ясмп
';| в"'—100%,
«обр
«обр
• 100%,
«обр
• 100%,
при ^бсл^1’Ио6р-ио6<;л=0,
при побсл=0,побр-иобсл>1,
при >1,^-7^ >1.
(4.3)
Основные и вспомогательные параметры. Наибольшую информатив-
ность о поведении ЗСДР несут такие характеристики, как функция плотности
вероятности (ФПВ) или функция распределения системных параметров, в
данном случае времени доставки сообщений или потерь пользователя. Эти
характеристики, как известно из теории вероятностей, являются наиболее
полным описанием случайной величины, на основании которых определяют-
ся усредненные параметры, т.е. моменты различных порядков, среди которых
чаще всего используются математическое ожидание и дисперсия [140].
При обработке экспериментальных данных часто вместо ФПВ допус-
тимо использование ее оценки в виде гистограммы, построенной на интерва-
ле [О, х,^], где лтах - максимальное значение некоторой случайной величи-
ны. В частности, этот прием может оказаться весьма полезным при построе-
нии ФПВ характеристик функционирования ЗСДР.
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
119
В некоторых случаях, сравнивая гистограммы разных объектов или
разных вариантов одного и того же объекта, полученные в результате ма-
шинного эксперимента, можно принять решение в пользу одного из них.
Действительно, сопоставление, например, ФПВ времени доставки двух вари-
антов системы связи, СС1 и СС2 (рис. 4.5, а) однозначно говорит о том, что
передача информации в системе СС1 осуществляется быстрее, нежели в сис-
теме СС2. Однако при существенном различии тех же ФПВ (рис. 4.5, б) дос-
таточно трудно выбрать лучшую систему, поэтому целесообразнее использо-
вать ФПВ как основу для получения в любой момент времени требуемых ха-
рактеристик функционирования системы.
Рис. 4.5
Для вычисления значений моментов системных параметров необходи-
мо, очевидно, иметь возможность оценки ФПВ, используя их гистограммы
в качестве основных выходных параметров [32].
Построение гистограмм в процессе моделирования может значительно
замедлить работу программы, поэтому в целях повышения быстродействия
необходимо предусмотреть их вывод лишь при временных прерываниях или
полной остановке. Следует отметить также, что объем оперативной памяти
современных персональных компьютеров позволяет хранить большие объе-
мы информации, что дает возможность удерживать в памяти данные для по-
строения гистограмм, не обрабатывая их. За счет этого достигается дополни-
тельная экономия времени при проведении экспериментов.
Среди вспомогательных параметров весьма полезными могут оказаться
вероятностно-временные характеристики передачи информации: среднее
время доставки, вероятность доставки и дисперсия или среднеквадратическое
отклонение (СКО) времени передачи сообщений. Точное определение мате-
матического ожидания и дисперсии невозможно из-за неизвестности ФПВ.
Использование ее оценки - гистограммы - приведет к погрешностям вычис-
ления, особенно при малом числе столбцов последней. Кроме того, по край-
ней мере, часть этих характеристик необходима для визуального контроля
непосредственно при моделировании. По этим причинам текущее среднее
120
Системы и устройства коротковолновой связи
значение времени доставки вычисляется в процессе проведения эксперимента
по рекуррентной формуле:
- _ (Побсл ~0 *д(|-1) +ГД|' , 4)
^обсл
где - среднее время доставки сообщений после обслуживания преды-
дущей заявки; /Д1 - время доставки i-ro (текущего) сообщения.
Вероятность доставки определяется как предел отношения числа об-
служенных заявок к общему числу обработанных заявок:
D = Iim^-. (4.5)
П^°° «обр
При больших значениях nogp, учитывая, что отношение иобсл/ио6р пред-
ставляет собой частость доставки, можно приближенно считать
р ~ ^обсл. . (4.6)
«обр
Дисперсию Da и СКО <тд времени доставки сообщений целесообразнее
всего, вероятно, вычислять при необходимости по окончании (временной ос-
тановке) моделирования по известным формулам для независимых гд;:
1 Лобсл . . 9 ---
о.»-2-2<4-7>
ПобсЛ 1=1
При определении дисперсии времени доставки непосредственно при
моделировании можно восполь юваться следующим соотношением:
D = т2-т^, (4.8)
1 ж3;
где т2 =-Vx2 _ начальный момент второго порядка, х, - исследуемый
«обр м
параметр; =---Vx - начальный момент первого порядка, т.е. математи-
«обр.=1
ческое ожидание.
Анализ этих параметров дает возможность в процессе моделирования
предварительно оценить пригодность системы для функционирования в дан-
ных условиях, а также определить окончание переходных процессов и нали-
чие установившегося режима. Для контроля за экспериментом необходимо
фиксировать также системное или модельное время и число поступивших
в систему сообщений, включив в состав модели соответствующие вспомога-
тельные параметры.
120
Системы и устройства коротковолновой связи
значение времени доставки вычисляется в процессе проведения эксперимента
по рекуррентной формуле:
- __ (побсл ~0 Гд(М)+гц
побсл
где - среднее время доставки сообщений после обслуживания преды-
дущей заявки; - время доставки i-ro (текущего) сообщения.
Вероятность доставки определяется как предел отношения числа об-
служенных заявок к общему числу обработанных заявок:
р = lim • (4.5)
«обр
При больших значениях иодр, учитывая, что отношение иобсл/побр пред-
ставляет собой частость доставки, можно приближенно считать
р = . (4.6)
«обр
Дисперсию Da и СКО <тд времени доставки сообщений целесообразнее
всего, вероятно, вычислять при необходимости по окончании (временной ос-
тановке) моделирования по известным формулам для независимых
1 Лобсл . . 7 ---
D.=~- S =А- (4-7>
"обсл 1=1
При определении дисперсии времени доставки непосредственно при
моделировании можно воспользоваться следующим соотношением:
D = т2 - т2, (4.8)
где т2 =----zl/X2 - начальный момент второго порядка, х, - исследуемый
«обр Ы
параметр; =-------Vx - начальный момент первого порядка, т.е. математи-
«обр
ческое ожидание.
Анализ этих параметров дает возможность в процессе моделирования
предварительно оценить пригодность системы для функционирования ь дан-
ных условиях, а также определить окончание переходных процессов и нали-
чие установившегося режима. Для контроля за экспериментом необходимо
фиксировать также системное или модельное время и число поступивших
в систему сообщений, включив в состав модели соответствующие вспомога-
тельные параметры.
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
121
4.4. Модель зоновой системы КВ радиосвязи
Исходные положения. Прежде чем перейти к разработке алгоритма
модели ЗСДР [119], необходимо отметить ряд положений, использованных в
процессе моделирования системы. Так, при создании моделирующего алго-
ритма предполагалось, что абонентами используется перестраиваемая одно-
канальная аппаратура. Каждый корреспондент имеет в своем распоряжении
трансивер, приемник которого в дежурном режиме настроен на частоту слу-
жебного канала, в режиме ведения связи - на выбранную согласно заданному
правилу частоту.
Важное допущение состоит в использовании пакетного квитанционно-
го способа обмена информацией. Он заключается в том, что сообщение раз-
бивается на блоки (пакеты), передаваемые один за другим. После приема ка-
ждого пакета по обратному каналу посылается квитанция, подтверждающая
правильность приема или требующая его повторной передачи (система с ин-
формационной обратной связью). В последнем случае повторная передача
этого пакета производится до тех пор, пика он не будет принят правильно
либо не исчерпается лимит попыток. Перед передачей информационных бло-
ков производится процедура установления соединения, которая включает пе-
редачу вызова, содержащего необходимую служебную информацию (номер
абонента, частотного канала и пр.) и прием ответа аналогичного содержания.
Вызывной пакет считается непринятым в следующих случаях: пакет
испытал наложение с одним или несколькими другими пакетами, находящи-
мися в канале; вероятность ошибки, обеспечиваемая отношением сиг-
нал-помеха (ОСП) в канале, меньше максимально допустимой; принимаю-
щий абонент занят. Последнее условие вытекает из допущения об использо-
вании корреспондентами одноканальной аппаратуры. Если абонент находит-
ся в режиме ведения связи, то его приемник настроен на выбранную им час-
тоту, и вызова этот корреспондент «не слышит».
Условия неправильного приема информационного пакета следующие:
пакет испытал наложение с одним или несколькими другими пакетами, нахо-
дящимися в канале; вероятность ошибки, обеспечиваемая ОСП в канале,
меньше максимально допустимой; не получена квитанция по обратному ка-
налу вследствие выполнения хотя бы одного из двух предыдущих условий.
Длительности передаваемых сообщений и интервалы времени между
поступлениями соседних заявок на радионаправлении распределены по экс-
поненциальному закону с параметрами Х = 1/^11МВ (УСимВ - среднее число
символов в сообщении) и X = N3amgK/t (Маявок - среднее число заявок, посту-
пивших за время Г) соответственно:
р(г) = Хе-Л'. (4.9)
Следует отметить, что в некоторых случаях (например, при высокой
нагрузке в сети) потоки заявок нельзя считать пуассоновскими. Однако закон
122
Системы и устройства коротковолновой связи
распределения поступления заявок в общем случае установить достаточно
сложно, для этого необходима соответствующая статистика. В то же время
можно предположить, что поток сообщений на отдельных радионаправлени-
ях рассматриваемой системы в большинстве случаев можно приближенно
считать пуассоновским (даже в условиях высокой нагрузки и ярко выражен-
ных тяготений), с экспоненциальным распределением времени между посту-
плениями отдельных заявок.
Модель сети «прямых связей». Укрупненная блок-схема алгоритма
работы модели сети «прямых связей» (СПС) изображена на рис. 4.6. Все вхо-
дящие в ее состав блоки можно условно разделить на пять категорий: ввод
исходных данных, установка начальных значений и состояний; обработка
поступления заявок в систему; моделирование установления соединения; мо-
делирование процедуры обмена информацией между абонентами; обработка
накопленной статистики.
Рис. 4.6
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
123
Согласно алгоритму (рис. 4.6) вначале осуществляется проверка усло-
вия окончания моделирования, включающая в себя сравнение текущего зна-
чения модельного времени или числа обработанных заявок с заданным и кон-
троль прерывания процесса моделирования пользователем. В случае если мо-
делирование необходимо завершить, фиксируются и выводятся результаты
моделирования.
На втором шаге осуществляется поиск заявки с минимальным време-
нем поступления и определение направления, на котором она возникла. Если
при этом оказывается, что передающий абонент (инициатор) уже занят пере-
дачей сообщения, то поступившая заявка записывается в накопитель, и про-
цедура повторяется заново. В противном случае производится попытка уста-
новления служебной связи на выбранном направлении. При успешном за-
вершении этой процедуры начинается моделирование процесса передачи ин-
формации.
Алгоритм установления соединения в модели СПС, представленный на
рис. 4.7, разработан с учетом необходимости выбора рабочей частоты, отве-
чающей заданному качеству приема информации. Его отличительной осо-
бенностью является выполнение проверки приема вызова и его фиксации в
случае получения, что исключает зависимость установления соединения от
следующих после одного удачного приема передач вызовов. Иными словами,
для организации связи в радионаправлении принимающему абоненту (ведо-
мому) необходимо правильно принять хотя бы один вызов и после этого хотя
бы один раз успешно послать ответ инициатору.
В соответствии с алгоритмом (рис. 4.7) передающий абонент согласно
заданному правилу выбора пытается найти пригодный для связи частотный
канал. Если сделать это удалось, то его приемник нас граивается на выбран-
ную частоту, а по служебному каналу в сторону принимающего абонента
(ведомого) посылается вызов, содержащий номер канала приема. В против-
ном случае инкрементируется число попыток установления соединения в
специально предусмотренном для этой цели счетчике, и через некоторое вре-
мя, заданное пользователем при вводе исходных данных, производится новая
попытка организации служебной связи. То же происходит при выполнении
условий занятости ведомого абонента или неприема им вызова вследствие
сложной помеховой обстановки и/или высокой загрузки каналов передачи
информации. При получении вызова принимающий абонент начинает поиск
обратного канала (канала квитирования), если таковой еще не был выбран. В
случае удачного поиска по обратному каналу передается ответ, содержащий
номер выбранной частоты, а инициатор, получив его, перестраивает свой пе-
редатчик на эту частоту и начинает передачу сообщения. Если занять канал
не удалось, либо ответный пакет не прошел по каналу, процедура установле-
ния соединения повторяется вновь, а содержимое счетчика числа попыток
увеличивается на 1. При превышении значения числа попыток вызова макси-
мально допустимого заявка записывается в накопитель.
124
Системы и устройства коротковолновой связи
Рис. 4.7
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
125
Моделирование информационного обмена (рис. 4.8) начинается с про-
верки числа переданных пакетов сообщения. Если оказывается, что обрабо-
таны все пакеты, фиксируются результаты обслуживания, осуществляется
поиск и обработка следующей заявки. Затем производится попытка передачи
пакета. В случае успешного приема по обратному каналу посылается квитан-
ция, подтверждающая правильность приема, в случае неудачи - квитанция,
требующая его повторной передачи. При выполнении хотя бы одного усло-
вия неправильного приема информационного пакета (см. выше) передача па-
кета повторяется до тех пор, пока не исчерпается лимит попыток. В этом слу-
чае передающий абонент вновь пытается организовать служебную связь, если
число попыток передачи вызова не превысило максимально допустимое.
Процесс продолжается до тех пор, пока не будут обработаны все пакеты со-
общения либо пока заявка не будет записана в накопитель.
Рис. 4.8
126
Системы t1 устройства коротковолновой связи
Рис. 4.9
Модель системы связи с ВРП (СВРП). Общая структура алгоритма
модели, разработанного применительно к СВРП, представлена на рис. 4.9.
Его отличие от алгоритма модели СПС заключается в том, что вначале пере-
дающий абонент устанавливает связь с ретранслятором, только после этого
производится попытка соединения с принимающим абонентом. В случае ус-
пешного завершения этих процедур начинается передача сообщения через
ВРП. Если на одном из участков составной линии «передающий абонент -
ВРП - принимающий абонент» установления связи не произошло, заявка после
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
127
Рис. 4.10
128
Системы и устройства коротковолновой связи
нескольких попыток записывается в накопитель абонента или ретранслятора,
в зависимости от алгоритма работы ВРП и участка, на котором имел место
срыв связи. При фиксации отказа в обслуживании передающий корреспон-
дент или ВРП вновь осуществляют передачу вызова. Число попыток
и порядок взаимодействия узлов на этом этапе учитывается в подпрограммах
установления связи, порядок обмена информацией между корреспондентами
определяется реализацией блока «передать сообщение».
Следует отметить, что процедуры установления соединения и передачи
сообщения могут быть различными в зависимости от алгоритма работы и со-
става ВРП в ЗСДР. Соответствующим образом будет изменяться детализиро-
ванный алгоритм работы СВРП и его программная реализация, однако его
общая структура будет оставаться той же самой. Поэтому подробное описа-
ние алгоритма модели системы связи с ретранслятором будет дано в разделе
об алгоритмах работы ВРП (см. § 4.7).
Модель комбинированной системы связи. Блок-схема разработанно-
го алгоритма модели системы связи с комбинированным управлением, пред-
ставленная на рис. 4.10, отражает специфику функционирования самой ком-
бинированной системы, которая предусматривает частичное использование
прямых каналов. В соответствии с этим алгоритмом вначале абоненты пыта-
ются установить связь напрямую, а в случае неудачи используют вынесенный
ретранслятор. Порядок взаимодействия узлов в первом случае соответствует
данному при описании алгоритма модели СПС, во втором - алгоритму моде-
ли СВРП. Если сообщение не было передано ни напрямую, ни через ВРП, оно
записывается в накопитель, затем фиксируются результаты обслуживания
и производится поиск и обработка следующей заявки. Так же, как и в алго-
ритмах моделей СПС и СВРП, периодически осуществляется контроль за мо-
делированием и проверка условия его окончания. Если это условие выполня-
ется, обрабатывается накопленная статистика и выводятся результаты.
4.5. Алгоритмы работы накопителей
Накопители представляют собой элементы Q-схемы, отражающие
влияние повторных попыток на работу СМО, а также взаимодействие между
заявками различных приоритетов. Это соответствует специфике функциони-
рования реальных автоматизированных систем связи, в которых циркулирует
информация различной категории срочности, а неверно принятые сообщения
не теряются, а передаются повторно. В Q-схеме ЗСДР представлены накопи-
тели двух типов: абонентские и ретранслятора. В соответствии с планом соз-
дания модели системы необходимо разработать алгоритмы их функциониро-
вания. Абонентские накопители могут находиться в одном из двух состоя-
ний: свободен или занят, зависимости от которого поступающие в накопи-
тель заявки могут быть либо потеряны, либо записаны в свободную ячейку.
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
129
Рис. 4.11
Блок-схема алгоритма работы абонентского накопителя изображена на
рис. 4.11. При поступлении заявки вначале сравнивается текущее время ее
доставки с временем «жизни» сообщения, т.е. максимальным временем пре-
бывания сообщения на абонентском узле. Если оказывается, что время дос-
тавки сообщения настолько велико, что его хранение с целью дальнейшей
передачи теряет смысл, для него фиксируется отказ в обслуживании. Затем
проверяется наличие в накопителе свободных мест. Если все ячейки заняты,
осуществляется поиск ячейки, занятой сообщением с наинизшим приорите-
том, который сравнивается с приоритетом поступившей заявки. В случае, ес-
ли новое сообщение имеет более высокую категорию срочности, ячейка ос-
вобождается, находившаяся в ней заявка считается утраченной, а новое со-
общение занимает освободившееся место; в противном случае поступившая
заявка покидает систему. Если свободное место найдено, сообщение занима-
ет его, при этом в соответствующую ячейку записываются следующие пара-
метры: номер направления; время поступления заявки в систему; время ухода
9 - 5869
130
Системы и устройства коротковолновой связи
сообщения из накопителя; номер информационного пакета, на котором была
прервана передача; время передачи сообщения - и инкрементируется число
занятых мест. Затем сбрасываются текущие информационные параметры для
данного радионаправления, генерируется время поступления следующей за-
явки, а абоненты и используемые ими каналы освобождаются.
Алгоритм должен предусматривать также освобождение ячейки нако-
пителя с фиксацией потери заявки в случае, если время пребывания сообще-
ния в нем превышает максимально допустимое.
Существование накопителя на ретрансляторе предполагается, только
если ВРП функционирует в соответствии с асинхронным алгоритмом актив-
ной ретрансляции и оценки срочности и ценности сообщений. В этом случае
порядок записи поступающих в накопитель ВРП сообщений полностью по-
вторяет принятый в абонентских узлах, отличается лишь порядок выбора зая-
вок для обслуживания. Как будет показано ниже, специфической особенно-
стью данного алгоритма является оценка имеющихся на ретрансляторе сооб-
щений и их сортировка в зависимости от ценности и приоритета. Поэтому
алгоритм, реализующий работу накопителя ВРП, предусматривает первооче-
редной выбор из накопителя и последующее обслуживание наиболее сроч-
ных и ценных заявок.
4.6. Алгоритмы работы КВ канала
Реализация модели КВ канала представляет собой модель КВ радиоли-
нии, которая должна отражать две стороны его функционирования: физиче-
скую сущность прохождения блоков информации и ее приема с учетом спе-
цифических свойств диапазона, среды распространения радиоволн и исполь-
зуемой аппаратуры; работу канала как элемента СМО.
Алгоритм работы канала как элемента СМО определяется способом
доступа в канал. Реализованные в модели алгоритмы позволяют исследовать
влияние на функционирование ЗСДР следующих способов доступа: простая
А1 ОНА, синхронная ALOHA, жесткий протокол множественного доступа
с проверкой несущей (МДПН), гибкий протокол множественного доступа
с проверкой несущей. Особенности этих протоколов хорошо известны [19,
67, 156] и подробно рассмотрены ниже (см. § 7.7), поэтому приступим непо-
средственно к разработке моделирующих их алгоритмов.
В общем случае канал как элемент Q-схемы может находиться в одном
из трех состояний: свободен, занят, заблокирован. Каждое из них характери-
зуется числом пакетов (или работающих пар узлов), одновременно находя-
щихся в канале. Свободному состоянию канала соответствует отсутствие па-
кетов, занятому - один, блокированному - два или более испытавших нало-
жение блоков сообщения (лишь для алгоритма CDMA необходимо учитывать
возможность одновременного пребывания в канале нескольких не испытав-
ших наложения пакетов, но он здесь не рассматривается).
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
131
Алгоритм работы канала, соответствующий протоколу «простая
ALOHA», представлен на рис. 4.12. В случае блокировки канала для пакета,
попадающего в него, устанавливается отказ. Если канал занят, т.е. в нем на-
ходится только один пакет, отказ фиксируется и для поступившего пакета,
и для пакета, находившегося в канале. Если обнаружено состояние «свобо-
ден», поступивший пакет занимает канал. Во всех трех случаях производится
запись пакета в канал. Это означает, что инициализируются соответствую-
щими значениями следующие параметры канала: тип пакета; число пар уз-
лов, находящихся в канале, и их номера; состояние канала: свободен, занят,
заблокирован.
Рис. 4.12
9*
Рис. 4.13
132
Системы и устройства коротковолновой связи
Алгоритм работы канала, соответствующий протоколу «синхронная
ALOHA», полностью идентичен изображенному на рис. 4.12, с той лишь раз-
ницей, что обслуживание каналом пакета может начинаться лишь в опреде-
ленные моменты времени (такты); соответственно, проверка состояния кана-
ла при обработке поступления нового пакета должна производиться только
в начале такта.
Алгоритм работы канала, соответствующий протоколам МДПН. пред-
ставлен на рис. 4.13. Различие между жестким и гибким протоколами МДПН,
как известно, заключается во временной задержке dt, на которое откладыва-
ется передача пакета в случае обнаружения несущей, т.е. состояния канала
«занят». В первом случае передача нового пакета начинается сразу же после
освобождения канала, во втором - через некоторый случайный промежуток
времени.
Физическая модель канала КВ радиосвязи. При построении физиче-
ской модели КВ канала необходимо принимать во внимание два обстоятель-
ства. Во-первых, она должна хорошо отражать реальные процессы, имеющие
место при передаче различных типов информации, т.е. быть адекватной ис-
ходному объекту при широком диапазоне изменения исходных параметров.
Во-вторых, результаты, получаемые в процессе моделирования КВ канала,
будут использоваться не непосредственно, а для модели более высокого ие-
рархического уровня (т.е. на сетевом уровне); иными словами, целью моде-
лирования канала на физическом уровне является не оценка его параметров,
а учет влияния процессов, имеющих место при передаче сообщений с помо-
щью специфической среды распространения, и свойств используемого диапа-
зона на характеристики ЗСДР. Эти два противоречивых фактора накладыва-
ют отпечаток на сложность моделирующего алгоритма и длительность опре-
деления состояния канала. Иными словами, алгоритм следует строить таким
образом, чтобы при хорошей аппроксимации реального объекта (канала)
в различные моменты времени и учете его основных свойств удовлетворить
требованиям оптимизации быстродействия и времени создания и отладки мо-
дели ЗСДР.
Физическую модель канала можно реализовать по-разному, однако в
любом случае она должна учитывать помеховую обстановку, кратковремен-
ные и длительные изменения уровня сигнала и предоставлять возможность
оценки качества приема информации. Выше было отмечено, что на сего-
дняшний день известно достаточно много моделей КВ канала, как аналитиче-
ских, так и имитационных, причем первые в большинстве случаев с доста-
точной степенью точности аппроксимируют его реальное состояние и позво-
ляют за гораздо меньшее время вычислить характеристики передачи, что де-
лает целесообразным их использование при построении модели ЗСДР. Для ее
создания необходимо иметь модели уровней сигналов, помех, а также разра-
ботать критерий качества приема информации.
Модель замираний. Известно [72], что длительные изменения уровня
сигнала на входе приемника в децибелах относительно напряжения в один
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
133
микровольт за время от 7... 10 мин до 2...4 ч распределяются преимущест-
венно по нормальному закону с плотностью
W(C7,)=
7^
(4.10)
где Uc - средний уровень сигнала, дБ; стс - СКО уровня сигнала, дБ.
Существует несколько полуэмпирических методов расчета действую-
щего значения напряжения сигнала, основанных на различных приближени-
ях. Применительно к трассам, проходящим в средних широтах, наибольшую
точность обеспечивает метод А.Н. Казанцева, позволяющий определить ме-
дианное за месяц значение напряженности поля сигнала:
Ес = Еое-г, (4.11)
где Ео - напряженность электрического поля сигнала без учета потерь в ио-
носфере; Г - полный интегральный коэффициент поглощения в ионосфере.
Величина Ео зависит от длины трассы, мощности передатчика, коэффи-
циента усиления передающей антенны, потерь при отражении от Земли с ко-
нечной проводимостью, ослабления поля за счет магнитоионного расщепле-
ния волны в ионосфере, а также наличия рассогласования поляризаций при-
нимаемого поля и приемной антенны:
Ео = 22W^j-tl2l|o[,,^~1> , (4.12)
г 2 м
где Рпол _ полезная излученная мощность, кВт; г - путь, проходимый волной
от точки передачи до точки приема, км; Ф - модуль коэффициента отражения
от Земли; иотр - число отражений от ионосферы.
Очевидно, большую точность и адекватность модели можно получить,
если предусмотреть достаточно частое вычисление величины Ес и определе-
ние Uc в соответствии с законом распределения (4.10).
Помеховая обстановка. Сравнение результатов статистических иссле-
дований уровней случайных радиопомех с уровнями атмосферных помех в
ДКМ диапазоне и практика радиосвязи показывают, что во многих географи-
ческих районах случайные радиопомехи обычно являются основным факто-
ром, снижающим эффективность радиосвязи. Анализ значительного числа
ночных и дневных реализаций показывает, что распределение вероятностей
уровней случайных помех в децибелах в подавляющем большинстве случаев
(примерно в 78% реализаций по данным [72]) хорошо согласуется с нормаль-
ным законом, для определения параметров которого можно воспользоваться
данными [72, 92].
Отметим, что уровень помех, как атмосферных, так и станционных,
прямо пропорционален полосе пропускания фильтра основной селекции при-
емника: при увеличении полосы пропускания в 2 раза j ровень помех возрас-
тает на 6 дБ.
134
Системы и устройства коротковолновой связи
Для удобства применения данные о помеховой обстановке целесооб-
разно аппроксимировать, например, методом полиномиальной аппроксима-
ции, и в дальнейшем при вычислении ее параметров применять аппроксими-
рующий многочлен.
В общем виде для последовательностей интегрированных уровней по-
мех на отдельных частотах при различных полосах приема считается подхо-
дящей модель кусочно-нормальных последовательностей, у которых сущест-
венные изменения уровня происходят в случайные моменты времени г,-, /,+ь
а в промежутках между этими моментами последовательность совпадает
с отрезками нормальной случайной последовательности с постоянными ста-
тистическими параметрами: средним значением Un и СКО стп- Длительности
квазистационарных участков Аг = rJ+1 — г, со средним значением Un распреде-
ляются в большинстве случаев по экспоненциальному закону (4.9) с парамет-
ром Л, = = и реже по закону Эрланга [72]:
Д/
W(Az) = —expf=] , (4.13)
где k = 1 или k=2 - параметр распределения. Значения параметра Д/ лежат в
пределах от нескольких десятков минут до нескольких часов и определяются,
в основном, временем суток и используемым участком диапазона частот. По
результатам статистического анализа в диапазоне 3...10 МГц обобщенное
среднее значение этого параметра лежит в пределах 30...45 мин [72].
Критерий качества приема. В качестве критерия, определяющего при-
годность канала для передачи информации, целесообразно использовать до-
пустимое превышение уровня сигнал-помеха Лдоп, вычисляемого при задан-
ном значении допустимой вероятности ошибки Рош доп и определяемого видом
сигнала, решающей схемой приемника и свойствами канала по замираниям.
Примем закон распределения замираний на коротких трассах рэлеев-
ским, на длинных - квазирэлеевским. В этом случае вероятность ошибочного
одинарного приема элемента ортогональных в усиленном смысле двоичных
сигналов с активной паузой определится по известным формулам [139]:
ОШ
CJ k2h2
h2 + 2k2 + 2 Ч h2 + 2k2+2 ’ ст2
и I и ус
(4.14)
(4.15)
где h0 - среднее по состояниям канала значение ОСП; Uo - амплитуда регу-
лярной составляющей сигнала.
Сравнивая значение Лдап = <р(Гошдоп), определяемое из (4.14) или (4.15),
с ОСП в канале, можно сделать вывод о качестве приема информационного
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
135
блока. Поскольку для определения Лдоп необходимо находить значение функ-
ции, обратной Folu(/i), т.е. ф(Рошдоп), что не всегда возможно (например, для
(4.15) обратная функция в явном виде не вычисляется), то при моделирова-
нии целесообразнее сопоставлять вероятность ошибки, обеспечиваемую ОСП
в канале, с допустимой Рош доп и на основании этого принимать решение о ка-
честве его передачи (именно это является одним из условий неправильного
приема пакета, как отмечено выше).
Для описания состояния канала может оказаться удобным использова-
ние логарифмического выражения ОСП. Значение ОСП в децибелах относи-
тельно h2 = 1 равно:
Z = 101g/i2. (4.16)
Итак, модель КВ канала работает следующим образом. Вначале вычис-
ляется значение максимально применимой частоты (МПЧ) на основании дан-
ных [4, 69, 152]. В общем случае МПЧ зависит от длины трассы, высоты от-
ражения, закона распределения электронной концентрации по высоте, крити-
ческой частоты слоя F2. Известно [64], что МПЧ определяется как максимум
произведения эквивалентной частоты вертикального падения /в на секанс уг-
ла падения волны на слой ионосферы sec(p0: MI 14 = (/в sec <р0 )max. При
этом должно выполняться условие отражения волны от ионосферы: рабочая
частота/р не должна превышать МПЧ, т.е. f < МПЧ . Если оказывается, что
f > 0,8МПЧ , то дальнейший расчет прекращается, а ОСП устанавливается
равным значению, заведомо малому для фиксации успешного приема инфор-
мационного блока. В противном случае для заданных параметров приемопе-
редающей аппаратуры, конфигурации системы, сезона, времени суток и сол-
нечной активности определяются средние уровни напряженности поля сиг-
нала, помехи и затем параметры логонормального распределения вероятно-
стей уровня сигнал-помеха: математическое ожидание Z и CKO oz. Отме-
тим, что применение методов частотной адаптации совместно с зондировани-
ем ионосферы делает практически ненужной проверку условия
/ < 0,8МПЧ на стадии передачи; дрейф МПЧ в этом случае будет оказы-
вать влияние больше на диапазон рабочих частот, следовательно, на уровень
помех в канале, поэтому целесообразно проводить сравнение номинала час-
тоты с МПЧ на этапе выбора (назначения) рабочей частоты.
При сделанных допущениях процесс моделирования прохождения па-
кета по КВ каналу (без учета столкновений с другими пакетами) сводится к
генерации случайных чисел, представляющих собой значение ОСП в канале.
Определив для заданного типа сигнала, решающей схемы приемного устрой-
ства, свойств канала по замираниям и пр. вероятность ошибки, обеспечивае-
мую этими ОСП, и сравнив ее с максимально допустимой, можем сделать
вывод о качестве приема пакета: зафиксировать непрохождение, если не вы-
136
Системы и устройства коротковолновой связи
Рис. 4.14
полняется условие POUi(Z) < Рош доп, или успешный по условиям распростране-
ния прием в противоположном случае. Укрупненный алгоритм работы физи-
ческой модели канала представлен на рис. 4.14.
Рассмотренная физическая модель КВ канала обладает целым рядом
достоинств, полностью отвечая условиям поставленной задачи: при относи-
тельной простоте реализации хорошо отражает сигнально-помеховую обста-
новку в канале, позволяет учесть сезонные и суточные колебания уровней
сигналов и помех, нестационарность среды распространения радиоволн,
4. Моделирование систем КВ радиосвязи
137
связность сети и пр. Кроме того, такое построение дает возможность при не-
значительных изменениях в еще большей степени детализировать алгоритм и
исследовать, например, свойства различных кодовых конструкций, широко
используемых в современных системах передачи информации. Для этой цели
лишь на последнем шаге вместо вычисления вероятности ошибки и сравне-
ния ее с максимально допустимой необходимо найти в соответствии с [102]
число и расположение искаженных посылок в каждой кодовой комбинации и
в зависимости от корректирующих и исправляющих характеристик кода при-
нять решение о качестве ее приема.
В целом физическая модель КВ канала с достаточной степенью точно-
сти отражает состояние реального объекта в любой момент времени, а прин-
цип построения делает ее полностью пригодной для использования в составе
аналитико-имитационной модели ЗСДР при исследовании эффективности
системы в различных условиях функционирования или практически любой
другой системы передачи дискретной информации ДКМ диапазона, располо-
женной в средних широтах.
4.7. Алгоритмы работы ретранслятора
в зоновой системе КВ радиосвязи
Основой рассматриваемой системы радиосвязи является вынесенный
ретрансляционный пункт. Именно на ВРП возлагается основная нагрузка по
обеспечению информационного обмена. Он же полностью или частично
управляет процессами вхождения в связь и передачи сообщений, поэтому
именно ретранслятор определяет, в основном, алгоритм и эффективность ра-
боты всей системы. Иными словами, задача разработки принципов функцио-
нирования системы подразумевает необходимость создания алгоритма рабо-
ты ВРП. Рассмотрим несколько алгоритмов работы вынесенного ретрансля-
тора: синхронный с пассивной ретрансляцией, асинхронный с активной
ретрансляцией, асинхронный с активной ретрансляцией и оценкой.
Для первого алгоритма характерен вид ретрансляции, который назовем
пассивным. В этом режиме управление осуществляется передающим коррес-
пондентом, а ВРП служит простым передаточным звеном между парой або-
нентов, поддерживающих связь, обеспечивая ретрансляцию принятых сигна-
лов без какого-либо контроля качества и характера принимаемой информа-
ции (рис. 4.15). Однако необходимым условием является контроль выделения
команды на ретрансляцию и проверка ее правильности, так как эта команда
содержит номер принимающего абонента и номер частоты приема инициато-
ра связи. Действия ВРП оказываются в этом случае как бы синхронизирован-
ными, жестко связанными с действиями корреспондентов, поскольку
ретранслятор по собственной инициативе не может предпринимать практиче-
ски никаких действий, поэтому назовем этот алгоритм синхронным с пассив-
ной ретрансляцией (СПР).
138
Системы и устройства коротковолновой связи
Согласно второму алгоритму ВРП обеспечивает так называемую ак-
тивную ретрансляцию сообщений. Его отличие от первого состоит в том, что
ВРП контролирует правильность всей принимаемой информации, пропуская
только безошибочно принятые блоки сообщений (рис. 4.16). Возможны не-
сколько вариантов организации соединения и обмена информацией между
корреспондентами. Приведем особенности нескольких наиболее распростра-
ненных из них, реализованных для синхронного режима.
• В простейшем случае контроль за установлением и поддержанием
связи может вести инициатор связи, возобновляя попытки передачи вызова
или информационных блоков сообщения при сбое на любом из участков со-
ставной линии «корреспондент - ВРП - корреспондент».
• При сбое на линии «ВРП - принимающий абонент» во время переда-
чи информации регранслятор сам осуществляет одну или несколько попыток
повторной передачи ошибочно принятого принимающим узлом блока сооб-
щения, выдавая на передающую сторону квитанцию об успешном окончании
этой процедуры или сигнал о невозможности ретрансляции сообщения.
В первом случае передающий абонент после получения квитанции готовит
и передает следующий пакет, во втором - через некоторое время вновь пыта-
ется передать прерванное сообщение.
• При аналогичных обстоятельствах (срыв связи на линии «ВРП - при-
нимающий абонент») ретранслятор можег не только повторять ошибочно
принятый принимающим узлом блок информации, но и осуществлять функ-
цию «автодозвона», предпринимая попытки заново установить соединение
и выдавая отказ только в случае невозможности выполнения этой задачи.
4, Моделирование cucmei,, КВ радиосвязи
139
Общим для этих трех вариантов является синхронный режим работы
ВРП, в соответствии с которым инициатор связи откладывает передачу сле-
дующего пакета до тех пор, пока не получит от ВРП квитанции, подтвер-
ждающей успешный прием предыдущей кодовой комбинации на приемной
стороне. Из-за этого процедура обслуживания заявок может существенно за-
медлиться по сравнению с асинхронным режимом работы ВРП, когда пере-
дача пакетов сообщения на ВРП и их последующая ретрансляция произво-
дятся независимо друг от друга по мере поступления на ВРП новых блоков
сообщения. Однако нет сколь либо существенных ограничений для распро-
странения описанных вариантов на асинхронный режим работы.
Наиболее общим и ин гересным среди рассмотренных вариантов алго-
ритма активной ретрансляции является, очевидно, третий, предусматриваю-
щий самостоятельные действия ретранслятора как по установлению связи
при срыве, так и по контролю за качеством передаваемой информации. Его
реализация для асинхронного режима заключается в том, что ВРП, получив
вызов, в автономном режиме устанавливает соединение с принимающим або-
нентом и осуществляет передачу принятых блоков сообщения по мере их по-
ступления, а при необходимости (возникновении задержек на линии «ВРП -
принимающий абонент») накапливает их в промежуточном буфере для по-
следующей ретрансляции. В дальнейшем именно этот алгоритм работы бу-
дем называть асинхронным с активной ретрансляцией (ААР).
Третий алгоритм характеризуется тем, что ретранслятор выступает
в качестве управляющей станции, не только контролирующей правильность
140
Системы и устройства коротковолновой связи
принимаемой информации и качество ее приема, но выполняющей в отноше-
нии принимаемых сообщений также оценочные и распределительно-
коммутационные функции. Все функции управления после получения вызова
переходят к ВРП, который осуществляет активную ретрансляцию, поддержи-
вая и контролируя связь с приемным и передающим узлами в соответствии со
своим алгоритмом работы, за выполнение которого отвечает заложенная
в управляющую ЭВМ программа и/или оператор. Этот алгоритм включает
в себя реализацию таких функций, как:
• контроль характера и качества принимаемой информации;
• сортировка информации в зависимости от категории срочности и рас-
пределение частотного и аппаратного ресурсов в соответствии с ценностны-
ми характеристиками (приоритет и стоимость) поступивших сообщений;
• периодическое зондирование каналов передачи с целью определения
пригодных для связи частот и их эффективного распределения между кор-
респондентами сети и др.
Обмен информацией на направлениях «передающий абонент - ВРП»
и «ВРП - принимающий абонент» происходит независимо (ретрансляция со-
общений производится после их приема и оценки), и определяется лишь дей-
ствиями ретранслятора, порядок взаимодействия которого с корреспондента-
ми на этих направлениях показан на рис. 4.17, 4.18 соответственно. Поэтому
этот алгоритм работы ВРП назовем асинхронным с активной ретрансляцией
и оценкой (ААРО).
Рис. 4.17
4 Моделирование систем КВ радиосвязи
141
Рис. 4.18
Отметим, что алгоритм СПР, обладая одним несомненным достоинст-
вом - простота реализации ретрансляционной станции, - будет обеспечивать
заведомо худшие показатели качества работы системы, чем алгоритмы ААР
и ААРО. Действительно, сеть связи с работающим в соответствии с алгорит-
мом СПР ретранслятором в организационном плане обладает всеми недос-
татками, присущими децентрализованной системе. По сравнению с послед-
ними двумя алгоритмами, в которых предприняты дополнительные меры по
оптимизации функционирования ВРП, а значит и всей системы, алгоритм
СПР не предоставляет никаких возможностей для обеспечения более эффек-
тивной работы системы связи. Это обстоятельство, снижающее качество ра-
боты сети, может оказаться во многих случаях недопустимым (например,
применительно к системе связи, предназначенной для обмена информацией
в условиях ЧС), что делает нецелесообразным использование алгоритма СПР,
поэтому следует использовать, очевидно, асинхронные алгоритмы.
В главе сформулированы общие требования, предъявляемые к моделям
систем связи вообще и коротковолновых, в частности, а также задачи, ко-
торые необходимо решить на каждом этапе их моделирования.
142
Системы и устройства коротковолновой связи
Существует три основных метода мооелирования: аналитический,
имитационный и комбинированный (аналитико-имитационный), пригодных
для изучения качества передачи информации в современных системах связи.
Аналитический метод полезен для изучения поведения системы на качествен-
ном уровне, имитационный - для получения точных количественных оценок.
Комбинированный метод, сочетая в себе достоинства первых двух, позволяет
избавиться от присущих им недостатков. Обоснована возможность его ис-
пользования применительно к системам коротковолновой радиосвязи.
Структура аналитико-имитационной модели ЗСДР в общем виде пред-
ставляет собой совокупность трех функционапъно связанных блоков: блока
моделирования ЗСДР как системы массового обслуживания; блока-описания
канала передачи информации и интерфейсного блока. Дальнейший процесс мо-
делирования включает реализацию обобщенной концептуальной модели и раз-
работку’ детализированных алгоритмов ее элементов: абонентских накопи-
телей, накопителей ретрансляторов, каналов связи — для различных вариан-
тов построения системы Физическая модель канала КВ радиосвязи учитыва-
ет влияние специфической среды распространения и сложную помеховую об-
становку с помощью адекватной аналитической модели.
В набор входных параметров модели следует включить конфигураци-
онные параметры сети, аппаратные данные абонентов и ретрансляторов,
информационные характеристики корреспондентов, данные, характери-
зующие сигнально-помеховую обстановку, сервисные исходные данные. Вы-
ходные параметры ЗСДР должны предоставлять максимум информации о
поведении системы.
Ретранслятор должен выполнять распределительно-коммутационные
и оценочные функции, осуществляя активную ретрансляцию сообщений,
контролируя качество приема информации, нагрузочную и помеховую об-
становку в сети, что также учитывается в процессе моделирования.
5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ЗОНОВОЙ СИСТЕМЫ КВ РАДИОСВЯЗИ
5.1. Количественная оценка эффективности
зоновой системы КВ радиосвязи
В гл. 2 были выявлены основные факторы, определяющие эффектив-
ность применения вынесенного ретрансляционного пункта (ВРП) в зоновой
системе КВ радиосвязи (ЗСДР). Проведем предварительную оценку влияния
этих факторов на эффективность системы КВ радиосвязи с ВРП по отноше-
нию сигнал-помеха (ОСП) на входе приемника абонентской радиостанции.
Система с «прямыми» связями. Для связи между абонентами, распо-
ложенными в зоне, необходимо использовать антенны с круговыми диаграм-
мами направленности в горизонтальной плоскости и большими углами излу-
чения в вертикальной. Создавать радиостанции со сложными антенными сис-
темами для каждого направления, вероятнее всего, экономически нецелесо-
образно. К тому же большая часть корреспондентов в обслуживаемой зоне
может оказаться мобильными, и использовать сложные антенные системы
будет невозможно. По этой причине эффективность реально используемых
антенн (типа горизонтального или вертикального вибратора) невысока.
Для ведения связи пространственной волной при больших углах излу-
чения приходится работать в нижней части КВ диапазона, где, как известно
[72, 152], большой уровень атмосферных, галактических, станционных по-
мех. В низкочастотной части этого диапазона антенны должны иметь боль-
шие размеры, чем антенны в верхней части, а КПД передающих антенн
уменьшается примерно на 10%. Невозможность коллективного использова-
ния частот обусловливает низкую пропускную способность систем связи на-
прямую. Создание любой новой радиолинии приводит к большим материаль-
ным затратам, а создание адаптивной системы радиосвязи в этом случае су-
щественно усложняется.
Известно [77], чю при условии равномерно распределенных в про-
странстве помех в точке приема ОСП
h2 = D(^\, (5-1)
где Ес - напряженность поля сигнала в точке приема; Е„ - напряженность
поля помех в точке приема; D - коэффициент направленного действия (КНД)
приемной антенны.
Согласно [ 152], напряженность поля сигнала в точке приема
144
Системы и устройства коротковолновой связи
Ес = W&TPG/r ехР(- Г), (5.2)
где Р - мощность передатчика; G - коэффициент усиления передающей
антенны; г - дальность (длина трассы) по лучу; Г - интегральный
коэффициент поглощения.
Обозначая через L - 100е-г/г затухание сигнала в радиоканале, полу-
чаем квадрат напряженности поля сигнала в точке приема:
Ес2 = PGL2. (5.3)
Тогда согласно (5.1) для зоновой системы с непосредственной связью
абонентов ОСП в точке приема
(5.4)
где Ли - мощность передатчика радиостанции в зоне; Ли - затухание сигнала
на трассе между радиостанциями, которые осуществляют связь в зоне; Goi -
коэффициент усиления передающей антенны; - КНД приемной антенны
радиостанции; Е'п - напряженность поля помехи в точке приема.
Система связи с ВРП. В этой системе сигнал проходит составной путь
«передающая радиостанция - ВРП - приемная радиостанция». Согласно (5.3)
для сигнала, принимаемого ВРП, квадрат напряженности поля
E2.p = Pfi£2, (5.5)
где Р\ - мощность передатчика радиостанции в зоне; Gi - коэффициент уси-
ления передающей антенны радиостанции в зоне; L12 - затухание сигнала на
трассе между передатчиком зоны и приемником ВРП.
Мощность сигнала на входе приемника ВРП при оптимальном согласо-
вании радиоприемного устройства (РПУ) с антенной и КПД фидера, пример-
но равным единице, согласно [77] равна
Рс.р = Е1рХе2/с, (5.6)
где А, - длина волны; е2 - коэффициент усиления приемной антенны ВРП; с ~ 5765.
Мощность сигнала на выходе передатчика ВРП с учетом потери ее час-
ти на ретрансляцию помех равна
Р' = РпК„, (5.7)
где Кр - коэффициент передачи по мощности ВРП.
Тогда согласно (5.3) квадрэ. напряженности поля сигнала в точке
приема в зоне обслуживания .
' 12₽
Рс = Р'рЛ. = P..pKpGA = Elp KpG^ =
А2р
= /]6Л22-^р624з> (5-8)
с
где G2 - коэффициент усиления передающей антенны ВРП; £2з - затухание
сигнала на трассе между передатчиком ВРП и приемником зоны.
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи
145
Поскольку угол охвата зоны со стороны ВРП мал, то условия распро-
странения радиоволн от зоны к ВРП и обратно в зону можно считать одина-
ковыми, поэтому L12 = L23 = L2. Рабочие частоты на обоих пролетах составной
линии с ВРП будут близкими, так что при расчетах можно положить их рав-
ными.
Мощность сигнала на входе РПУ в зоне при оптимальном согласовании
с антенной и КПД фидера, близким к единице,
= = (5.9)
С с
где е3 - коэффициент усиления приемной антенны, расположенной в зоне.
Мощность действующих на входе РПУ зоны помех складывается из
мощности Р3 п атмосферных помех, действующих в зоне, и мощности Рп п по-
мех, переизлученных в зону ретранслятором.
При оптимальном согласовании РПУ ВРП с антенной и КПД фидера,
близким к единице, мощность на входе РПУ ВРП, создаваемая равномерно
распределенными в пространстве помехами,
Р =£2 212k, (5.Ю)
п2 п21,64с
где Е„2 - напряженность поля атмосферных помех на входе приемной антен-
ны ВРП; т]2 — КПД приемной антенны ВРП.
Мощность переизлученной ретранслятором помехи на вход РПУ, рас-
положенного в зоне,
<511>
с 1,64с
Мощность равномерно распределенной в пространстве атмосферной
помехи, действующей в зоне на входе РПУ,
Р = Y£23l21l, (5.12)
з п Z п21,64с
где у = £з2п /£22 - относительное значение помех, меняющееся от 0,3 до 3
[152] в зависимости от сезона, времени суток и географического района распо-
ложения радиостанций; т]з - КПД приемной антенны, расположенной в зоне.
Создаваемая помехами на входе РПУ в зоне суммарная мощность
п 2
/’п = Л.п + Л.п = + (5.13)
1,о4с
Для системы связи с ВРП ОСП на входе РПУ в зоне
Л2РП = — = 2 л --- Р 2 2 ) (5.14)
10-5869
146
Системы и устройства коротковолновой связи
Обозначим ЛврП/Л,ф--Bj • Тогда В] характеризует выигрыш, показы-
вающий, на сколько ОСП в системе связи с ВРП больше ОСП в системе
с «прямыми» связями. С учетом (5.4; и (5.14) получаем
f q (Т, i^^c/y, 5)
I'.,, ,’!О,Л"г/е,л 11,4,ОщСд,
Предположим, что суммарная мощность передатчиков на радиолинии
с ВРП равна мощности передатчиков при прямой связи Рр + Р\ =Роь мощно-
сти передатчиков в системе связи с ВРП распределены поровну между зоной
и ретранслятором (POi = 2Рг, Рр= Pi). Коэффициент передачи ретранслятора
«Р=/’р/кр+л.2)=%7О+лР). (516)
где Лр = ^р/Р^ - ОСП на входе приемника ВРП.
Для обеспечения нормальной работы приемника должно выполняться
условие: h? »1. Тогда
Кр = Рр/Рс.р = cPjPfi^\ = . (5.17)
С учетом сделанных предположений и выражения для Кр (5.15) прини-
мает вид:
2
Е'„
4=-
1 2 E.
п2
Ал
1,64G2e3
G,e,tl
E2G|
(5.18)
По определению КНД приемной антенны D= 1,64е/т], тогда (5.18) пре-
образуется:
1Г Е' w
В. = - ——
\2
^з/Ч. .
6qi [ Dj G0l
G2 D2 Gt
Итак, вышрыш в значении ОСП, дБ,
Д, = 101g гРз/^01г- + 201g-A—201g
G2 D, G,
*=-
Ан
(5.19)
(5.20)
В первое слагаемое (5.20) входят параметры антенн системы связи. Как
отмечалось выше, считаем, что связь в зоне напрямую возможна при исполь-
зовании антенн типа полуволнового вибратора. Из-за лучших параметров го-
ризонтального вибратора [77], вертикальный вибратор не рассматривается.
Рабочие длины волн для коротких трасс 200...500 км Х = 150...40 м, а реаль-
ные значения высот подвеса антенн Н= 10...20 м. Поскольку угол наклона
траектории Д = 40...70°, то при связи «каждый с каждым» необходимы виб-
раторы с отношением HIX < 0,25...0,35. Для формирования диаграммы на-
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи 147
правленности, близкой к круговой, необходимо выполнить условие
//Х<0,25, где I - длина плеча вибратора. При этих условиях антенна типа
горизонтальный вибратор (ВГ) будет иметь коэффициент усиления G = 4,5,
коэффициент бегущей волны КБВ = 0,15, КПД = 0,8 [77].
Для связи с ретранслятором целесообразно использовать антенны ВГ,
РГД или БС, обеспечивающие ширину диаграммы направленности в гори-
зонтальной плоскости около 10...20°, что соответствует всем возможным уг-
лам прихода радиоволн из зоны на ретранслятор. По данным [77], такие ан-
тенны при Х/Хо = 0,8...0,9 имеют коэффициент усиления 50...95 в зависимо-
сти от угла наклона траектории. Коэффициент полезного действия антенны
слабо зависит от отношения Х/Хо и примерно равен 0,5...0,8. Антенны РГД
можно применять как для приема, так и для передачи, в то время как антенну
БС предпочтительнее использовать для приема, так как ее диаграмма направ-
ленности имеет более низкий уровень боковых лепестков.
Таким образом, использование вынесенного ретранслятора позволяет
применять высокоэффективные антенные системы.
В табл. 5.1 приведены параметры названных типов антенн, а в табл. 5.2 -
результаты расчета значения первого слагаемого (5.20) при различных соче-
таниях приемопередающих антенн.
Из таблиц видно, что для системы с ретранслятором можно получить
значительный выигрыш по коэффициенту усиления антенн в пределах
5,3...21,7 дБ.
Во второе слагаемое (5.20) входят затухания сигнала Lqi на прямой
трассе и трассах с ретрансляцией сигнала Г2, зависящие как от длины трассы
по лучу, так и от интегрального коэффициента поглощения ионосферы. Дли-
ну трассы можно определить по действующей высоте отражения, критиче-
ской частоте слоев ионосферы и расстоянию между передатчиком и прием-
ником.
Таблица 5.1
Антенна Параметр Примечания
G D г]
ВГ 3,5...7 6.. 12 0,7...0,8 Я/Х<0,25; Z/X<0,65
65 РГД-1 40... 95 60... 200 0,7...0,8 0,8<X/Zo<2,0
БС2™ 8 4,5 20...70 30... 180 0,35...0,55 15 м<Х<30м
ю*
148
Системы и устройства коротковолновой связи
Таблица 5.2
Длина трассы, км Антенна Параметр Выигрыш, дБ, 101g— Gfil . D4Gfi|
пере- дающая прием пая Goi (G,) G1 Doi (Dj) d2 Y + g2 D2Gx
500 вг вг 5 - 9 - -
2500 вг РГД 5 67 9 130 5,3... 10,4
2500 РГД РГД 67 67 130 130 16,8...21,7
2500 РГД БС 67 67 130 105 16,6...21
Ориентировочные значения действующей высоты отражения /гд и кри-
тической частоты /кр для различных фаз солнечной активности, сезона, вре-
мени суток приведены в [*32]. Угол наклона траектории Д° удобно определить
по номограмме, приведенной в [152]. Частота /мпч = /кр/sin Д°, а длина трас-
сы по лучу r = Z/cosA°.
В случае отражения от слоя F2 [152] полный коэффициент поглощения
r = 4/(/p+A)2+BF2/p2, (5.21)
где = AD + АЕ + Afi - суммарный коэффициент неотклоняющего поглоще-
ния в слоях D, Е, Fn fp - рабочая частота;//, - продольная составляющая
гиромагнитной частоты в средних широтах; Вп - отклоняющее поглощение
слоя F2.
Ориентировочные данные о критической частоте слоя /кр приведены в
[92], на основании чего по графикам, данным в [152], можно определить А^_
для разных фаз солнечной активности, сезона, времени суток, длины трассы.
По графикам, приведенным в [152], можно определить значения Z?f2 для трасс
разных длин и действующих высот Лд.
Результаты расчета ослабления сигнала для различных условий приведе-
ны в табл. 5.3. Из таблицы видно, что проигрыш системы с ВРП за счет ослаб-
ления сигнала наиболее значителен ночью и достигает значения 10... 13 дБ.
Днем и летом в сравниваемых системах связи ослабление сигнала примерно
одинаково. Уровень сигнала на короткой трассе подвержен значительным
колебаниям (20 дБ), на дальних радиолиниях изменение уровня сигнала зна-
чительно меньше (8 дБ).
Третье слагаемое (5.20) зависит от помеховой обстановки в сравнивае-
мых системах связи.
Рассматриваемые варианты построения систем связи эквивалентны по
уровню промышленных помех. Это объясняется тем, что районы, в которых
экономически выгодно использовать систему ДКМ диапазона (малонаселен-
ные или труднодоступные), имеют малый уровень промышленных помех.
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи
149
Место расположения ретранслятора можно также выбрать так, чтобы обеспе-
чить минимум индустриальных помех. Шумы, обусловленные тепловым из-
лучением земной поверхности, и собственные тепловые шумы аппаратуры
будем считать малыми по сравнению с другими видами помех.
Таблица 5.3
Параметр трасс Длина трасс, км Максимум солнечной активности
Зима Лето
день НОЧЬ день НОЧЬ
250 62 66 66 66
Д, грац 500 41 48 48 48
2500 4 8 8 8
250 12 4 7,2 4,4
/Р. МГц 500 2500 16 4,8 15...20 8,8 5,6
250 532 614 614 614
г, км 500 662 747 747 747
2500 2506 2524 2524 2524
250 0,03 0,12 0,017 0,11
L, 1/км 500 0,03 0,06 0,024 0,09
2500 0,04 0,054 0,03 0,05
-0,5 -(3,9... 10) 1,9...-10 -(8...9)
Окончание табл. 5.3
Параметр трасс Минимум солнечной активности
Зима Лето
день ночь день ночь
62 67 , 71 67
Д, град 43 46 56 46
4 8 11 8
6,4 4 4,8 3,2
/Р, МГц 8 5 5,6 4,8
15...20
53 640 768 640
Г, км 68 720 894 720
2506 2524 2547 2524
0,032 0,10 0,01 0,10
L, 1/км 0,048 0,10 0,01 0,014
0,04 0,05 0,02 0,03
го^-тЬ- -(1,1.-1,6) -9 -3 -(13,4...33)
15С
Системы и устройства коротковолновой связи
Сведения об уровнях помех от соседних станций можно почерпнуть
только из эксперимента, между тем получение систематических обобщенных
данных встречает серьезные трудности, которые обусловлены следующими
причинами [26]: 1) измеренные уровни помех зависят от диаграмм направ-
ленности антенны измерителя; 2) уровень помех зависит от географического
места положения пункта приема; 3) уровень помех имеет суточный, сезонный
и циклический ход; 4) уровень помех зависит от соотношения мощностей
своего и мешающего передатчиков; 5) уровень помех постепенно повышается
из-за увеличения общего числа передатчиков мировой сети станций ДКМ
диапазона.
Из приведенных соображений следует, что экспериментальные значе-
ния уровней помех от соседних станций, приведенные в литературе, пред-
ставляют лишь ориентировочные данные. Кроме того, с помехами от других
радиотехнических систем можно вести организованную борьбу различными
техническими средствами.
Рассмотренные выше виды помех незначительны или их уровень не за-
висит от конкретной организации системы радиосвязи. Атмосферные помехи
зависят от частот, географического места расположения радиолинии, сезона и
времени суток. Поэтому сравнительный анализ рассматриваемых систем про-
ведем по уровню атмосферных помех [26].
Атмосферные помехи вызываются грозовыми разрядами, они пред-
ставляют собой мощные импульсы длительностью 0.1...3 мс. В диапазоне
радиочастот их спектральная плотность убывает обратно пропорционально
частоте. Атмосферные помехи зависят от географического места расположе-
ния радиолинии, сезона и времени суток. Наибольшие уровни атмосферных
помех наблюдаются в экваториальных широтах, наименьшие - в северных и
южных (полярных) широтах.
По результатам расчета напряженности поля атмосферных помех для
различных сезонов и разного времени суток, проведенного по [72], составле-
на табл. 5.4 [92]. Район возможного расположения зон выбран
с географическими координатами 40...50° с.ш. и 60... 135° в.д. Помехи рас-
считывались на частотах 4 и 10 МГц, реально используемых для коротких
радиолиний, и на 5...20 МГц, используемых для длинных радиолиний.
В табл. 5.4 показаны отношения уровня атмосферных помех на частотах 10
и 15...20 МГц к уровню помех на частоте 4 МГц в децибелах на микровольт.
Из таблицы видно, что уровень атмосферных помех в нижних областях
ДКМ диапазона по отношению к его верхней области может быть выше на
20...30 дБ. При этом максимальные уровни атмосферных помех наблюдаются
днем, хотя относительная их разница в сравниваемых системах в это время
минимальна и составляет 10...20 дБ. Таким образом, можно считать, что
применение ВРП в зоновой системе радиосвязи обеспечивает энергетический
выигрыш по уровню атмосферных помех примерно на 15 дБ.
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи
151
Таблица 5.4
Время суток, ч Частота, МГц Отношение уровеней атмосферных помех, дБ/мкВ
зима весна лето осень
00-04 10 -12 0 -5 -10
20 -30 -30 -40 -35
04-08 10 -15 +3 -10 -5
20 -30 -20 -20 -25
08-12 10 +20 +20 +10 +8
20 +5 0 0 -2
12-16 10 +23 +20 +20 +20
20 +10 0 0 -6
16-20 10 0 +10 + 10 +3
20 -20 -20 -10 -25
20-24 10 -5 -5 0 -8
20 -30 -30 -25 -25
В табл. 5.5 приведен вес рассмотренных параметров, влияющих на
энергетические характеристики радиолиний. Согласно этим параметрам сис-
тема с ВРП обеспечивает суммарный энергетический выигрыш около 25 дБ.
Это значение не учитывает выигрыш, который можно получить за счет кол-
лективного использования рабочих частот [26] и автоматизации управления
системой связи с ВРП.
Таблица 5.5
Энергетическая характеристика Выигрыш, дБ
Антенные системы +20
Атмосферные помехи +15
Затухание сигнала при распространении -10
Суммарный показатель +25
Как следует из данных, приведенных в табл. 5.3 и 5.4, условия возрас-
тания затухания сигнала на трассах практически совпадают с условиями
уменьшения уровня атмосферных помех на них. Это означает, что энергети-
ческий выигрыш системы связи с ВРП по сравнению с системой «прямых
связей» слабо зависит от сезона и времени суток.
Система связи с ретрансляцией поверхностной волны (РПВ).
В этой системе затухание сигнала на трассах между ретрансляторамйТа также
параметры приемных и передающих антенн ретрансляторов можно считать
одинаковыми. Считаем также постоянным уровень атмосферных помех в зо-
не. Тогда мощность помех на входе первого ретранслятора:
152
Системы и устройства коротковолновой связи
Р = E2-^t,
П.Р* 1>64t,
где £„.з - напряженность поля атмосферных помех в зоне; т] - КПД при-
емной антенны ретранслятора; X - длина волны, примерно одинаковая у всех
ретрансляторов; с ~ 5765.
После первой ретрансляции мощность помех Рп.р2 на входе второго
ретранслятора складывается из мощности атмосферных помех Рп.рь дейст-
вующих в зоне, и мощности помех Рпп1, переизлученных первым ретрансля-
тором:
(5-22)
l + KplGL2— 1
с
ci2
^+p^gl2-^ = p^
где G - коэффициент усиления передающей антенны ретранслятора; е - ко-
эффициент усиления приемной антенны ретранслятора; L - затухание сигна-
ла на трассе между ретрансляторами; Кр1 = Рр/ (Pci+Pn.pi) - коэффициент пе-
редачи ретранслятора по мощности; Рр - мощность передатчика ретранслято-
еА.2
pa; Р 1 = Р GL?--мощность сигнала на входе первого ретранслятора.
с р с
Обозначим через h2 = £cl/£npi отношение мощностей сигнала и поме-
хи на входе первого ретранслятора. Для обеспечения нормальной работы
приемника ретранслятора должно выполняться условие h2 » 1. Тогда
К hl ^РР 1
₽* Рс11 + й? РС1 GlhX/c'
С учетом (5.24) выражение (5.23) принимает вид РП.Р2 = 2Pn.pi-
После второй ретрансляции мощность сигнала на входе приемника
ретранслятора
Р = Р
Гп.р2 1 п.р!
^-P^+P^GL2^-^
П.р]
( Рэ2 Y
1 + £„,GL2 —+ £,£, CL2—]
Р2
с ’ “pl Р2
(5.23)
(5.24)
(5.25)
В (5.25)
к -
₽2 Л21 + Й2 Рс2
где % - РЛ/Рпр2 - отношение мощностей сигнала и помехи на входе второго
ретранслятора.
р hl „Рр
(5.26)
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи
153
Тогда !( рУ2 Кр2 = = 1/ GL2 — / I С ) и Р =ЗР 2 п.рЗ п.р! ’ = Кр (5.27) (5.28)
Аналогично можно показать, что
Р « Р Р — кР гск Гс1 9 гп.рк К7п.р1 * (5.29)
Следовательно, ОСП на входе абонентской радиостанции после (&-1)-й
ретрансляции в системе связи поверхностной волной
h2 = h2 - —- —^с| = * рпв р кр 1 п.р* Il.pl Р Г}!2 2 Р GI2D с _rpUbb> , (5.зо) кЕ2 пз 1,64с
где D - КНД приемной антенны ретранслятора поверхностной волны.
Обозначим отношение h^/h^ через Вг- Тогда Вг характеризует вы-
игрыш в ОСП системы связи с ВРП относительно системы с ретрансляцией
поверхностных волн. С учетом (5.14) и (5.30) имеем
h2 р _ ПВРП _ у l'Y PfiD'k р р , (5.31)
2 h2 Г|РПВ и <L > PfiD1' , , , I i-Y-^Л-- G
PGD
где штрихом обозначены величины, относящиеся к системе с ретрансляцией
поверхностной волны, двумя штрихами - к ретранслятору, а индексом р -
к зоновым станциям системы радиосвязи с ВРП.
Выигрыш, дБ,
B2=201g
+ 201g -
Р D"
+ 101g-^ + 101g—+
Р D
+ 101g^-+101g
G
P"G"Dpk
P'G”Dp +yPpGpD"
(5.32)
Оценим каждое слагаемое (5.32). Предположим, что суммарные мощ-
ности передатчиков на радиолиниях с ВРП и РПВ одинаковы. Общая мощ-
ность передатчиков Вх системы радиосвязи с ВРП равна Рр + 2Р". Если поло-
жить Рр =2В"=100 Вт, тогда Bs=200 Вт. Расстояние между абонентскими
радиостанциями в зоне полагаем равным 500 км. Если ретранслятор исполь-
зуется через 10 км, то в радиолинии имеется 51 радиостанция и мощность
каждой из них Р' = Ру./51 =4 Вт. При этом в (5.32) lg(Pp/P/)=14 дБ. Если
ретрансляция в системе с РПВ осуществляется через 50 км, то Р'= 18 Вт,
154
Системы и устройства коротковолновой связи
a 101g(Pp/P') = 7,5 дБ. Таким образом, выигрыш по мощности системы связи
с ВРП по сравнению с системой РПВ составляет в среднем около 10 дБ.
Воспользовавшись данными табл. 5.1 и 5.2, можно записать: £>"=130,
D' = 8, Gp = 70, G' = 4. Тогда выигрыш системы связи с ВРП из-за антенных
систем составит
101g(£>"/£»') + 101g(Gp/Gz) = 24,5 дБ. (5.33)
Первое слагаемое (5.32) зависит от помеховой обстановки. Уровень
помех в верхней области ДКМ диапазона, как было показано выше, на 20...30
дБ ниже, чем в нижней области. Поэтому по помеховой обстановке система
связи с ВРП имеет выигрыш около 20 дБ по сравнению с системой с РПВ.
Ослабление сигнала (согласно [77]) Ll=k/4nr. При Х=50 м, г= 10 км
имеем £' = 4-1(У4; при Х = 50 м и г=50 км £' = 810'5. Для системы связи с ВРП,
согласно данным табл. 5.3, при вынесении ВРП из зоны на расстояние
примерно 2500 км £"=2-10'5. Тогда при г = 10 км 201g(£'7 £') = -26 дБ, а при
г=50 км 201g(£"/£')=-12 дБ. Таким образом, проигрыш системы связи с
ВРП по отношению к системе с РПВ за счет ослабления сигнала в среднем
составляет 20 дБ.
При указанных значениях Рр. Р". Gp, G", Dp. £)" и у=0,3...3 последнее
слагаемое в (5.32) дает выигрыш при г=50 км 6...9 дБ; при г=10 км
13... 16,5 дБ. Таким образом, выигрыш системы связи с ВРП по сравнению
с системой РПВ за счет многократной ретрансляции сигнала в среднем 10 дБ.
Суммарный выигрыш системы связи с ВРП по сравнению с системой
РПВ В2 = -19 4-10-1- 24,5 4- 20 + 10 = 45,5 дБ. Таким образом, из трех рассмот-
реиных систем связи наиболее эффективна система связи с вынесенным
из зоны ретранслятором.
5.2. Эффективность зоновой системы КВ радиосвязи
по критерию средних материальных потерь
Как было показано в главе 3, наиболее полную оценку качества работы
системы связи можно получить, используя критерий средних материальных
потерь (СМП) пользователя. Проанализируем эффективность функциониро-
вания ЗСДР, оценивая выигрыш от использования вынесенного ретранслято-
ра, при этом воспользуемся методикой (см. гл. 3), разработанной с учетом
особенностей современных систем КВ радиосвязи. Эта методика учитывает:
передаче информации предшествует процедура установления связи по одно-
му из служебных каналов, включающая анализ пригодности частот, пере-
стройку оборудования и обмен служебными радиоданными; возможность
использования различных видов работы (при анализе применяется узкопо-
лосная частотная телеграфия - ЧТ), причем с цепью повышения помехо-
устойчивости каждое сообщение кодируется каким-либо кодом (при анализе -
инверсным). Если невозможна передача информации с первого раза, с за-
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи
155
данной интенсивностью предпринимаются повторные попытки; для установ-
ления и поддержания соединения между двумя корреспондентами через ВРП
на ретрансляторе необходимы приемник и передатчик (полукомплект) для
связи с абонентом i и аналогичный набор оборудования для связи с абонен-
том j (рис. 5.1), которые в дальнейшем будем называть комплектом приемо-
передающей аппаратуры ВРП.
Рис. 5.1
Для анализа систем КВ радиосвязи выбраны следующие, достаточно
типичные, исходные данные: количество абонентов Na6 - 30...50; количество
информационных каналов (частот) Уинф.к - 6... 16; время анализа (длитель-
ность выбора наилучшей частоты) - 10 с; время перестройки оборудования -
1 с; интенсивность поступления сообщений от одного абонента X - 1 заявка в
час; среднее количество символов в сообщении Л'симв - 600; средний интервал
времени для повторной заявки - 500 с; максимальное количество повторов
при передаче символа - 3; количество посылок, кодирующих символ, - 10;
количество посылок, кодирующих служебный сигнал, - 9; вероятность иска-
жения сигнала вызова - 10'3; количество информационных посылок - 5;
среднеквадратическое отклонение ОСП - 0,01; корреляционная характери-
стика - экспоненциальная.
Для сравниваемых систем с непосредственной связью абонентов между
собой и системы с ВРП при анализе принято (в скобках указаны данные для
системы связи с ВРП): среднее время работы канала - 500 (900) с; среднее
время восстановления канала - 500 (100) с; длительность служебного сооб-
щения - 0,09 (0,03) с; количество служебных каналов - 1 (2); длительность
одного символа - 0,1 (0,033) с; вероятность связности сети, учитывающая не-
возможность организации связи между ее узлами из-за наличия «мертвой зо-
ны» и непрохождения радиоволн - 0,93 (0,9988); среднее ОСП на входе
156
Системы и устройства коротковолновой связи
приемника абонента - 200 (.400); среднее ОСП на входе приемника ВРП -
600; интервал корреляции - 2 (0,3) с; количество комплектов аппаратуры на
ВРП - 4; среднее время работы канала на ВРП - 105 с; среднее время восста-
новления канала на ВРП - 0 с; отношение регулярной и случайной состав-
ляющих - 3.
В дальнейшем при анализе систем некоторые из приведенных данных
могут быть уточнены.
Проанализируем влияние интенсивности поступления сообщений X на
СМП пользователя при различном количестве информационных каналов:
Цшф.к - 6, 8, 10, 12. Результаты расчетов зависимости выигрыша В от интен-
сивности поступления сообщений от одного абонента X заявок в час (з/ч) при
применении в КВ системе связи ВРП показаны на рис. 5.2 [9]. При малом
количестве канатов выигрыш с ростом интенсивности поступления
сообщений довольно резко падает, поскольку в этом случае в обеих системах
быстро наступает перегрузка каналов. С увеличением количества каналов
СМП пользователя в системе связи с ВРП растут медленнее, чем в системе с
«прямыми» связями, при этом выигрыш максимален. Снижение выигрыша
при дальнейшем увеличении интенсивности связано с большей
чувствительностью системы связи с ВРП к изменению нагрузки по
сравнению с системой «прямых связей».
Рис. 5.2
Влияние интенсивности повторных попыток Хповт на СМП пользователя
при различном количестве абонентов (Nae = 20, 30, 40, 50) можно проследить
по рис. 5.3 [9]. Здесь Уинф.к = 10, X = 2 заявки в час, NCHMB = 600 символов. Как
видно из рисунка, при 30 абонентах наблюдается максимум выигрыша прак-
тически во всем диапазоне изменения интенсивности повторных попыток.
Это связано с тем, что при увеличении Хповт СМП пользователя в системе
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи
157
с ВРП уменьшаются, а в системе «прямых связей» растут. При малом количе-
стве абонентов изменение СМП с ростом интенсивности повторных попыток
незначительно, но различие возрастает с увеличением количества абонентов.
Рост числа абонентов приводит к перегрузке повторными попытками каналов
и в системе с ВРП, что обуславливает уменьшение выигрыша с ростом их
интенсивности.
Рис. 5.3
Влияние временной интенсивности сосредоточенных помех, оценивае-
мой с помощью отношения Тпоы!Тр (Тр - средний интервал между появле-
ниями сосредоточенной помехи на одном и том же канале связи, Тпоы - сред-
нее время поражения канала связи сосредоточенной помехой), на СМП поль-
зователя при изменении среднего количества символов в сообщении NCMMB
поясняет рис. 5.4 [9]. При этом были использованы следующие исходные
данные: NCKMB = 200, 400, 600 и 800 символов; = 30; Киф.к = 10; X = 2 заявки
в час; Хповт = 0,002 1/с.
Согласно рис. 5.4, при больших по объему сообщениях наблюдается
максимум выигрыша при определенной временной интенсивности сосредо-
точенных помех. Это объясняется тем, что при малой временной интенсивно-
сти сосредоточенных помех в системе связи с ВРП из-за ее меньшей чувстви-
тельности к сосредоточенным помехам СМП растут не так резко, как в сис-
теме «прямых связей» и, следовательно, выигрыш увеличивается. С увеличе-
нием временной интенсивности сосредоточенных помех в системе «прямых
связей» имеет место перегрузка каналов, и СМП растут медленно, как и в
системе с ВРП, поэтому выигрыш начинает уменьшаться. При малом количе-
стве передаваемых символов перегрузка имеющихся каналов в системе «пря-
мых связей» отсутствует (при временной интенсивности сосредоточенных
помех, лежащей в пределах Тпоы]Тр = 0...1), и выигрыш монотонно растет.
158
Системы и устройства коротковолновой связи
Рис. 5.4
Влияние нестационарности состояния ионосферы, оцениваемой с по-
мощью СКО ©ли среднего коэффициента передачи ионосферы, на СМП поль-
зователя при различном среднем ОСП (/i^ =25, 50, 100, 200) можно просле-
дить по графикам рис. 5.5 [9], построенным при Na6 = 30, Р,1Нф.к = 10, Л = 2 за-
явки в час, Лповт = 0,002 1/с, NCHMB = 600 символов, Тр = 500 с, = 500 с. Со-
гласно рис. 5.5 при увеличении среднего ОСП значение выигрыша В увели-
чивается, в пределе стремясь к определенной величине. Снижение выигрыша
с ростом нестационарности состояния ионосферы обусловлено высокой кор-
реляцией замираний в системе связи с ВРП из-за специфики распространения
радиоволн.
Рис. 5.5
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи 159
На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:
• при изменении интенсивности поступления сообщений система
связи с ВРП обеспечивает выигрыш по СМП от 8 до 72%;
• при изменении интенсивности повторных попыток выигрыш со-
ставляет от 45 до 90%;
• изменение временной интенсивности сосредоточенных помех
в меньшей степени компенсируется применением ВРП, при этом значение
выигрыша колеблется в пределах от 16 до 34%;
• при изменении нестационарное™ состояния ионосферы обеспе-
чивается выигрыш от 29 до 66%.
Таким образом, применение ВРП в составе зоновой системы КВ радио-
связи обеспечивает значительный выигрыш в эффективности ее функциони-
рования, составляющий в среднем 60%.
5.3. Эффективность зоновой системы КВ радиосвязи
в условиях чрезвычайной ситуации
Особенности построения абонентских радиосредств и ретранслято-
ров при чрезвычайных ситуациях. Перед анализом эффективности ЗСДР в
условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС) отметим особенности построения
оборудования сети связи, что позволит в дальнейшем правильно выбрать ис-
ходные данные.
Скорость приближения и развития ЧС часто настолько высока, что не
дает возможности для развертывания в зоне бедствия стационарной сети свя-
зи. Кроме того, специфика большинства ЧС, особенно крупных, требует по-
стоянного перемещения абонентов в районе ЧС, в результате чего они выну-
ждены использовать для связи минимальный набор мобильной или даже пе-
реносной аппаратуры: портативные маломощные приемопередатчики и нена-
правленные антенны.
Невысокие показатели абонентских радиосредств компенсируются пу-
тем создания на ВРП мощного радиоцентра. Удаленность ВРП от места воз-
никновения катастрофы на значительное расстояние (2500...3500 км) и раз-
мещение вблизи крупных населенных пунктов позволяет сделать его стацио-
нарным и оборудовать высокоэффективной аппаратурой [36, 118]: мощными
передатчиками, чувствительными приемниками, направленными антеннами,
устройствами оценки качества каналов и пр. (рис. 5.6).
В сложной обстановке, сопутствующей ЧС, огромное значение имеет
живучесть системы, и хотя вероятность поражения ВРП ввиду его удаленно-
сти от центра ЧС мала, основной ретранслятор целесообразно зарезервиро-
вать вспомо! ательным с тем же набором аппаратуры. Запасной BPI1 может
быть использован не только в случае полного или частичного выхода из
строя основного, но и для повышения качества работы системы в случае, если
основной ВРП не будет справляться с возросшей нагрузкой. Для обеспечения
160
Системы и устройства коротковолновой связи
Рис. 5.6
связи с комиссиями и организациями высшего эшелона, ответственными за
ликвидацию последствий ЧС, могут быть задействованы как КВ каналы, так
и каналы внешних по отношению к ЗСДР сетей связи (спутниковых, радио-
релейных и др.), для чего ретранслятор должен иметь соответствующий вы-
ход к таким сетям.
Для автоматизации управления ВРП оснащается автоматизированным
управляющим информационно-вычислительным центром, программное
обеспечение которого должно включать: программы автоматизированного
управления работой сети и ее отдельных устройств; программу идентифика-
ции состояния внешней среды; модель сети связи и базу данных с информа-
цией о возможных методах адаптации, позволяющих в случае ухудшения ка-
чества работы системы повысить ее эффективность до заданных показателей;
вспомогательное программное обеспечение. Сетевые управляющие програм-
мы должны разрабатываться с учетом специфики построения конкретной
системы и используемой аппаратуры. В качестве модели сети может исполь-
зоваться рассмотренная в главе 4 аналитико-имитационная модель, сочетаю-
щая высокие показатели адекватности и быстродействия, которая может слу-
жить также основой для создания базы данных. Состав вспомогательного
программного обеспечения включает в себя различные прогнозирующие про-
граммы для расчета параметров сигнально-помеховой обстановки, состояния
ионосферы, возможных изменений режимов функционирования системы,
программы статистической обработки данных, оценки срочности и ценности
принимаемой информации и т.д.
Эффективность ЗСДР в условиях ЧС. Определить типичные значения
исходных данных даже применительно к конкретному виду ЧС чрезвычайно
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи
161
сложно, поскольку на них влияет целый ряд случайных факторов: характер и
масштаб ЧС, наличие и развитость инфраструктуры региона (в частности, нали-
чие крупных предприятий, разрушение которых может дать дополнительный
толчок к развитию ЧС, изменению ее масштабов, невозможности локализации,
возникновению экологической катастрофы и т. д.), оперативность оповещения
соответствующих ведомств и служб о возникновении ЧС и необходимости нача-
ла аварийных работ, длительность подготовки к их организации и проведению.
Основные данные, которые были использованы при анализе различных
систем КВ радиосвязи в условиях ЧС, совпадают с аналогичными данными,
указанными в § 5.2. Учитывая специфику работы сравниваемых систем связи
в условиях ЧС, принято: интенсивность поступления сообщений от одного
абонента Л - 3 заявки в час; среднее количество символов в сообщении
Усимв - ЮО; средний интервал времени для повторной заявки - 300 с.
Проанализируем влияние интенсивности поступления сообщений Л на
СМП пользователя при различном количестве информационных каналов:
УИНф.к = 6, 8, 10, 12 (рис. 5.7).
Рис. 5.7
Сравнение графиков рис. 5.2 и 5.7 показывает, что из-за меньшей ин-
формационной нагрузки на имеющиеся каналы связи наблюдается максимум
выигрыша даже при небольшом их количестве [9]. Это объясняется тем, что
даже при небольшом числе каналов рост информационной нагрузки на на-
чальном этапе мало влияет на функционирование системы связи с ВРП в от-
личие от системы «прямых связей». Отметим, что максимальное значение
выигрыша больше при малом количестве каналов, однако при их увеличении
значение выигрыша меняется незначительно. Это происходит оттого, что при
большом числе каналов СМП пользователя и в системе с ВРП, и в системе
«прямых связей» меняются незначительно.
11 - 5869
162
Системы и устройства коротковолновой связи
Влияние интенсивности вторичных попыток ЛПОВт на СМП пользователя
при различном количестве абонентов (Nae = 20; 30; 40; 50) и У|1Нф.к = 10, Л = 5
заявок в час, Ю0 символов поясняет рис. 5.8 [9]. Как видно из этого
рисунка, из-за противоположного характера изменения СМП пользователя
(что вызвано меньшей информационной нагрузкой) выигрыш В с ростом ин-
тенсивности повторных попыток монотонно растет.
Гис. 5.8
Изменение временной интенсивности сосредоточенных помех TmttjTp
также приводит к монотонному изменению СМП пользователя (рис. 5.9). От-
сутствие максимума выигрыша обусловлено меньшей информационной на-
грузкой, когда СМП в сравниваемых системах изменяются достаточно резко
в пределах заданного интервала Tn(M/Tv . Графики рис. 5.9 были получены при
следующих исходных данных: ?/симв = 80, 100, 120 и 140 символов; ГИНф.к= Ю;
7Va6 = 30; Л = 5 заявок в час; Хловт = 0,0033 1/с.
Влияние нестационарности состояния ионосферы на СМП пользовате-
ля при различном среднем ОСП на входе приемника (h^ = 25, 50, 100, 200)
можно проследить по рис. 5.10 [9]. Здесь Na5 = 30; ГИНф.к = 10; Л = 5 заявок в
час; Лповт = 0,0033 1/с; NCUMB= 100 символов; Тр = 500 с; Тпом = 500 с. Сравнивая
графики рис. 5.5 и 5.10, отмечаем, что зависимости выигрыша от СКО олн
среднего коэффициента передачи ионосферы в условиях ЧС и нормальных
условиях функционирования схожи.
Таким образом, проведенный анализ сравниваемых в условиях ЧС сис-
тем КВ радиосвязи показал, что:
• при изменении интенсивности поступления сообщений выигрыш
В изменяется от 24 до 62%;
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи
163
• рост интенсивности вторичных попыток приводит к увеличению
выигрыша с 50 до 72%;
• изменение временной интенсивности сосредоточенных помех вы-
зывает изменение выигрыша от 23 до 37%;
• рост нестационарное™ состояния ионосферы обеспечивает выиг-
рыш от 40 до 57%.
Рис. 5.9
в
А о ’ 200 /
/
100 у/ у/
50
25 у/
О 0.3
Рис. 5.10
По сравнению с обычными условиями функционирования уменьшение
информационной нагрузки в условиях ЧС приводит как к уменьшению выиг-
рыша, так и к уменьшению разброса его значений. В целом в условиях ЧС
применение ВРП увеличивает выи’рыш по СМП пользователя в среднем до
50%. Поскольку в системе связи с ВРП для организации радионаправления
п*
164
Системы и устройства коротковолновой связи
требуется вдвое большее по сравнению с системой «прямых связей» количе-
ство частот, увеличение временной интенсивности сосредоточенных помех
более сильно влияет на функционирование системы с ретранслятором, осо-
бенно в условиях ЧС.
Существенное влияние на эффективность применения повторных по-
пыток оказывает информационная нагрузка. Совместное влияние информа-
ционной нагрузки и сосредоточенных помех при ограниченности числа кана-
лов приводит к образованию максимума выигрыша. Незначительный рост
временной интенсивности сосредоточенных помех вначале вызывает умень-
шение числа переходов сообщения с частоты на частоту, а следовательно,
времени занятия канала, лишь незначительно снижая вероятность полной пе-
редачи сообщений. Это уменьшение в некоторой степени компенсируется
повторными попытками, которые незначительно увеличивают информацион-
ную нагрузку. С дальнейшим ростом временной интенсивности сосредото-
ченных помех начинает сказываться перегрузка каналов, что приводит к рез-
кому снижению вероятности полной передачи сообщений. Это приводит к
резкому росту числа повторных попыток, однако из-за перегрузки каналов
большая их часть оканчивается неудачей, вызывая лишь новые повторные
попытки.
Отметим, что эффективность применения той или иной системы связи
зависит от всего комплекса действующих на систему связи внешних и внут-
ренних факторов. Систему с непосредственной связью абонентов целесооб-
разно эксплуатировать в случаях, когда информационная и помеховая обста-
новка позволяет эффективно использовать имеющиеся прямые каналы. Сис-
тема связи с ВРП остается работоспособной в более тяжелых условиях (более
высокая информационная нагрузка, нестационарность расположения абонен-
тов, ограниченное количество информационных каналов). Однако ВРП необ-
ходимо размещать в местах, где временная интенсивность сосредоточенных
помех и нестационарность состояния ионосферы в области отражения радио-
волн невелики.
Система с ВРП обеспечивает выигрыш в отношении сигнал-помеха
вследствие использования антенных систем и минимизации атмосферных
помех, незначительно уступая системе «прямых связей» в затухании сигнала
при распространении, при этом суммарный энергетический выигрыш при
использовании ВРП даже без учета коллективного использования рабочих
частот и автоматизации управления системой связи составляет в среднем
25 дБ. По сравнению с системой связи с ретрансляцией поверхностной вол-
ной выигрыш системы с ВРП достигает 45 дБ.
Область применения системы «прямых связей» и системы с ВРП зави-
сит от всей совокупности действующих на систему связи внешних и внут-
ренних факторов. Система «прямых связей» эффективно работает тогда,
когда информационная нагрузка и помеховая обстановка позволяют исполь-
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи 165
зовать прямые каналы с низкими скоростями передачи. Система связи с
ВРП может функционировать в более тяжелых условиях и при более широ-
ком диапазоне изменения параметров, обеспечивая значительный выигрыш в
эффективности по сравнению с системой «прямых связей» как в неэкстре-
мальных условиях функционирования, так и в условиях ЧС.
Для обеспечения высокого качества работы таких систем необходимо
реализовать ряд технических решений: оборудовать ретранслятор высоко-
эффективной аппаратурой приема-передачи, оценки качества каналов и пр.;
обеспечить автоматизацию и адаптацию работы сети, контроль и прогно-
зирование сигнально-помеховой и информационной обстановки, централизо-
ванное распределение частотного ресурса за счет размещения на ВРП ав-
томатизированного управляющего центра; необходимо также принять ме-
ры для обеспечения низкой временной интенсивности сосредоточенных по-
мех в местах размещения ретрансляторов.
6. АДАПТАЦИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ
КВ РАДИОСВЯЗИ
6.1. Структура автоматизированной сети
КВ радиосвязи. Адаптивное управление
Как уже отмечалось в гл. 1, современная система КВ радиосвязи долж-
на быть полностью автоматизированной, работающей в адаптивном режиме.
Под адаптацией понимают способность системы оптимизировать себя или
свое окружение при неблагоприятных для нее изменениях для частичного
или полного восполнения качества своего функционирования. Автоматизи-
рованная адаптивная система должна обладать возможностью экстраполиро-
вать свое оптимальное качество, т.е. обладать способностью прогнозировать
изменение своего состояния. Заметим, что для таких систем характерна су-
щественная нестационарность обстановки функционирования, обусловленная
как меняющимися условиями распространения радиоволн, так и неравномер-
ностью поступающей в сеть нагрузки и нестационарностью помеховой об-
становки.
Автоматизированные системы КВ радиосвязи относят к большим сис-
темам [160]. К отличительным признакам структурно-функциональной орга-
низации больших систем можно отнести: многообразие природы элементов и
связей, определяющих структуру объекта, многокритериальность, функцио-
нальную и структурную вариантность и устойчивость. Подобные системы
проектируют на основе системного подхода, обеспечивающего изучение ее
поведения в целом как единого объекта, выполняющего определенную функ-
цию в конкретных условиях. Системный подход учитывает взаимодействие
между отдельными частями системы, от которых зависит достижение ею за-
данной цели, влияние окружающей среды, а также воздействие других сис-
тем, с которыми данная система взаимодействует и контактирует. Функцио-
нирование любой большой системы всегда связано с процессами управления
и адаптации.
В соответствии с общим определением различают четыре типа адапта-
ции: внешне-внешняя - реакция на внешнее воздействие проявляется в моди-
фикации окружения; внешне-внутренняя - реакция на внешнее воздействие
проявляется в модификации самой себя; внутренне-внешняя - система в за-
висимости от внутренних изменений модифицирует окружение; внутренне-
внутренняя - система в зависимости от внутренних изменений модифициру-
ет саму себя.
Адаптивная автоматизированная система КВ радиосвязи имеет укруп-
ненную структурную схему, показанную на рис. 6.1. Ее составными частями
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи_________167
являются: система контроля, основывающаяся на датчиках состояния систе-
мы; система управления, включающая в себя компьютер, который принимает
решения об адаптивном управлении, блок формирования команд управления
параметрами и алгоритмами обслуживания и контура адаптивного управле-
ния; собственно система радиосвязи. Датчики состояния вырабатывают ин-
формацию о прохождении радиоволн, помеховой обстановке, состоянии ра-
диосредств, показателях качества каналов связи. Эти датчики обеспечивают
оперативный контроль состояния системы радиосвязи.
Рис. 6.1
Система управления по показаниям датчиков состояния определяет
влияние различных параметров на показатель качества системы радиосвязи
для адаптивного управления отдельными звеньями или всей системой в це-
лом. Таким образом, к обобщенным функциям системы управления можно
отнести: контроль за текущим состоянием объектов, основывающийся на
сборе и информационной обработке контролируемых параметров; определе-
ние степени несоответствия значений текущих параметров заданным; приня-
тие решения об изменениях в системе; исполнение решения; автоматическое
слежение за основными параметрами системы для прогнозирования их изме-
нений и т.д.
168
Системы и устройства коротковолновой связи
При оценке качества системы радиосвязи выбирают функционал, зави-
сящий как от совокупности частных показателей качества, так и от относи-
тельной важности отдельных характеристик. Числовое выражение этого
функционала называют глобальным показателем качества', им пользуются
при определении наилучших вариантов построения системы, оперируя при
сравнении экстремальными или пороговыми оценками качества [30].
Однако глобальный показатель качества системы радиосвязи, являясь
эффективным для ее оптимизации, малопригоден при выборе оптимальных в
данной помеховой обстановке режимов работы отдельных каналов связи. Это
объясняется достаточно низкой чувствительностью глобального показателя
качества по отношению к частным показателям, а также иерархической
стр)ктурой системы радиосвязи. Поэтому, оценивая качество отдельных ка-
налов, удобнее пользоваться верностью приема информации, устанавливаю-
щей меру соответствия принятого сообщения переданному. Верность, явля-
ясь интегральной характеристикой качества канала, зависящей от различных
его параметров, в процессе осуществления связи определяет эффективность
информационного обмена.
Для определенности в дальнейшем под адаптацией будем понимать
поиск оптимума критерия качества всей системы, а под управлением - опти-
мизацию частного, локального критерия качества. Любое управление можно
назвать адаптивным, если его эффективность оценивается не по локальному
критерию, например, по верности приема информации, а по глобальному по-
казателю качества.
Систему управления реализуют на быстродействующих ЭВМ с боль-
шим объемом памяти. Для принятия решений об адаптивных изменениях
должны быть разработаны эффективные алгоритмы обработки данных от
датчиков состояния системы радиосвязи. Здесь возможны два основных ва-
рианта построения адаптивной системы. В первом экстремум (или пороговое
значение) глобального показателя качества находят путем постоянных проб-
ных изменений параметров или алгоритмов функционирования системы свя-
зи. В таких адаптивных системах необходимо время на поиск оптимального
решения, но алгоритм обработки данных более прост и требует меньшего ко-
личества информации для вычисления оптимального решения. Во втором ва-
рианте построения изменения в системе радиосвязи производятся в результа-
те аналитического определения условий, при которых она обеспечивает экс-
тремум критерия качества. В такой системе также необходимо время для вы-
числения оптимального решения, однако в течение этого времени связь не
нарушается. Первый вариант построения адаптивной системы в литературе
называют поисковым, второй - беспоисковым [70, 111].
В КВ радиосвязи применяют в основном беспоисковые адаптивные
системы, содержащие модель системы связи, в которую заложена информа-
ция о ее динамических характеристиках. Применение модели позволяет осу-
ществить необходимую адаптацию в системе связи достаточно простыми
средствами, получить существенный выигрыш во времени; при этом управ-
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
169
ление на моделях по сравнению с управлением на объектах не связано, как
уже отмечалось, с неизбежными потерями времени на поиск оптимума.
Беспоисковые самонастраивающиеся системы используют в основном
две модели системы связи [16, 59]. эталонную и настраиваемую. В системах с
эталонной моделью адаптивные изменения осуществляются непосредственно
исходя из анализа состояния этой модели и показаний датчиков состояния
системы радиосвязи В системах с настраиваемой моделью осуществляются
предварительная идентификация параметров модели и последующая под-
стройка системы на основе информации о параметрах модели.
Использование эталонной модели в автоматизированной системе КВ
связи затруднено из-за чрезвычайной сложности создания точной модели та-
кой системы. Поэтому при разработке автоматизированных КВ систем связи,
по-видимому, основное применение найдут адаптивные системы с настраи-
ваемой моделью.
Собственно система связи (рис. 6.1) включает в себя объект управления -
сеть абонентских станций и среду, оказывающую влияние на характеристики
объекта управления. В автоматизированной системе радиосвязи можно выде-
лить три контура адаптивного управления: параметрический, алгоритмический
и структурный. Параметрическая адаптация достигается изменением парамет-
ров системы связи. При ней можно управлять мощностью передатчика, сменой
рабочих частот - переход на частоты с меньшей помеховой нагрузкой и луч-
шим распространением, скоростью передачи дискретных сообщений в отдель-
ных каналах, диаграммами направленности антенн в азимутальной плоскости,
изменением способа модуляции сигнала и т.д. Это обеспечивает приспособле-
ние системы радиосвязи к локальным критериям качества функционирования
отдельных каналов. Однако условия электромагнитной совместимости могут
потребовать перехода на уровне параметрической адаптации к адаптивным
управлениям, когда обеспечивается совокупное управление параметрами сис-
темы по оценке глобального показателя качества.
В системе КВ радиосвязи - иерархической системе с перекрывающи-
мися полями одного слоя - причины отклонения параметров ее состояния
могут превысить уровень компетенции системы управления в контуре пара-
метрической адаптации. В таком случае заявку на обслуживание абонентов
нужно передавать на более высокий уровень обслуживания. Этого можно до-
биться путем изменений в алгоритме функционирования системы радиосвя-
зи. Таким образом, адаптационные свойства этого уровня обеспечиваются
алгоритмической адаптацией.
Изменения окружающей среды все же могут быть настолько сущест-
венными, что адаптационные механизмы на параметрическом и алгоритми-
ческом уровнях не могут обеспечить нормальное функционирование систе-
мы, определяемое заданным показателем качества. В этом случае система
связи становится непригодной для выполнения заданных функций и поэтому
должна обладать адаптационным механизмом еще более высокого уровня,
обеспечивающим целенаправленное изменение самой структуры системы.
17')
Системы и устройства коротковолновой связи
Этот уровень адаптации называют структурным. Структурная адаптация
предполагает параметрическую и алгоритмическую адаптации, а алгоритми-
ческая адаптация - параметрическую (рис. 6.1). Поэтому нет смысла рассмат-
ривать адаптацию высшего уровня в отрыве от низших - это может оказаться
некорректным.
Задача проектирования оптимальной системы КВ радиосвязи формули-
руется как максимизация (минимизация) многокритериальной целевой функ-
ции, зависящей от переменных всех уровней адаптации. Однако высокая не-
стационарность условий функционирования - это основной фактор, затруд-
няющий реализацию оптимальной системы КВ радиосвязи. Реально функ-
ционирующие и функционально устойчивые системы КВ радиосвязи могут
лишь приближаться к оптимальным, т.е. могут быть только квазиоптималь-
ными. Это говорит о том, что в реальной системе может не использоваться
оптимальное адаптивное управление, которое неустойчиво к условиям функ-
ционирования и является сложным и дорогостоящим. Альтернативой опти-
мальному управлению является управление по пороговому значению. При
переходе от оп гимального управления к пороговому эффективность системы
управления снижается значительно медленнее, чем ее сложность.
6.2. Структуры адаптивных управлений
Выше было показано, что систему КВ радиосвязи наиболее целесооб-
разно реа шзовывать с вынесенным ретрансляционным пунктом (ВРП). Сис-
тема радиосвязи с ВРП нестационарная, и функция качества в ней зависит от
множества параметров. Эта система может быть управляемой или неуправ-
ляемой в зависимости от степени технической реализации контроля парамет-
ров и значений функции качества. Сбор и обработка информации контроля
могут быть осуществлены только при централизованном управлении, т.е. при
наличии централизованного ретранслирующего пункта. В процессе эксплуа-
тации функция качества системы должна поддерживаться в заданных преде-
лах или, что наиболее желательно, несмотря на трудную достижимость, при-
нимать экстремальное значение. Процесс адаптации системы состоит в выбо-
ре направления и шага изменений для обеспечения либо экстремума, если он
существует, либо наибольшего (наименьшего) возможного значения в задан-
ных пределах функции качества, если экстремума нет. Обычно имеется дос-
таточно много независимых параметров, изменения которых сказываются на
функции качества, но не вызывают изменений как других параметров, так
и группы параметров, зависимых либо между собой, но не зависящих от дру-
гих, либо имеющих пересекающиеся множества зависимостей. Все это опре-
деляет сложную многоконтурную структуру адаптивного управления систе-
мой. Различные контуры управления охватывают как отдельные параметры,
так и группы параметров и структуры системы связи.
6 Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
171
Система связи может обладать разной глубиной адаптации. Так, адап-
тивные алгоритмы, обеспечивающие приспособление системы к изменениям
локальных характеристик информационных параметров, осуществляют па-
раметрическую адаптацию. При этом изменяется группа практически незави-
симых параметров, по которым можно оптимизировать функцию качества
системы. Алгоритмическая адаптация - это комплекс управлений, затраги-
вающий алгоритм функционирования системы радиосвязи. Ее применение
предполагает знание всей ситуации, складывающейся в системе связи. Осу-
ществить алгоритмическую адаптацию на основании информации о работе
отдельного канала или некоторого подмножества каналов невозможно. Так,
контроль за электромагнитной обстановкой в зоне и выбор оптимального
распределения мощностей радиопередающих устройств и времени их работы
не только затрагивают, но и определяют алгоритм работы сети. При неудов-
летворительной помеховой обстановке, когда число каналов, пригодных для
связи, меньше числа поступивших заявок, оптимальное распределение наи-
более значимых сообщений по наиболее качественным каналам также явля-
ется видом адаптации, определяющим алгоритм работы сети.
Адаптивное изменение структуры системы целесообразно, когда тре-
буемое повышение качества (сохранение работоспособности на заданном
уровне) не может быть обеспечено за счет вариации параметров или смены
алгоритмов. Структурная адаптация возможна только при наличии структур-
ной избыточности, которая в нормальных условиях функционирования ис-
пользуется для повышения надежности системы. В системе радиосвязи с ВРП
отказ от централизации ретранслятора, т.е. переход к распределенному в про-
странстве ретранслятору, повышает ее живучесть в экстремальных условиях.
Структурная избыточность в системе связи с ВРП проявляется в том, что сеть
может как-то функционировать и без ретранслятора.
Как отмечалось в предыдущем параграфе, адаптивное управление бо-
лее высокого иерархического уровня предполагает одновременное управле-
ние и на более низких уровнях. Так, при изменении структуры системы нуж-
но изменять алгоритм функционирования, но не всегда нужно изменять неза-
висимые параметры отдельных каналов несмотря на то, что в большинстве
случаев эти изменения происходят.
В результате воздействий окружающей среды дальнейшая работа
ретранслятора, осуществлявшего обслуживание по приоритетному алгоритму
множественного доступа, может стать невозможной. По заранее обусловлен-
ному плану сеть переходит к системе «прямых связей» (СПС), что, естест-
венно, приводит к смене алгоритма. Сразу же возрастает число используемых
частот, так как ретранслятор как система массового обслуживания обходится
сравнительно небольшим их числом. Возрастают и мощности передатчиков,
так как в отсутствие централизованных рекомендаций каждый корреспондент
будет максимизировать качественные показатели в своем канале. Другие пара-
метры, например, скорость передачи информации, могут остаться прежними.
172
Системы и устройства коротковолновой связи
Параметрическая адаптация может осуществляться по локальным кри-
териям, таким, как отношение сигнал-помеха, вероятность ошибки, или, что
предпочтительнее, по заданной вероятности работы в течение некоторого
времени с вероятностью ошибки не выше пороговой. Однако применение
последнего критерия качества предполагает значительное время наблюдения
канала и, следовательно, не всегда удобно. Алгоритмическую и структурную
адаптации можно осуществлять только на основе глобальной оценки качества
системы. Критерий, лежащий в основе такой оценки, должен учитывать
влияние параметров, алгоритмов и структур на глобальный показатель каче-
ства. Такой критерий может основываться не только на мгновенных оценках
состояния, но и содержать статистические обобщения наблюдений над сис-
темой, поскольку алгоритмические и структурные изменения не осуществ-
ляются быстро, и, что, пожалуй, главное, необходимость в их осуществлении
не возникает вдруг. Глобальный критерий качества системы обязательно
должен содержать в себе элементы прогнозирования ее состояния на бли-
жайшее и отдаленное будущее. Как было показано в гл. 3, критерий этот
должен в большей части носить технико-экономический характер, позво-
ляющий быстро оценить целесообразность процедур в относительных едини-
цах стоимости.
6.3. Обоснование выбора параметров, алгоритмов
и структур при построении контуров
адаптивного управления
Использование каждого нового параметра для адаптации системы ус-
ложняет управление, алгоритм работы и увеличивает время регулирования в
системе радиосвязи. Поэтому при построении адаптивной системы необхо-
димо четко ограничить множество параметров, подлежащих регулированию.
Целевая функция качества системы имеет разную чувствительность к изме-
нению отдельных параметров, алгоритмов и структур. Выбор адаптивных
управлений в известной степени может быть формализован, но окончатель-
ное решение принимается с учетом неформальной оценки пригодности того
или иного параметра для адаптации.
Многолетняя эксплуатация систем КВ радиосвязи позволила выделить
ряд параметров, изменение которых в реальном масштабе времени дает воз-
можность осуществить наиболее эффективное адаптивное управление. Это
рабочая частота, скорость телеграфирования, способ кодирования, диаграмма
направленности приемной антенны в вертикальной плоскости и в меньшей
степени мощность передатчика и др. Адаптация изменением диаграммы на-
правленности приемной антенны может дать выигрыш около 3 дБ [20]. Изме-
нение способа кодирования, скорости телеграфирования фактически позво-
ляет уменьшить вероятность ошибки за счет увеличения времени обмена, т.е.
плата за выигрыш может оказаться чересчур высокой. Наиболее эффективно
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
173
можно повысить отношение сигнал-помеха выбором наилучшей по этому
параметру рабочей частоты из числа выделенных частот.
Проведем сравнение двух вариантов организации зоновой связи: сис-
темы с ВРП и системы с «прямыми» связями - по величине надежности ра-
диосвязи для всех станций зоны. Расчеты проведем для приема сигналов
ОФТ и ЧТ при частотной адаптации на радиолиниях.
Предположим, что радиолиния с частотной адаптацией работает на и
частотах. Измерительный комплекс системы зондирования определяет номе-
ра рабочих подэкстремальных частот по величине вероятности ошибки Рош
и формирует вариационный ряд [22]
< ^ош2 < -•< (6.1)
На основании ряда (6.1) выбираются рабочие частоты, обеспечивающие
минимальную вероятность ошибки в радиолинии в данный момент, т.е. рабо-
тают все время на частотах, при которых обеспечивается Рош1. Если работают
несколько передатчиков, то можно использовать частоты, соответствующие
первым} позициям ряда (6.1).
Соответствующая J-й позиции ряда (6.1) плотность распределения ве-
роятности ошибки [71]
(6.2)
Мл n-j + ч
где B(j, n-j + L) - бета-функция; Л(РОШ) и W(FOw) - соответственно инте-
гральная функция распределения и функция плотности вероятности ошибоч-
ного приема элемента сигнала.
Для нахождения плотности ИТД^), входящей в (6.2), можно использо-
вать зависимость вероятности ошибочного приема элемента сигнала от сред-
него отношения сигнал-помеха для канала с рэлеевскими замираниями
= 1/(2 + yX)- (6.3)
где Лр = Рс/(у1&р) - отношение мощности сигнала к мощности помехи в по-
лосе приема ДГ; - спектральная плотность мощности помехи (белого
гауссовского шума); у - безразмерный коэффициент, который при оптималь-
ном неко1 ерентном приеме сигналов ЧТ равен 1, а при приеме сигналов
ОФТ- у[2.
Значение в КВ радиоканале не является фиксированным, оно слу-
чайным образом медленно изменяется во времени. Причем его флуктуации
на одной рабочей частоте могут быть описаны логарифмически-нормальным
распределением, что соответствует распределению вероятности случайной
величины Z = 101g/i^ по нормальному закону с параметрами Z ио/
174
Системы и устройства коротковолновой связи
wz(^) = '7=^-exp
V2ncz
(6.4)
24
Из (6.3) и (6.4) с помощью известных правил функциональных преоб-
разований случайных величин [84] определим входящие в (6.2) дифференци-
альную и интегральную функции распределения вероятности ошибки:
Г 1-2Р
Wz 101g- ,-ош =
d
dP.
1-2P
wig-,--
У 1 ОШ J
lOlge
—--------==ехр
2л
Л,ш(1-2Р0Ш)а
1-2P -
lOlg-^-Z
____У ОШ_
2cz
(6.5)
W(P0J =
ОШ J
Z
0<РОШ<0,5;
1
2
‘ ОШ I
F(^) = J <fr = -erfc
о z
1-2P
101g -y- 9--Z
У ^OlU
(6.6)
ош <0.5,
(6.7)
2 ” 2
где erfc(x) = —т= fe^dt - дополнительный интеграл вероятности,
л/л '
При работе системы связи на у-й подэкстремальной частоте из числа и
резервных средняя вероятность ошибки
0.5
Р . = fp W (р }dP . •
ОШ J J oin J nj V ОШ J f ОШ J
о
Результаты численного расчета значений Z для разных п, j и вероятно-
стей ошибки Рош. при oz = 15 дБ, выполненные по (6.2)-(6.7), приведены в
табл. 6.1, где значения Z при п = j — l соответствуют отсутствию частотной
адаптации в системе радиосвязи.
Согласно данным табл. 6.1, энергетический выигрыш при
в системе радиосвязи с частотной адаптацией по сравнению с неадаптивной
системой (и = У = 1) и выделении на одну радиолинию п резервных частот
(и = 6; 10; 20) соответственно равен: при j= 1 - 30; 36; 42 дБ, а при j=2 - 23;
30; 37 дБ. Таким образом, система радиосвязи с ВРП по сравнению с систе-
мой с «прямыми» связями внутри зоны, в которой из-за ограниченности час-
тотного ресурса адаптация практически невозможна, обеспечивает энергети-
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
175
ческий выигрыш примерно 30...40 дБ за счет применения частотной адапта-
ции. С увеличением п эффективность частотной адаптации возрастает. На-
пример, для Рош, = 10"* допустимое значение снижается с 37 дБ при п = 6
до 30 дБ при п = 10 и до 23 дБ при и = 20. Реальный выигрыш будет несколько
меньше из-за воздействия сосредоточенных по спектру помех от соседних
радиостанций.
В системе радиосвязи с ВРП наличие единого ретрансляционного
пункта позволяет осуществлять централизованное распределение частотного
ресурса при выборе наилучших частот из числа выделенных. При этом на-
дежность связи существенно повышается.
Таблица 6.1
Значения Z , дБ, при Рош j
10”' кг2 1(Г3 10"* 1СГ5 1СГ6 КГ7 КГ*
1; 1 20 37 50 60 72 82 92 102
6; 1 0 8 20 30 40 50 60 70
10; 1 — 4 14 24 35 45 55 65
20; 1 — — 8 18 28 38 48 58
30; 1 — — 4 14 24 34 44 54
6; 2 3 15 26 37 47 57 67 77
10; 2 — 8 20 30 40 50 60 70
20; 2 - 3 13 23 33 43 53 63
Сравним по надежности системы с ВРП и с «прямыми» связями при
равном числе п резервных частот на одну радиолинию. В системе радиосвязи
с ВРП на т радиолиний необходимо иметь пхт коллективно используемых
резервных частот. В системе с «прямыми» связями для каждой из т радиоли-
ний отводится п жестко закрепленных резервных частот. Тогда эффективно-
сти двух указанных вариантов построения зоновой системы радиосвязи мож-
но оценить отношением их надежностей
g =
(6.8)
где FQJ(PolUfl0n) = f WQl(Poull)dPoull можно определить как вероятность
о
работы группы из I радиолиний при наличии резерва из Q частот с вероятно-
стью ошибки, не превышающей Линдол-
Из (6.2) следует
176
Системы и устройства коротковолновой связи
р
« ' <HU ЖН|
Ъ. ,(P„)=R(l n J[1 -F(PO1U)]'-*[f(P01u)]G-' х
xdF^P°^dP
1
B(l,Q-l + l)
xQ 'dx =
(6.9)
(-1У
Q-l + l + k
____1___Vc*
где F{Poluao„) - интегральная функция распределения вероятности ошибки,
определяемая (6.6); Рош Доп - допустимое значение вероятности ошибки.
Тогда, подставив (6.9) с учетом конкретных значений Q и I в числитель
и знаменатель (6.8), получаем
____________1___________у Гр (р )!*-(<"-1)
В{т, тп -т + 1)% m~l тп -m+\+kV V ошдо"Л
(6.10)
В зависимости от принятых значений Рошдоп величина F{Pошдоп) может
изменяться от 0 до 1, причем нижняя граница соответствует абсолютно нена-
дежному каналу, а верхняя - абсолютно надежному. Можно показать, что
ПРИ F(Poll]noi])=0 $ = оо,апри F(FoulJK,n)=l g = 1. Поэтому, доказав монотон-
ность зависимости g{F) на интервале и<с(/^шдоп)<1, докажем, что #>1,
т.е. надежность связи в системе с ВРП всегда выше надежности в системе с
«прямыми» связями внутри зоны.
Производная от функции g{F)
dg(F)^ 1 (-1Г m-l —к
dF В{т,тп-т±\)^ тп-т + \ + к [^(Ршдоп )]"'*
(тп)\ ^ск (-1/ 1
(лп - 2)!{тп - т)! £ т~2 тп -т + 1 + к [^(Рошдоп)]т'‘
Поскольку-----{тп).----при любых пн т>2,
{т-2)\{тп-т)\
1 1 , / V ОШ доп
гпп — т +14- к L '
т-2
.к
т-2
к=0
-(т-к)
m~2dt>0
(6.12)
при любых п и т, то dg(F)/dF<0. Следовательно, g{F) - монотонно убы-
вающая от со до 1 функция.
Анализ (6.10) позволяет сделать следующие выводы:
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи 177
1) система радиосвязи с ВРП всегда обеспечивает более надежную
связь в группе из п радиолиний по сравнению с системой с «прямыми» свя-
зями при том же общем числе выделенных частот;
2) выигрыш по надежности, обеспечиваемый системой с ВРП, возрас-
тает с увеличением числа резервных частот, однако прирост при переходе от
малых п к большим снижается;
3) указанный выигрыш по надежности будет тем выше, чем ниже на-
дежность отдельных каналов связи F(Pошдоп), определяемая из (6.9).
Осуществлять частотную адаптацию можно двумя способами: 1) смену
рабочей частоты производить каждый раз, когда в имеющемся резерве есть
частота с лучшими условиями связи (экстремальный критерий смены часто-
ты); 2) продолжать работу на данной частоте, пока качество связи не станет
хуже некоторого допустимого (пороговый критерий смены частоты).
Первый способ управления рабочими частотами системы радиосвязи
позволяет обеспечить максимально возможную помехоустойчивость каналов
системы, но требует по сравнению со вторым способом большего переходно-
го времени при изменении рабочей частоты. Время, необходимое для пере-
стройки приемопередающей аппаратуры системы радиосвязи, может оказать-
ся по сравнению с временем стационарности помеховой обстановки настоль-
ко существенным, что приведет к значительным, а порой и недопустимым
потерям информации. Необходимо также учитывать, что вероятность непра-
вильной оценки состояния канала связи должна быть настолько малой, чтобы
неверно принятая служебная информация не вызывала нарушения связи до
следующего цикла оценки состояния системы.
При вероятности ошибки Рсп в приеме сигнала управления (либо
в оценке состояния ионосферы системой наклонного зондирования) вероят-
ность Р1 события, при котором за промежуток времени Т произойдет I срывов
связи при смене в системе рабочих частот, будет определяться биномиаль-
ным распределением
= (ЛРТ)! р1 / _ ^т~‘, (6.13)
' r.aPT-iy. -л
где - среднее число пересечений значением вероятности ошибки некото-
рого допустимого уровня Рош доп.
Наиболее вероятное число т0 срывов связи за интервал Т определяется
математическим ожиданием распределения (6.13)
т0^\РТР^. (6.14)
Число символов, принимаемых в единицу времени с вероятностью
ошибки не более Рош доп (средняя скорость передачи достоверной информации
за время Т) [3]
/'Т’ . . \ТОШДРЯ
V = Vm-> f|v {р )dP (6.15)
д Т J я-1 ' ош1/ ош! ’ х 7
* О
12 - 5869
178
Системы и устройства коротковолновой связи
где vM - техническая скорость передачи информации; тв - время восстановле-
ния связи при смене рабочей частоты.
Подставляя (6.14) в (6.15), получаем
^ош доп
^ = vm(1-2ptbPcj1) J Wntl(Poull)dPollll. (6.16)
О
Необходимость смены рабочей частоты определяется вероятностью
Рош, > Рошдоп либ° ? )П ’ где Aon _ минимально допустимое значение от-
ношения сигнал-помеха, выраженного в децибелах. Для КВ радиосвязи рас-
пределение случайной величины Z = 101g/^ можно считать нормальным
(6.4) Случайный процесс х, = Z( - Z,. (Z, - среднее значение отношения сиг-
нал-помеха в децибелах) также является нормальным стационарным. При
этом среднее число пересечений с заданным знаком производной нормально-
го случайного процессах, некоторого уровня х; = Znon -Z, согласно [3]
„ ( Г2
М*,доп)=— ехР ’ (6.17)
РК .Доп/ 2 Н 2 2
k z 7
где о2 - дисперсия случайного процесса х,-;
w2 =-7£(0)=Jw2F/w)dw/jFXw)(to; Рл(<о) - энергетический спектр случай-
0 /о
него процесса х,; /?л(т) - его корреляционная функция.
Учитывая, что параметры КВ радиоканала меняются относительно
медленно, корреляционную функцию можно аппроксимировать кривой Гаус-
са с параметром а:
Ял(т) = ехр(-ат‘),
(6.181
причем для КВ радиоканалов средней протяженности а«0,5 1/с2 [72]. В этом
случае А'(т)=-2аехр(-схт2)(1-2схт2) и со2 = -7^(о) = 2а = 1 1/с2. Тогда, под-
ставляя полученный результат в (6.17), находим
С учетом (6.19) из (6.16) получаем
.2
(6.19)
т Р
1—5-Si-exp
2л
.ДОП
2о2
ОШ Л<М1
/wnJ(pOI111)jpoluI.
о
(6.20)
V = v
д М
Согласно (6.20) частотная адаптация в системе радиосвязи может при-
вести к потере связи при некотором малом среднем значении отношения сиг-
нал-помеха и при превышении определенных пороговых значений вероятно-
стью Рсд и временем восстановления связи тв.
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
179
В этих условиях вместо частотной адаптации для повышения качества
связи может применяться адаптация, например, скорости передачи информа-
ции [26]. Известно, что при изменении скорости передачи vM изменяется по-
лоса пропускания радиоприемного тракта, что приводит к изменению отно-
шения сигнал-помеха, и, следовательно, к изменению вероятности ошибоч-
ного приема символа. Поэтому тля каждого отношения сигнал-помеха имеет-
ся оптимальное значение скорости vM, при котором средняя скорость переда-
чи достоверной информации за время Т максимальна.
Оптимальную скорость передачи ум для заданных значений Рсл, тв, и,
Z,., Zflon, и о? можно определить из следующего интегрального уравнения:
dv dv
м м
т Р
1—5^-ехр
2л
(6.21)
Оптимальную скорость передачи по (6.21) можно рассчитать с помо-
щью управляющей ЭВМ на ВРП системы радиосвязи. Различные варианты
адаптивного управления в последующих разделах будут рассмотрены более
подробно.
Основные алгоритмы работы системы с ВРП - алгоритмы обслужива-
ния и получения заявок, т.е. опроса корреспондентов сети. Набор алгоритмов
обслуживания заявок (именно набор, так как смена алгоритма - это алгорит-
мическая адаптация) позволяет организовать работу ретранслятора как об-
служивающей системы с потерями или с ожиданием при соответствующем
наборе алгоритмов выбора из очереди. Различные протоколы обслуживания
используют наиболее эффективно в разных ситуациях, поэтому адаптивное
управление протоколом доступа предполагает накопление статистики связи
и вынесение решений не общих, а обоснованных для данного периода квази-
стационарности системы.
Процесс опроса корреспондентов может быть также оптимизирован в
зависимости от ситуации в системе. Удобно представить абонентов сети как
источники непрерывных сообщений, которые подвергаются дискретизации,
путем поочередного обращения к ним управляющего ВРП. Если к одному
источнику обращаются очень редко, то взятых отсчетов недостаточно для
представления функции его активности. Если обращения слишком часты, то
информация об этом источнике избыточна, затраты на ее получение не оп-
равдываются. Системы сбора информации от источников обычно делаются
адаптивными. Всех корреспондентов можно опрашивать поочередно. Первый
из активных корреспондентов получает право на передачу. Затем опрос про-
водится дальше. Такое обращение называют асинхронно-циклическим. Если
интенсивность потока вызовов от сети велика, то можно использовать алго-
ритм случайного выбора заявок. Наиболее эффективна система адаптивного
прогнозируемого опроса, когда на основании некоторой прошлой статистики
12*
180
Системы и устройства коротковолновой связи
вырабатываются правила очередности опроса, учитывающие активность от-
дельных корреспондентов.
Алгоритм обслуживания (и опроса) корреспондентов сети с приорите-
тами автоматически ограничивает число иерархических уровней при недос-
таточном числе каналов. В критической ситуации, когда число каналов много
меньше числа заявок на связь, адаптивный алгоритм должен предусматривать
оптимальное распределение каналов.
Итак, возможные режимы работы системы радиосвязи с ВРП регламен-
тируются различными алгоритмами, оптимизирующими функцию ее качест-
ва в возможных режимах работы. Алгоритм обслуживания (протокол досту-
па) должен быть в соответствии с системным алгоритмом, включающим в
себя накопление статистических данных и операции принятия решений на
основе сравнения ситуации как с заложенными при проектировании, так
и имевшими место в процессе эксплуатации прецедентами.
Синтез такого алгоритма - центральная задача управления системой,
и поэтому он должен осуществляться в условиях достаточной априорной ин-
формации об условиях эксплуатации системы и ее технических возможностях.
6.4. Количественная оценка выигрыша от применения
адаптивных управлений
Для оценки выигрыша от применения адаптивных управлений факти-
чески необходимо сравнить две системы радиосвязи - с адаптацией и без нее.
При сравнении, производимом с точки зрения интересов надсистемы-
пользователя, оценку можно провести, используя понятие текущего риска
(см. гл. 3).
Рассмотрим условия, при которых создание ВРП для системы радио-
связи оправдывается получаемым выигрышем [26], выражающемся в умень-
шении текущего риска. Текущий риск при связи i и j корреспондентов может
быть рассчитан по формуле (3.17). Когда связь между корреспондентами ве-
дется через ВРП, вероятность Pk {z1 = 1} имеет иное значение, чем при связи
непосредственно друг с другом. Несмотря на то, что сигнал в системе с ВРП
проходит два интервала: «корреспондент - ретранслятор» и «ретранслятор -
корреспондент», значение вероятности Рк {z1 = 1} больше, так как в системе с
ВРП применяются направленные антенны, оптимальные односкачковые
трассы, и, главное, имеется возможность эффективной частотной адаптации.
Такая возможность появляется именно в системе с ВРП, поскольку ретранс-
лятор как система массового обслуживания позволяет использовать для рабо-
ты число частот значительно меньше числа радиостанций. Частоты, выделен-
ные для каждой станции, попадают теперь в общий банк, используемый для
выбора наилучших, с точки зрения минимизации помех, частот общего поль-
зования, распределяемых ВРП по заявкам корреспондентов. Обозначим
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
181
РА* |Z1 = 1} вероятность исправного действия канала связи между i и j коррес-
пондентами через ретранслятор.
Рассмотрим отношение текущих рисков (3.18) для систем КВ радиосвя-
зи без ретранслятора и с ретранслятором с учетом того, что в системе
с ретранслятором имеется возможность существенно снизить величину
РА* (z1 = 1} путем адаптивного управления несколькими параметрами:
^[р* {z1 =o|z3=o}p{z3=o}+pa. {z1 =0|Z3 = 1} P{z3 = 1}]
X [/* {z1 = 01Z3 = o} P {z3 = o} + PA‘ {z1 = 01Z3 = 1} P {z3 = 1}1
/.=1
Pk
z2=i}p,{z4 = i}Gt
Z2=l}p [z4 = i}g/
(6.22)
Если отношение (6.22) значительно больше единицы, то система
с ретранслятором существенно лучше.
Обозначим потери для системы с «прямыми» связями (согласно (3.19))
Рсс, а для системы связи с ВРП - /?сс. Предположив затраты на создание и
эксплуатацию системы связи без ВРП и с ВРП 3 и 3* соответственно, рас-
смотрим отношение
5 =
З'-З
(6.23)
Если (6.23) больше единицы, то применение ВРП в системе радиосвязи
целесообразно, если равно единице, то следует поискать дополнительные до-
воды в пользу создания ВРП. Если же (6.23) меньше единицы, то создание
ВРП нецелесообразно.
Выражение (6.22) в случае, когда все сообщения характеризуются оди-
наковыми значениями 6* и Рк |z4 = 1}, становится проще:
Cjv
£p*{z2 = i} [pt {z1 =o|z3=о}p{z3 =о}+Рк {z‘ =о | z3 = 1}p{z3 = i}]
Kx _A=1.
Z Sp4z2 = l} [/’;{z1=o|z3=o}p{z3 = o}+p;{z1=o|z3 = i}p{z3 = i}]
(6.24)
При малых вероятностях физического воздействия на систему на рав-
нинных местностях, когда Рк lz3 = 1} = 0, (6.24) принимает вид
182
Системы и устройства коротковолновой связи
С"
о X р№ = 1} = O|ZJ = o}
_|_ = 2=1________________________(6.25)
fxl?2 = 1} p№ =o|z3 = o}
Л=1
В случае Pk |z3 = 1} = 1 (6.24) преобразуется в
R $rt{z2 = Mzl = oiz3 = i}
ГЬ- = -Ц1________________________(6.26)
=ik*{?‘=o|z3=i}
*=1
Анализ (6.25) и (6.26) показывает, что преимущество системы с ВРП
может быть достигнуто в основном за счет снижения величины Pk {z1 = oj
при обеспечении достаточной пропускной способности (достаточного коли-
чества каналов).
Частотная адаптация в случае хорошего прохождения на всех доступ-
ных частотах не очень эффективна, поэтому основное преимущество системы
радиосвязи с ВРП в случае (6.26) состоит в удаленности и, следовательно,
определенной неуязвимости ВРП для физических воздействий, а также
в возможности использования его в качестве централизованного пункта
управления в обстановке, характеризуемой как нестационарная.
Как правило, система радиосвязи эксплуатируется в течение всего срока
службы в спокойной обстановке. Используем (6.25) для оценки максимального
выигрыша от применения ВРП в гипотетической, но близкой к реальной зоне
размером 700x700 км2 [26]. Сто равномерно распределенных в пространстве
станций образуют примерно 5000 связей, из которых, как показывают расчеты,
примерно 50% приходится на корреспондентов, расположенных на расстоянии
300.. .500 км друг от друга; 25 - на расстоянии 100.. .300 км; 15 - на расстоянии
0... 100 км ч 10 - на расстоянии свыше 500 км. Угол падения волны на ионосфе-
ру при внутризоновой связи близок к 90°, поэтому связь возможна лишь между
15...25% корреспондентов, использующих земную волну. Расчеты, сделанные
на основе прогнозов распространения коротких волн для ВРП, расположенного
на оптимальном (2...3 тыс. км) расстоянии в меридиональном направлении, по-
казывают, что через ВРП может осуществляться передача информации по всем
направлениям зоны практически в любое время года и суток.
При поступающей в сеть нагрузке 10... 12 Эрл необходимое число каналов
ретранслятора, рассчитанное по формуле Энгсета [159], равно 20. При автовы-
боре рабочих частот для 20 каналов ретранслятора при требуемом значении
Pk {z1 = 1} =0,95 необходимо 140; 40; 30 частотных каналов при Pk |zJ = 1}=0,2;
0,5 и 0,7 соответственно. Улучшение качества отдельных каналов в системе с
ВРП дает больший выигрыш, чем в системе с «прямыми» связями, так как при
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
183
частотной адаптации получается тем больший выигрыш в качестве, чем выше
качество парциального канала и чем больше число парциальных каналов.
На рис. 6.2 изображены зависимости относительного выигрыша систе-
мы с ВРП от средней для имеющихся каналов величины p|z* =1}, построен-
ные по формуле (6.25). Согласно рис. 6.2 выигрыш меньше днем, чем ночью,
что объясняется лучшими условиями распространения радиоволн в зоне
днем. При p|zl=l}-»l выигрыш не стремится к единице, поскольку из-за
условий распространения радиоволн в зоне некоторый процент «прямых»
связей всегда отсутствует из-за взаиморасположения станций в зоне молча-
ния. Как видно из рис. 6.2, введение ВРП в зону снижает текущий риск над-
системы-пользователя по меньшей мере втрое. Если в системе с ВРП полно-
стью реализуются возможности адаптивного управления параметрами, выиг-
рыш будет больше, поскольку в данном примере рассмотрена лишь адапта-
ция по частоте. Зависимости построены для дня (слева) и ночи (справа).
6.5. Параметрическая адаптация
Оценка эффективности адаптивных управлений по критерию те-
кущего риска. Наиболее удобно управлять такими параметрами, как рабочая
частота и мощность передатчика. Именно эти параметры в значительной сте-
пени определяют среднее превышение уровней сигнал-помеха в точке прие-
ма. Очевидно, что одновременная вариация частоты и мощности нецелесооб-
разна: в некоторых случаях система окажется чувствительнее к изменениям
мощности, в других - к изменениям частоты. Следовательно, глубина реак-
ции системы на то или иное управление будет зависеть от распространения
радиоволн в канале. Поскольку каналы ДКМ диапазона отличаются неста-
ционарностью, то для оценки эффективности управления предпочтительнее
имитационное моделирование.
184
Системы и устройства коротковолновой связь
Рассмотрим систему с параметрической адаптацией на основании ими-
тационной мидели КВ канала, в которой среднее превышение отношения
сигнал-помеха описывается нормальным распределением. В гл. 3 была рас-
смотрена аналитическая модель сети на основании текущего риска системы
связи, описываемого выражением (3.40). При использовании модели необхо-
димо учитывать потери на адаптацию, например, увеличивая интенсивность
источников сети, т.е. фактически уменьшая вероятность незанятости отдель-
ных корреспондентов. Это может быть сделано путем изменения характери-
стик датчиков, имитирующих вызовы отдельных корреспондентов.
На рис. 6.3 показана структурная схема простейшей имитацион-
но-аналитической модели системы радиосвязи с ВРП. Центральный блок мо-
дели - оценка текущего риска, который складывается из стоимости сообщений
и характеристик предоставляемых для них каналов. Полученное значение те-
кущего риска сравнивается со значением прошлого цикла измерений (система
дискретно-непрерывная), и на основании этого выносится решение об адапта-
ции по одному или нескольким параметрам каналов передачи. Потери времени,
вызванные перестройкой адаптационных систем, учитывались некоторым уве-
личением стоимости передаваемых сообщений в предположении, что сниже-
ние ценности сообщения происходит по экспоненциальному закону.
Рис. 6.3
Были произведены расчеты по (3.40) при числах корреспондентов в се-
ти N= 10 и 50; сеть функционирует летом в условиях средней солнечной ак-
тивности в средних широтах, расположение ретранслятора меридиональное.
На рис. 6.4 кривая 1 показывает уменьшение текущего риска, достигаемое за
счет адаптивного изменения частоты и мощности передатчиков в сети 10
корреспондентов, причем выбор механизма адаптации случаен. Имитацион-
ная модель канала включает в себя генератор случайной последовательности
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
185
свойств, придающих каналу большую и меньшую чувствительность к виду
адаптации. Кривая 2 соответствует случаю, когда адаптационный механизм
выбирают после предварительного оценивания чувствительности функции
качества к параметру. Задержка, связанная с оценкой, отражена в некотором
увеличении параметра Хл Кривая 3 соответствует случаю, когда вначале
варьируется частота, а затем мощность передатчиков.
На рис 6.5 приведены те же зависимости, но для А=50.
Как видно из рис. 6.4 и 6.5, целенаправленное, избирательное примене-
ние адаптационного механизма дает некоторое преимущество по сравнению
со случайным выбором. Априорный выбор частотной адаптации почти так же
эффективен, но на практике труднее достигаем из-за ограниченности частот-
ного ресурса. Это хорошо видно из рис. 6.5, где при числе W=50 корреспон-
дентов число резервных частот ограничивалось тремя. В этом случае при
больших интенсивностях нагрузки проявляется заметное преимущество ком-
бинированного целенаправленного выбора адаптационного механизма.
Оценка эффективности управления мощностью передатчика по
критерию СМП. Адаптивное управление мощностью в зависимости от усло-
вий связи - один из наиболее традиционных методов повышения качества
работы КВ радиолиний. Его эффективность была обоснована в гл. 5 при ана-
лизе влияния нестационарности состояния ионосферы на процессы функцио-
нирования системы связи. Было установлено, что для эффективной работы
системы связи достаточен уровень среднего отношения сигнал-помеха на
входе приемника = 100 ~ 20 дЬ. В пересчете на мощность передатчика по
методу А.Н. Казанцева для СПС это составляет примерно 23 Вт, а для систе-
мы с ВРП - приблизительно 10 Вт. Таким образом, по предварительным
оценкам в системе с ВРП наблюдается двукратный выигрыш по мощности.
В общем виде алгоритм адаптивного управления мощностью можно
представить следующим образом:
186
Системы и устройства коротковолновой связи
^прд(^+1 )~ Р пип ^perOt+l Vmax Р L max при при при
или, в зависимости от контролируемого параметра,
р min при
^прд(^+1) ~' ^реЛ *+! )Дпах при
Р 1 max при
(6.27)
(6.28)
где Aper(^+i) - коэффициент регулирования, определяющий степень изменения
мощности передатчика в зависимости от значения контролируемого парамет-
ра £; £min, £max - минимально и максимально допустимые значения величины £
соответственно; Pmin, Pmax - минимально и максимально допустимые значения
мощности излучения передатчика; - мощность излучения передат-
чика после регулирования.
Например, в случае управления мощностью, основанного на принципе
компенсации возмущений (замираний сигнала) [102], в качестве контролируе-
мого параметра выступает коэффициент передачи канала ц, т.е. £=ц, и алго-
ритм определяется выражением (6.27), а коэффициент регулирования [102]:
<6-29’
В данном случае коэффициент регулирования показывает, во сколько
раз необходимо увеличить мощность передатчика для обеспечения мини-
мально допустимого коэффициента передачи канала р.доп и восстановления
требуемого качества приема.
На рис. 6.6-6.8 приведены результаты исследования эффективности
функционирования различных вариантов ЗСДР от мощности абонентских
передатчиков Рпрда при средних уровнях помех в точках приема 10, 15, 20 дБ
(уровни помех в «зоне» и на ВРП принимались одинаковыми), проведенные
по критерию средних материальных потерь (СМП) пользователя /?см" с по-
мощью рассмотренной в гл. 4 аналитико-имитационной модели. Результаты
рис. 6.6 соответствуют СПС, рис. 6.7 - системе связи с ВРП (СВРП), рис. 6.8
- комбинированной системе связи (КСС).
На основе анализа приведенных зависимостей можно сделать следую-
щие выводы. Эффективность системы связи с ВРП и КСС намного превыша-
ет эффективность СПС. Иными словами, системы, использующие ретрансля-
тор, способны обеспечивать обмен информацией с заданным качеством в го-
раздо более тяжелых условиях (или в тех же условиях при более жестких
требованиях к качеству передачи), нежели система без ВРП. По тем же при-
чинам эффект от применения более высоких мощностей в системе с ВРП
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи 187
и КСС начинает сказываться гораздо раньше и проявляется в гораздо боль-
шей степени, чем в СПС. Это справедливо даже при применении в СПС фи-
зически нереализуемого для этого типа систем метода частотной адаптации,
в соответствии с которым ведение связи осуществляется на оптимальной по
критерию отношения сигнал-помеха частоте при контроле ее пригодности
для передачи информации с заданным качеством. К тому же увеличение
мощности абонентских передатчиков выше 50... 100Вт в системах, исполь-
зующих ВРП, не приводит к заметному росту эффективности, и поэтому
в данных условиях нецелесообразно.
Изменение мощности ретранслятора имеет смысл при сложной поме-
ховой обстановке в «зоне». Нельзя не учитывать также и то, что условия свя-
зи ухудшаются вследствие использования корреспондентами «зоны» нена-
правленных низкоэффективных антенн.
Рис. 6.7
188
Системы и устройства коротковолновой связи
лсмп, %
351-----—
<
зо-
25”
-о- 10 дБ
15 дБ
-°- 20 дБ
Рис. 6.8
На рис. 6.9, 6.10 приведены семейства кривых, характеризующие зави-
симость СМП 7?смп от мощности передатчика ВРП Pnp4p при уровнях помех
в «зоне» 30, 40, 50 дБ для СВРП и КСС. Отметим, что под мощностью пере-
датчика фактически подразумевается мощность, подводимая к передающей
антенне, поскольку при моделировании КПД фидера полагался примерно
равным единице. Пересчет этих значений в непосредственно мощность пере-
дающих устройств при необходимости выполняется по известным формулам
и не встречает значительных трудностей.
Приведенные зависимости позволяют определить возможности управ-
ления мощностью передатчика ВРП для заданных условий функционирова-
ния и различных требований по СМП, а также влияние мощности передатчи-
ка на эффективность использующих его систем КВ радиосвязи.
Рис. 6.9
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
189
Например, при предъявлении требований по удельным СМП не более
30% и среднем уровне помех в «зоне» не выше 40 дБ достаточно ВРП обору-
довать десятикиловаттным передатчиком, а при среднем уровне помех в «зо-
не» около 30 дБ увеличение мощности выше этого значения практически не
сказывается на эффективности работы системы связи с ВРП и КСС. Кроме
того, можно заметить, что эффективность адаптивного управления мощно-
стью передатчика ВРП увеличивается с ростом уровня помех в «зоне».
Оценка эффективности управления скоростью передачи по крите-
рию СМП. Скорость телеграфирования в зоновой системе КВ радиосвязи
физически ограничена сверху селективными замираниями. Поэтому в СПС
она не превышает 100...200 Бод, а в системе с ВРП - 300...400 Бод. При
этом, как указывалось выше, при уменьшении скорости телеграфирования
мощность можно снижать, что не приведет к заметному ухудшению функ-
ционирования системы связи. При вариации скорости передачи возможны
два случая: постоянной остается либо мощность излучения передатчика, либо
энергия излучаемого сигнала. Также при изменении скорости передачи необ-
ходимо учитывать изменение скорости замираний относительно длительно-
сти передаваемого символа.
Проанализируем эффективность регулирования скорости передачи для
СПС, поскольку в системе связи с ВРП наблюдаются аналогичные зависимо-
сти. Исходные данные были приняты следующими: количество абонентов -
30; количество информационных каналов - 8; среднее время работы канала -
500 с; среднее время восстановления канала - 500 с; время анализа - 10 с;
длительность служебного сообщения - 0,09 с; время перестройки оборудова-
ния - 1 с; среднее количество символов в сообщении - 100; средний интервал
времени для повторной заявки - 500 с; количество служебных каналов - 1;
190
Системы и устройства коротковолновой связи
длительность одного символа - 0,1 с; максимальное количество повторов при
передаче символа - 3; количество посылок, кодирующих символ, - 10; коли-
чество посылок, кодирующих служебный сигнал, - 9; вероятность связности
сети - 0,93; вероятность искажения сигнала вызова - 10'3; количество инфор-
мационных посылок - 5; среднее отношение сигнал-помеха на входе прием-
ника - 200; среднеквадратическое отклонение отношения сигнал-помеха -
0,01; используемый код - инверсный. Зависимости СМП пользователя Rcмп
от интенсивности поступления сообщений от одного абонента X при скоро-
стях передачи 50, 100, 150, 200, 250 Бод и разносе частот 100 Гц показаны на
рис. 6.11, 6.12, причем рис. 6.11 построен в предположении постоянной энер-
гии сигнала, а рис. 6.12 - постоянной мощности излучения передатчика.
Рис. 6.11
^смп
— —
ч \_£ „ = 50 бс А.
100
150
200
z' / 250
1
Рис. 6.12
10
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
191
Как видно из рис. 6.11, уже при скорости телеграфирования 200 Бод
дальнейшее ее увеличение не дает существенного эффекта и приводит в
большей степени к росту внеполосных излучений и ухудшению электромаг-
нитной обстановки в зоне обслуживания [10]. Вследствие изменения уровня
помех при изменении полосы пропускания приемника уменьшается среднее
отношение сигнал-помеха.
Из рис. 6.12 следует, что существует оптимальное значение скорости
телеграфирования, обеспечивающее минимум СМП пользователя во всем
диапазоне изменения условий функционирования системы связи [10]. В дан
ном случае диапазон оптимальных скоростей составляет 100...200 Бод. По-
скольку здесь изменение среднего отношения сигнал-помеха происходит как
за счет изменения энергии помехи, так и за счет изменения энергии сигнала,
то совместно действуют факторы изменения скорости телеграфирования и
изменения качества приема сообщений (вероятности ошибки), что дает эф-
фект оптимальной скорости. Отсутствие оптимальной скорости при постоян-
ной энергии сигнала объясняется тем, что фактор изменения вероятности
ошибки в приеме символа сказывается гораздо меньше, чем изменение ско-
рости телеграфирования.
На рис. 6.13 и 6.14 показаны аналогичные зависимости при учете ко-
нечной скорости замираний [9]. Экспериментальные данные [26, 72, 147, 149]
показывают, что средний период замираний принимает значение от 0,1 с на
длинных трассах до 2 с на коротких, а также то, что корреляционная функция
замираний удовлетворительно описывается экспоненциальной зависимостью.
Примем для СПС значение среднего периода замираний равным 0,1 с. Рис.
6.13 построен в предположении постоянной энергии сигнала, а рис. 6.14 -
постоянной мощности излучения передатчика.
Анализ приведенных зависимостей показывает: поскольку с увеличе-
нием скорости телеграфирования скорость замираний относительно длитель-
ности сигнала уменьшается, то уменьшаются остаточная вероятность иска-
жения символа, количество смен частот при передаче сообщений, и, следова-
тельно, СМП пользователя. При постоянной мощности излучения передатчи-
ка конечная скорость замираний приводит к росту оптимальной скорости пе-
редачи (200 Бод при конечной скорости замираний против 150 Бод при мед-
ленных замираниях). Поскольку между рис. 6.11 и 6.13, а также между рис.
6.12 и 6.14 наблюдаются существенные различия, учетом конечной скорости
замираний нельзя пренебрегать при анализе эффективности данного меха-
низма адаптации.
192
Системы и устройства коротковолновой связи
Рис. 6.13
Рис. 6.14
Эффективность частотной адаптации при различных алгоритмах
выбора частоты. Необходимость применения частотной адаптации диктует-
ся сложной сигнально-помеховой обстановкой в ДКМ диапазоне. Для дости-
жения оперативности и высокой достоверности передачи информации следу-
ет использовать наилучшие частоты из числа Q разрешенных при минималь-
ном времени их анализа. Эти два требования в значительной степени проти-
воречивы. Действительно, с одной стороны, длительное сканирование рабо-
чего диапазона приводит к дополнительным задержкам, увеличивающим
длительность доставки сообщений, но значительно сокращает число повто-
ров и возможных смен частот в процессе установления и ведения связи за
счет использования оптимальных по некоторому критерию каналов. С другой
стороны, кратковременный статистический контроль разрешенных частот
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
193
в интересах оперативности принятия решения об их пригодности влечет за
собой опасность выбора канала с низким качеством и, как следствие, увели-
чение числа повторов и переходов с канала на канал.
Таким образом, определение оптимального алгоритма выбора частоты
является неоднозначной и многофункциональной 1адачей, на решение кото-
рой оказывают влияние множество факторов: постоянно меняющиеся слу-
чайным образом уровни сигналов и помех в каналах, состав и параметры ис-
пользуемой аппаратуры, требования к достоверности и оперативности пере-
дачи информации.
Рассмотрим несколько распространенных алгоритмов выбора частот
[72, 119] и эффективность их использования в ЗСДР.
Автовыбор наилучшей прогнозируемой частоты. Абоненты использу-
ют для связи частоты с максимальным превышением уровня полезного сиг-
нала над уровнем помехи. Прогнозируемые превышения уровней сигнал-
помеха Z,(r) определяются по эпизодическим измерениям уровней сигнала
и непрерывно циклически измеряемым уровням помех на каждой частоте
группы без перерыва в приеме сообщений. Прогноз уровней сигнала, поиск
оптимальных по условиям прохождения частот для каждой пары узлов осу-
ществляется управляющей станцией (ВРП) с помощью подсистемы ионо-
сферного зондирования, а распределение частотного ресурса - с помощью
подсистемы управления.
Реализация данного алгоритма в принципе невозможна для сети «пря-
мых связей», поскольку этот вид системы изначально предполагается децен-
трализованным, и в ней отсутствует возможность централизованного распре-
деления частотного ресурса. В то же время соответствующие результаты ин-
тересны с точки зрения их сравнения с результатами анализа систем с ВРП;
кроме того, полученная оценка эффективности является предельной по адап-
тации частотой для систем данного класса.
Автовыбор наилучшей измеренной частоты. Абоненты используют для
связи частоты с максимальным превышением уровня полезного сигнала над
уровнем помехи, как и в первом варианте, однако оптимальная по критерию
отношения сигнал-помеха частота определяется путем измерения величины
Z;(r) в каждом канале перед сеансом связи. Зондирование производится до тех
пор, пока не будут проанализированы все Q доступные частоты группы.
Отметим, что в такой радиолинии передатчик и приемник передающего
и принимающего абонентов могут синхронно перестраиваться по частотам
группы.
Выбор первой пригодной частоты. Корреспонденты ведут связь на
частотах, для которых прием осуществляется с искажениями, не выше допус-
тимых, которые определяются требованиями к системе и условиями ее рабо-
ты и выражаются допустимой вероятностью ошибки Р0Ш110П. Иными словами,
выбирается первая же частота с достоверностью, не хуже допустимой. В этом
случае сканирование частот производится до тех пор, пока не будет найдена
13 - 5869
194
Системы и устройства коротковолновой связи
частота, удовлетворяющая заданным требованиям, т.е. допустимому превы-
шению уровня сигнал-помеха Znon.
Выбор первой случайной частоты. Алгоритм предусматривает выбор
и перестройку на первую же частоту из числа доступных, без определения ка-
чества приема. В этом случае затраты времени на зондирование частот вообще
отсутствуют, к тому же упрощается набор используемого корреспондентами
оборудования, поскольку снимается требование на наличие аппаратуры оценки
качества каналов, подсистем зондирования, однако ситуация в выбранном ка-
нале становится непредсказуемой: превышение уровня полезного сигнала над
уровнем помехи может оказаться как выше, так и ниже допустимого, в зависи-
мости от помеховой обстановки и условий прохождения радиоволн.
Математическая интерпретация правил выбора рабочего канала для
каждого алгоритма приведена в табл. 6.2.
Определим оптимальный алгоритм выбора рабочей частоты для раз-
личных вариантов построения ЗСДР с помощью рассмотренной в гл. 4 моде-
ли. При этом будем считать, что для всех четырех алгоритмов условием сме-
ны частоты является невозможность успешной передачи пакета за заданное
Таблица 6.2
Алгоритм выбора Правило выбора
1. Автовыбор наилучшей прогнозируемой частоты chan:Z 6(n = maxZ,(0 i=i.e
2. Автовыбор наилучшей измеренной частоты То же
3. Выбор первой пригодной частоты chan: Zpa6 (г) > 2ДОП или Рош (О^Рошдоп
4. Выбор первой случайной частоты chan = rand (1, (?)
число раз по рабочему каналу. На рис. 6.15-6.17 показаны полученные в ре-
зультате моделирования зависимости, характеризующие эффективность
СПС, системы связи с ВРП и КСС соответственно при различных алгоритмах
выбора частоты [119]. На рис. 6.15-6.17 по оси ординат отложены СМП поль-
зователя 2?смп, по оси абсцисс - допустимая вероятность ошибки РОШДоП;
кривая 1 соответствует алгоритму автовыбора наилучшей прогнозируемой
частоты, кривая 2 - автовыбора наилучшей измеренной частоты, кривая 3 -
выбора первой пригодной частоты, кривая 4 - выбора первой случайной
частоты.
Результаты сравнительного анализа свидетельствуют о том, что метод
частотной адаптации является наиболее действенным среди рассмотренных
при необходимости обеспечения высокого качества передачи сообщений
(^„<10^).
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
195
Рис. 6.15
14*
196
Системы и устройства коротковолновой связи
В СПС оптимальным оказывается третий алгоритм, в соответствии
с которым абоненты выбирают первую же пригодную частоту. Происходит
это вследствие отсутствия при выборе оптимальной частоты (первый и второй
алгоритмы) оценки ее качества, и в случае, если даже оптимальный канал
окажется непригодным для передачи информации с заданной достоверно-
стью, все равно имеют место попытки обмена информацией, продолжающие-
ся значительное время; при этом резко возрастает нагрузка на частотный ре-
сурс из-за увеличения повторов и растет время занятости абонентов. Входя-
щие и исходящие заявки не могут быть обслужены и теряются, что приводит
к более быстрому росту потерь, чем при использовании третьего алгоритма.
Рассмотренные методы частотной адаптации в системе с ВРП и КСС
(кроме четвертого) дают эффект при необходимости выполнения жестких
требований на достоверность принимаемой информации, т.е. при низкой ве-
роятности ошибки. При этом наилучшим из рассмотренных, как и следовало
ожидать, является первый алгоритм, в соответствии с которым выбирается
наилучшая по критерию отношения сигнал-помеха частота. Это происходит
вследствие оптимизации каналов передачи информации по условиям прохо-
ждения радиоволн и более низкому уровню помех. При использовании чет-
вертого алгоритма, т.е. фактически при отсутствии адаптации по частоте сис-
тема перестает удовлетворительно выполнять свои функции, большая часть
информации теряется, в результате чего потери получаются недопустимо
большими.
Таким образом, наиболее предпочтительным оказывается использова-
ние первого алгоритма. Следует отметить, однако, что в рассмотренном при-
мере эффективность прогноза предполагалась равной 100%, т.е. прогноз яв-
лялся абсолютно точным, а полученный результат - как бы предельным слу-
чаем с точки зрения адаптации системы по частоте. При снижении достовер-
ности прогноза эффективность функционирования системы будет, разумеет-
ся, несколько ниже.
Эффективность управления способом кодирования оценим при из-
менении нестационарности состояния ионосферы, малом отношении сигнал-
помеха (Лр = 50) и одинаковой длительности элементарной посылки (боль-
шая длительность символа будет соответствовать кодам с большей избыточ-
ностью). Случай, когда постоянной является длительность символа, здесь не
рассматривается, поскольку при этом код с лучшими обнаруживающими спо-
собностями автоматически становится наилучшим. Сравнение проведем при
постоянном количестве информационных символов, равном 5 (соответствует
безызбыточному кодированию букв русского алфавита). Краткие характери-
стики используемых кодов приведены в табл. 6.3, где NCKMB - общее число
символов, /Уинф - число информационных символов. Для случайного группо-
вого кода кодовое расстояние определяется как математическое ожидание
случайного кодового расстояния. Коды располагаются в таблице по мере
уменьшения своей пригодности для использования в зоновой системе КВ ра-
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи 197
диосвязи. Результаты расчета СМП пользователя /?смп в зависимости от СКО
алн среднего коэффициента передачи ионосферы, проведенные в соответст-
вии с методикой, изложенной в гл. 3, показаны на рис. 6.18 [10].
Из рис. 6.18 и табл. 6.2 видно, что, несмотря на свои незначительные
обнаруживающие способности, код с проверкой на четность наиболее приго-
ден для использования в ЗСДР. Это объясняется особенностью алгоритма
передачи сообщения с обратной связью: чем меньше скорость телеграфиро-
вания, тем более низкой может быть мощность передатчика или проще ис-
пользуемый код при сохранении того же качества передачи информации. По-
этому возможна передача малыми мощностями и простейшими кодами.
Таблица 6.3
Код и его параметры Число разрешенных комбинаций Длина кода Кодовое расстояние по Хэммингу
С проверкой на четность г iq W . + 1 инф 2
Повторительный 2^инф-1 2
Случайный групповой 2^икф Зависит от способа построения [^имв/2]
Инверсный 2/Уинф N ннф
Биортогональный 2^инф 2 ^инф —1 2^ииф“2
Циклический Зависит от способа построения Зависит от способа построения Зависит от способа построения
198
Системы и устройства коротковолновой связи
Кроме того, коды с большой избыточностью при алгоритме передачи
сообщений с автозапросом ошибочно принятых символов зачастую приводят
только к росту числа переспросов, снижению скорости передачи и, соответ-
ственно, к росту потерь. Уменьшение потерь, вызванных снижением оста-
точной вероятности искажения символа, при этом меньше, чем увеличение
потерь из-за задержек при передаче. Поэтому для приемлемого качества пе-
редачи вполне можно использовать простейший код.
Другим фактором, ограничивающим применение сложных кодовых
конструкций, является то, что при малом объеме передаваемых сообщений не
нужно выдерживать высокие требования к вероятности искажения символа.
Если распределение числа ошибочно принятых символов подчиняется рас-
пределению Бернулли (что может оказаться справедливым для алгоритма пе-
редачи с обратной связью, поскольку за время передачи одного символа из-за
возможных повторов состояние канала передачи успеет измениться, и иска-
жения символов буду г происходить независимо друг от друга), то при малой
остаточной вероятности искажения, возникающие из-за неверно принятых
символов потери, гораздо меньше тех потерь, которые появляются при недо-
пустимо большой задержке сообщений, закодированных с большой избыточ-
ностью.
Поскольку, как указывалось выше, нельзя пренебрегать конечной ско-
ростью замираний, учтем ее при анализе эффективности используемых ко-
дов. Результаты расчета, проведенные с помощью рассмотренной в гл. 3 ме-
тодики, представлены на рис. 6.19 [10J.
Влияние конечной скорости замираний (рис. 6.19) еще более подчерки-
вает пригодность простейшего кода с проверкой на четность для использова-
ния в зоновых системах КВ радиосвязи. Наименее эффективны циклический
и биортогональный коды; остальные коды имеют примерно одинаковую эф-
фективность.
Таким образом, анализ эффективности механизмов параметрической
адаптации позволяет сделать следующие выводы.
1. При фиксированной скорости телеграфирования увеличение мощно-
сти передатчика приводит к существенному выигрышу на начальном участке
диапазона регулирования, в дальнейшем рост выигрыша снижается.
2. При малой мощности передатчика адаптивное управление скоростью
телеграфирования позволяет добиться минимума СМП пользователя при оп-
тимальном соотношении между скоростью и отношением сигнал-помеха на
входе приемника и одинаковой мощности излучения. Оцнако при этом необ-
ходимо учитывать существенное влияние конечной скорости замираний на
значение оптимальной скорости передачи. В целом адаптация мощностью
передатчика и скоростью телеграфирования должны осуществляться ком-
плексно, поскольку эффективность каждого из этих методов существенно
зависит от соотношения вышеуказанных параметров.
6. Аоалтация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
199
Рис. 6.19
3. Одним из наиболее распространенных и действенных механизмов
адаптации является управление частотой на основании данных о превышении
уровня сигнал-помеха в каналах. Оптимальный алгоритм выбора частоты
в разных условиях может быть различным и зависит от требований к досто-
верности приема информации, определяемой допустимой вероятностью
ошибки POUi доп или допустимым превышением уровня сигнал-помеха Zaon.
Реализация высокоэффективных методов частотной адаптации возможна при
условии оборудования системы информационно-вычислительным центром,
осуществляющим оценку сигнально-помеховой обстановки в каналах и цен-
трализованное распределение частотного ресурса.
4. Адаптивное изменение канального кода также возможно для повы-
шения качества работы сети, однако, в большинстве случаев только один код
- с проверкой на челюсть - имеет ярко выраженное преимущество перед ос-
тальными.
Сравнение методов параметрической адаптации для вариантов зоновой
системы КВ радиосвязи показывает, что для СПС и систем с ВРП их эффек-
тивность примерно одинакова [10] и в целом невелика. Для получения более
высоких показателей следует задействовать механизмы более высокого уров-
ня адаптации - алгоритмического.
6.6. Алгоритмическая адаптация
Общие положения. На алгоритмическом уровне адаптации система
связи имеет много возможностей для улучшения качества своего функциони-
рования. Важнейшим достоинством систем с ВРП является возможность цен-
трализованного распределения потоков информации. В системах связи рас-
сматриваемого типа обычно предусматривается многоуровневая система
200
Системы и устройства коротковолновой связи
приоритетов; даже если не указывается приоритет корреспондента, то потери,
соответствующие передаваемым сообщениям, как правило, неодинаковы.
Кроме того, в реальных условиях число каналов, по которым осуществляется
надежная радиосвязь, может быть небольшим и, естественно, это ограничен-
ное число работоспособных каналов будет предоставлено для передачи наи-
более важных сообщений. Таким образом, если передаваемая информация
допускает многоуровневую иерархическую классификацию и характеристики
каналов связи различны, то появляется возможность использования адапта-
ционного механизма алгоритмического уровня - управление распределением
сообщений по каналам связи.
Набор методов алгоритмической адаптации может включать изменение
алгоритма работы канала связи, абонентских радиостанций и управляющего
радиоцентра.
Оценка эффективности адаптивных управлений по критерию те-
кущего риска. Предварительную оценку эффективности такого вида опти-
мизации можно получить, сделав несколько упрощающих предположений.
1. Потерь Gp|z4 = 1|, связанные с потерями сообщения, представляют
собой выборочное значение непрерывной случайной величины, распределе-
ние вероятностей которой описывается аналитически;
2. Величина p|z’ =о} представляет собой выборочное значение не-
прерывной случайной величины, распределение вероятностей которой под-
чиняется нормальному закону;
3. Случайные величины Gpjz4=l| и некоррелированы.
Как было показано в § 3.3, величина текущего риска для системы связи
может быть рассчитана с помощью (3.18). Если слагаемые в этом выражении
образованы так, что максимум Gp|z4 = 1} соответствует минимуму
а минимальное значение Gfjz =1} перемножается с макси-
мальным p|z* =о} и все остальные произведения образуются с использова-
нием этой закономерности, то значение текущего риска для сети связи
получается минимальным по сравнению со всеми другими вариантами раз-
мещения сообщений по каналам.
Рассмотрим случай, когда число каналов, пригодных для передачи ин-
формации, меньше или равно числу передаваемых одновременно сообщений.
При этом все каналы будут заняты, часть сообщений пропадает или содер-
жится в очереди. При К каналах существует К(К — 1) способов построения
(3.18) и, следовательно, К(К-1) значений текущего риска RL. Предполо-
жим, что К(К — 1) значений представляют собой выборку из множества зна-
чений непрерывной случайной величины /?£, для которой известна функция
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
201
распределения вероятности Тогда можно найти математическое ожи-
дание наименьшего значения (1-й порядковой статистики) [22]:
}= К(К - 1)J /?Е[1 - F(/?Jf dRL . (6.30)
Здесь F(FZ) - функция распределения /?£, a W(/?£) - функция плот-
ности распределения вероятностей . Рассчитав подобным же образом ма-
тематические ожидания остальных порядковых статистик R^, можно найти
их среднее арифметическое значение и использовать его в качестве матема-
тического ожидания текущего риска при произвольном распределении сооб-
щений по каналам:
« = (б.З!)
"^^(K-l)
Величина т] количественно характеризует выигрыш, получаемый в систе-
ме связи с ВРП, распределяющим информацию с неодинаковой ценностью по
различным, с точки зрения помехозащищенности, каналам связи. Если все кана-
лы одинаковы или если отсутствует иерархия ценностей сообщений, то rj = 1.
Однако показанный здесь прямой способ вычисления т] на практике
вряд ли осуществим из-за трудности определения функций F(Fe) и W(Rz).
Удобнее рассмотреть отдельно слагаемые в (3.18). Так как Gp[z4=1}
и p|z* =о} некоррелированы, то считая, что математическое ожидание про-
изведения равно произведению математических ожиданий сомножителей,
определим математические ожидания порядковых статистик в выборках
Gp|z4 =1} и p{z* = о}, затем перемножим их и подставим в (6.31).
Если выборка взята из множества значений непрерывной случайной ве-
личины, распределение вероятностей которой подчиняется нормальному за-
кону, то математическое ожидание i-й порядковой статистики
т>)=7- л, Jw^dt (632)
Вместо вычислений по (6.32) можно воспользоваться таблицами мате-
матических ожиданий порядковых статистик [22].
Если выборка взята из множества значений непрерывной случайной ве-
личины, распределение вероятностей которой подчиняется равномерному
закону, то математическое ожидание /-Й порядковой статистики равно
wj,(/]) = a(b-a)—, (6.33)
202
Системы и устройств! коротковолновой связи
где а и b минимальное и максимальное значения непрерывной случайной
величины Р.
Если выборка взята из множества значений непрерывной случайной ве-
личины, распределение вероятностей которой подчиняется экспоненциаль-
ному закону, то математическое ожидание i-й порядковой статистики равно
77 ’ {6‘34)
"К-п + 1
где о - СКО непрерывной случайной величины, равное в данном случае ма-
тематическому ожиданию.
Как было указано ранее, сделанные упрощающие предположения о ха-
рактере значений GP Z4=1J и p|z*=oj позволяют использовать (6.31)-
(6.34) для расчета выигрыша от применения такого вида алгоритмического
адаптационного механизма - оптимального размещения сообщений по кана-
лам связи. Как видно, условия, накладываемые на характер величин
GP{z4 = l] и P^Z1 = о|, довольно жесткие и поэтому оценку величины т],
сделанную по указанной методике, следует считать предварительной, о чем,
впрочем, было сказано ранее. Необходимо добавить также, что отношение
(6.31) представляет собой отношение математических ожиданий текущих
рисков, т.е. постоянных величин, тогда как сами текущие риски постоянны
только на небольших интервалах локальной стационарности и их отношение
не может служить сравнительной оценкой систем. Знаменатель (6.31) получа-
ем, как было указано выше, а числитель - перемножением математических
ожиданий порядковых статистик Gp[z4 =1} и pjz1 =о| для всех возможных
комбинаций и последующего вычисления средне! о арифметического значения.
На рис. 6.20 показана зависимость ц от дисперсии величины потерь, со-
ответствующих передаваемым сообщениям в десятиканальном ВРП при усе-
ченном нормальном законе распределения вероятностей безотказной работы
радиоканалов со средним значением величины m^plz1 =о}| = О,5 и диспер-
сией а2 = 0,04. Выбранные значения дисперсии величины потерь примерно
соответствуют оценкам почтовых отправлений, а среднего значения и дис-
персии p|z' = oj - подобным характеристикам реальных КВ радиоканалов.
Законы распределения вероятностей потерь приняты следующими: кривая 1 -
экспоненциальный закон, 2 - нормальный закон и 3 - равномерный закон.
Как следует из рис. 6.20, максимальный выигрыш от применения опти-
мального распределения сообщений по каналам с течением времени составит
величину, изменяющуюся в зависимости от условий в пределах 1,1... 1,3.
Можно считать, что применение этого вида управления системой связи по-
зволяет уменьшить текущий риск примерно в 1,2 раза.
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
203
Эффективность управления интенсивностью повторных попыток.
Рассмотрим влияние интенсивности повторных попыток, определяемых ал-
горитмом функционирования абонентских радиостанций. Результаты моде-
лирования, приведенные в гл. 5, показали их значительное влияние на эффек-
тивность функционирования системы связи. Графики зависимости СМП
пользователя /?смп от интенсивности вторичных попыток Хповт при различной
интенсивности поступления сообщений от одного абонента X для СПС при-
ведены на рис. 6.21, для системы с ВРП - на рис. 6.22 [10].
Как показывают зависимости рис. 6.21, с увеличением интенсивности
поступления сообщений эффективность использования повторных попыток
падает. Однако даже при большой информационной нагрузке наблюдается
минимум СМП пользователя, вызванный тем, что сначала повторные попыт-
ки загружают имеющиеся каналы и сокращают среднее время занятия канала
без заметного уменьшения вероятности полной передачи сообщений. Это
приводит к некоторому снижению СМП пользователя из-за небольшой раз-
грузки каналов. Однако затем рост числа повторных попыток приводит к пе-
регрузке информационных каналов и росту СМП пользователя.
Согласно рис. 6.21 и 6.22 повторные попытки гораздо более эффектив-
ны в системе связи с ВРП, чем в СПС. Это объясняется тем, что в системе
с ВРП более благоприятные условия распространения радиоволн и за счет
этого происходит меньше срывов на этапе передачи сообщений. Это, в свою
очередь, приводит к уменьшению числа повторных попыток и, следователь-
но, к меньшей загрузке имеющихся каналов. Увеличение интенсивности по-
вторных попыток снижает СМП пользователя в системе связи с ВРП гораздо
сильнее, чем в СПС. В СПС увеличение интенсивности повторных попыток
при большой загрузке каналов не приводит к улучшению условий функцио-
нирования системы связи и уменьшению СМП, поскольку большая часть по-
вторных попыток пропадает и вызывает новые повторные попытки.
Эффективность применения повторных попыток, как показывают ре-
зультаты моделирования в гл. 5 и 6, в СПС сильно зависит от информацион-
ной и помеховой обстановки, условий прохождения радиоволн, числа ин-
формационных каналов. В среднем выигрыш от изменения интенсивности
повторных попыток составляет около 30%. Поэтому данный метод адаптации
для СПС недостаточно эффективен. Для системы связи с ВРП повторные по-
204
Системы и устройства коротковолновой связи
пытки являются более мощным инструментом управления качеством функ-
ционирования системы. Однако большее значение выигрыша для СПС по
сравнению с системой связи с ВРП достаточно условно, поскольку, как ука-
зывалось выше, на его значение сильно влияют условия функционирования,
и поэтому сравнение нужно проводить цля конкретных условий.
Рис. 6.21
Рис. 6.22
Эффективность управления алгоритмами работы ВРП. Ранее (см.
гл. 4) были рассмотрены алгоритмы функционирования вынесенного
ретранслятора: синхронный с пассивной ретрансляцией (СПР), асинхронный
с активной ретрансляцией (ААР), асинхронный с активной ретрансляцией
и оценкой (ААРО). Было отмечено, что в наибольшей степени для использо-
вания в ЗСДР и получения высоких показателей качества работы системы
пригодны алгоритмы ААР и ААРО, оптимизирующие функционирование
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
205
ВРП и всей сети. В табл. 6.4, 6.5 представлены результаты моделирования
системы с ВРП и КСС соответственно для различных алгоритмов работы
ретранслятора при нескольких значениях интенсивности поступления сооб-
щений от абонента, а также выигрыш от использования алгоритма ААРО
[37]. Результаты получены с помощью рассмотренной в гл. 4 аналитико-
имитационной модели ЗСДР.
Таблица 6.4
Интенсивность поступления сообщений в системе с ВРП, заявок/ч Алгоритм ААР Алгоритм ААРО Выигрыш, %
10 7,63 1,67 5,96
20 12,4 5,71 6,73
30 20,0 12,9 7,18
Таблица 6.5
Интенсивность поступления сообщений в КСС, заявок/ч Алгоритм ААР Алгоритм ААРО Выигрыш, %
10 9,65 3,91 5,74
20 14,6 7,49 7,09
30 32,5 15,6 16,9
Основные исходные данные при моделировании приняты следующими:
количество абонентов сети - 20; мощность абонентских передатчиков -
50 Вт, ВРП - 10 кВт; тип антенн у абонентов - ненаправленная типа
«штырь», на ВРП - БС с коэффициентом усиления 67; количество комплек-
тов приемо-передающей аппаратуры ВРП - 5; интенсивность поступления
сообщений - 10 заявок/час от абонента при средней длительности 60 симво-
лов и вероятности ошибочного приема бита КУ4. Предполагалось, что на ВРП
имеется управляющий информационно-вычислительный центр с аппаратурой
оценки качества каналов, а частотный ресурс распределяется динамически
между всеми корреспондентами сети в зависимости от помеховой обстановки
и условий прохождения радиоволн.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что использование алго-
ритма ААРО позволяет повысить эффективность функционирования системы
и снизить потери на величину порядка 6-7% в системе связи с ВРП и до 16%
в КСС. Несмотря на то, что время передачи отдельных сообщений должно
быть меньше при алгоритме ААР (дополнительная задержка при ААРО воз-
никает вследствие необходимости приема всего сообщения, оценки его сроч-
206
Системы и устройства корснtжоволновой связи
ности и ценности до начала ретрансляции, а также возможности ожидания
в накопителе), среднее время доставки уменьшается при алгоритме ААРО за
счет более эффективного использования и распределения аппаратных ресур-
сов ВРП, а вероятность доставки увеличивается из-за снижения количества
потерянных сообщений на линии «ВРП - принимающий абонент» (существо-
вание накопителя на ВРП, в который попадают сообщения в случае сбоя на
этой линии, предполагается только для ААРО).
Отметим, что необходимым условием работы систем с ретранслятором
в режимах ААР и ААРО является оснащение его информационно-
вычислительным центром, осуществляющим оперативный контроль за сиг-
нально-помеховой и информационной обстановкой в сети. Только при обо-
рудовании таким центром возможна реализация высокоэффективных алго-
ритмов частотной адаптации и сортировки информации, в предположении
наличия которых и получены представленные результаты.
Таким образом, эффективность алгоритмических методов адаптации,
обеспечивающих значительное повышение качества функционирования сис-
темы, зависит от эффективности адаптационных механизмов на параметриче-
ском уровне, а также не только от внешних, но и от внутренних факторов,
к которым относятся: длительность сообщения, число каналов, станций або-
нентов, состав их оборудования и оснащение ВРП и т.д. Несмотря на боль-
ший по сравнению с параметрическим диапазон регулирования алгоритмиче-
ского уровня в некоторых случаях глубины регулирования оказывается не-
достаточно для реализации требуемых характеристик функционирования се-
ти, в результате чего необходимо задействовать механизмы структурного
уровня адаптации.
6.7. Структурная адаптация
Из анализа эффективности адаптационных механизмов алгоритмиче-
ского и параметрического уровней следует, что наиболее часто приходится
осуществлять структурную адаптацию в СПС, т. е. переходить к использова-
нию ВРП. Как указывалось в гл. 2, в этом случае есть несколько вариантов
организации радиообмена с помощью ретранслятора между абонентами
в зоне обслуживания.
Проведем приближенный анализ эффективности этих вариантов систе-
мы связи с ВРП и сравним их между собой. При расчете СМП пользователя
ограничимся различием в вероятности прохождения радиоволн.
Для системы ИСКРА: количество промежуточных радиостанций равно
N„ = R2Jr2 , где /?, - радиус зоны обслуживания; г=50 км - расстояние пря-
мой видимости; количество абонентов, связанных с промежуточной станцией
Л\ =Аа6/Аст , Ааб - количество абонентов. Вероятное! ь связности сети рас-
считывается ПО формуле рсв =(N1 -l)/(Na6 -1)+ Рпрох(^аб “Wl)/(Wa6 “О’
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи 207
где рпрох - вероятность работы радиолинии «абонент-ВРП». Для системы
РАСКАТ рсв - рпрох.
Для системы МЕЗОН анализируем двухзоновую сеть связи. При расче-
те учитываем, что в такой системе количество абонентов, комплектов прие-
мо-передающей аппаратуры, а также количество информационных и служеб-
ных каналов в два раза больше, чем для системы РАСКАТ. Вероятность связ-
ности сети вычисляется по формуле
Лв = РПрМ - 0/(2^ - i)+ Pnpox ^a6/(22Va6 - 1).
Для системы АСТРА рсв = 1 - (1 - р , где Np - количество ВРП, об-
служивающих зону.
Из приведенных формул видно, что при одинаковой вероятности про-
хождения радиоволн на трассе «абонент-ретранслятор», значение вероятно-
сти связности сети определяется структурой системы связи и существенно
различается для всех рассматриваемых вариантов. Качественный анализ по-
казывает, что вероятность связности при одинаковой вероятности прохожде-
ния радиоволн наибольшая у системы АСТРА, меньшая у системы ИСКРА,
далее у системы РАСКАТ и наименьшая у системы МЕЗОН. Однако эффек-
тивность этих систем целесообразно оценивать по СМП пользователя, на ко-
торые вероятность связности сети ока!ывает влияние, зависящее от условий
их функционирования.
Графики зависимостей СМП пользователя /?смп в зависимости от раз-
личной надежности радиотрассы «абонент-ретранслятор», характеризуемой
вероятностью прохождения радиоволн по этой радиотрассе рпрох, приведены
на рис. 6.23 [9]. Данные получены в результате расчетов на основании изло-
женной в гл. 3 методики.
Рис. 6.23
208
Системы и устройства коротковолновой связи
Как видно, наиболее эффективной является система АСТРА, поскольку
в ней обеспечивается наилучшее прохождение радиоволн на трассе «або-
нент-абонент». Практически полная идентичность характеристик систем
ИСКРА и РАСКАТ обусловлена схожестью структуры и алгоритма работы.
Небольшой выигрыш в системе ИСКРА по сравнению с системой РАСКАТ
получается из-за того, что в ней имеется стопроцентная связность абонентов
с близлежащей промежуточной радиостанцией, тогда как в системе РАСКАТ
ретранслятор не обеспечивает полнодоступную связь между всеми абонента-
ми. Из всех рассмотренных вариантов наиболее низкая эффективность функ-
ционирования системы МЕЗОН объясняется наличием и неидеальными усло-
виями прохождения радиоволн по радиолинии межретрансляторной связи.
Анализ рис. 6.23 показывает, что переход от системы МЕЗОН к систе-
мам РАСКАТ и ИСКРА позволяет снизить СМП пользователя в среднем на
10%, к системе АСТРА с двумя ВРП - еще на 60%. Ввод в систему АСТРА
третьего ВРП дополнительно снижает СМП пользователя в среднем на 15%,
а увеличение числа ВРП до четырех - еще на 5%. Отметим, что существует
некоторое значение вероятности прохождения радиоволн, когда переход от
одной структуры к другой дает наибольший выигрыш по СМП пользователя.
Так, при /?прох = 0,85 переход от системы МЕЗОН к системам РАСКАТ
и ИСКРА позволяет получить выигрыш примерно 19%, при /?прох = 0,75 пере-
ход от систем РАСКАТ и ИСКРА к системе АСТРА с двумя ВРП снижает
СМП на 57%.
6.8. Методика построения алгоритмов адаптивного
управления для системы радиосвязи с ВРП
Алгоритм управления каким-либо параметром системы или совокупно-
стью параметров реализует процедуру поискового или беспоискового дости-
жения экстремального или допустимого значения функции качесзва системы.
Процесс адаптации заключается в оценке выбранного направления изменения
состояния системы и выборе оптимального для рассматриваемого случая ша-
га. Такое управление невозможно без анализа предыдущих и без прогноза
будущих состояний системы. Система КВ радиосвязи достаточно инерцион-
на, поэтому такое управление имеет смысл.
Построить закон управления по математической модели можно лишь,
когда физически реализуемая система обладает характеристиками, в доста-
точной степени схожими с характеристиками модели. Отсюда важность тща-
тельного построения целевой функции системы радиосвязи. О характеристи-
ках реальной системы в полном объеме можно судить лишь после ее реали-
зации. Как правило, характеристики некоторых ее подсистем, реализованных
ранее, известны, характеристики других можно предсказать с высокой степе-
нью точности, характеристики третьих известны лишь предположительно.
Например, невозможно оценить эффективность системы оптимизации элек-
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
209
тромагнитной обстановки в зоне, так как заранее неизвестны помеховая си-
туация, рельеф местности, погодные условия, солнечная активность и т.д.
Такая неопределенность и обусловливает необходимость создания адаптив-
ной системы, при этом часть оптимального ее проектирования переносится
на период эксплуатации. В соответствии с разными объемами информации на
различных этапах реализации системы создаются и уточняются и алгоритмы
адаптивного управления.
Алгоритм управления можно строить, основываясь, например, на те-
кущем риске. Работа системы рассматривается на интервале времени, значи-
тельно превышающем интервал локальной стационарности, и там, где необ-
ходимо подчеркнуть это обстоятельство, будем применять вместо R запись
/?(/). В сети любой структуры нет возможности воздействовать на величину
Р |z3 = 1} с целью ее минимизации, однако она присутствует в выражении
целевой функции (3.18) для количественной оценки риска и, главное, для вы-
несения решения об изменениях структуры в необходимых случаях [26].
Вероятность возникновения потребности в связи между i и j коррес-
пондентами Рк |z2 = 1} определяется процессами в надсистеме-пользователе
и не может быть управляемой в системе связи. Правда, когда пропускная
способность системы радиосвязи мала, накапливающиеся потребности в пе-
редаче информации порождают дополнительную потребность в связи, но
обычно системы проектируют именно так, чтобы подобные экстремальные
ситуации исключались.
Вероятность того, что в течение рассматриваемого времени качество
канала связи было ниже порогового (вероятность ошибки при приеме симво-
ла больше порогового значения Рош пор),
№ =0}=1—f V^ = pJPomnop<FoJ, (6.35)
У2л
где Z = lOlgAi2; Zao„ - допустимое (пороговое) значение Z; h2 - отношение
мощностей сигнала и помехи; oz - среднеквадратическое отклонение величи-
ны Z.
Уменьшить Рк |z* = о} можно несколькими способами. Во-первых, уве-
личивая отношение Л, увеличением мощности сигнала Рпрд (передатчика) ли-
бо уменьшением мощности помех путем перехода на новую рабочую частоту
/р с низким их уровнем. Во-вторых, снижением требований к качеству (уве-
личивая Лшпор). Для компенсации более частых ошибок приходится приме-
нять коды с большей исправляющей способностью, что эквивалентно сниже-
нию скорости передачи информации. Таким образом, изменяя Р„рд,/р, vM (ско-
рость передачи), можно удерживать Рк |z* = o} в заданных пределах {порого-
вое регулирование) или минимизировать ее {экстремальное регулирование).
Такая последовательность управлений обусловлена степенями чувствитель-
14 - 5869
210
Системы и устройства коротковолновой связи
ности целевой функции к изменениям регулируемого параметра и системой
внешних ограничений на вариацию того или иного параметра системы.
Изменение (как правило, уменьшение) скорости передачи является
наиболее нежелательным с точки зрения надсистемы-пользователя, поэтому
скорость передачи информации как варьируемый параметр рассматривается в
последнюю очередь. Смена рабочей частоты - наиболее эффективный способ
уменьшения потерь, когда помеха на используемой частоте велика. Однако
эффективность в значительной степени определяется числом доступных час-
тот и при малом их числе невелика. Регулировка мощности не всегда прино-
сит успех, так как не изменяет характера многолучевого сигнала в точке
приема, но доступна всем корреспондентам и достаточно легко осуществима.
На рис. 6.24 показан алгоритм управления качеством канала i, j коррес-
пондентов. На каждом этапе сравнения вычисляют оценку R(f) и сопоставля-
ют либо с пороговым значением, известным заранее, либо с предыдущим при
экстремальном регулировании. Когда, несмотря на все регулировки, качество
канала остается ниже требуемого, управление передается на более высокий
иерархический уровень. Здесь имеется в виду формальная передача, когда
адаптационные механизмы низшего (параметрического) уровня останавли-
ваются, ожидая решения «сверху». На деле управление с более высокого ие-
рархического уровня осуществляют уже на раннем этапе. Обосновать это по
локальной целевой функции невозможно, поэтому необходимо рассматри-
вать функцию качества системы более высокого иерархического уровня.
Величины =о| для всех возможных связей в этом случае зависят
не только от посторонних помех, но и помех, создаваемых соседними стан-
циями своей же сети. Поэтому применение алгоритма рис. 6.24 не всегда
приводит к желаемому результату. Прежде чем принять решение об увеличе-
нии мощности передатчика, необходимо проанализировать электромагнит-
ную обстановку в зоне и оценить эффективность предполагаемого управле-
ния. Управление должно осуществляться, лишь когда это приносит выгоду по
глобальному критерию качества. Поэтому параметрические управления в ка-
ждой подсистеме должны контролироваться надсистемой управления по гло-
бальному критерию.
Когда ресурсы повышения качества канала исчерпаны, а на связь пре-
тендует число корреспондентов, значительно превышающее число каналов,
то несколько улучшить ситуацию может оптимальное распределение каналов
связи между корреспондентами. Это изменение алгоритма работы системы
(алгоритмическая адаптация) - управление более высокого иерархического
уровня принципиально должно осуществляться только по глобальному кри-
терию с центра управления. Алгоритм управления при этом усложняется
(рис. 6.25). Он содержит, как составную часть, алгоритм рис. 6.24, но с про-
межуточной оценкой стоимости каждого управления для всей системы. Кро-
ме того, постоянно контролируется входящий поток требований на связь
и оценивается выигрыш от применения алгоритмической адаптации.
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
211
13'
Рис. 6.24
212
Системы и устройства коротковолновой связи
От системы упра-
Рис. 6.25
Отличие алгоритмов рис. 6.25 и 6.24 еще и в том, что по алгоритму рис.
6.24 адаптивное управление может выполняться корреспондентами автоном-
но, а в соответствии с алгоритмом рис. 6.25 - только централизованно. Цен-
трализованная система более эффективна, чем распределенная.
Структурную адаптацию применяют в системе связи не тогда, когда
исчерпаны все возможности параметрического и алгоритмического уровней,
а когда оценка величины Р |z3 = 1} становится превалирующей в оценке те-
кущего риска. Данные о ее значении сообщаются в систему от пользователя,
и согласно алгоритму структурной адаптации (рис. 6.26) сравниваются значе-
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи
213
ния оценки R(t) двух структур - Ri(t) и R2C) и выносится решение о примене-
нии указанного управления.
Блок структурного управления рис. 6.26 включается в алгоритм рис.
6.25 вместо блока 1. Включение механизма структурной адаптации происхо-
дит либо по команде надсистемы-пользователя, либо на основании порогово-
го сравнения оценок. Один из вариантов такого сравнения
/Mz' = o|z3= 1} Р{ z3= 1} »P4z‘ = o|z3=o} p{z3=0}. (6.36)
В процессе построения системы становится известным, какие типы при-
емных и передающих антенн приданы корреспондентам. В зависимости от это-
го для адаптации могут быть использованы некоюрые дополнительные пара-
метры, такие, как наклон диаграммы направленности приемной антенны, ее
азимут. Соответственно корректируются и алгоритмы адаптивного управления.
Рис. 6.26
В заключение отметим, что наилучшей организацией адаптивного
управления является экстремально-пороговое. Если L,. - вектор регулируе-
мых параметров, то одновременно следует обеспечить выполнение операций
varL; => min7?(r)< 7?(t) пороговое. (6.37)
Структура адаптивной автоматизированной системы КВ радиосвязи
должна включать в себя как составные части систему контроля, основы-
вающуюся на датчиках состояния системы; систему управления на базе
управляющего вычислительного комплекса, принимающего решения об адап-
тивном управлении, блок формирования команд управления параметрами
и алгоритмами обслуживания и контура адаптивного управления.
214
Системы и устройства коротковолновой связи
В автоматизированной системе КВ радиосвязи можно выделить три
контура адаптивного управления: параметрический, алгоритмический и
структурный, каждый из которых обладает различной глубиной аоаптации.
Рассмотренные примеры и проведенная количественная оценка подтвер-
ждает эффективность их использования в зоновой системе КВ радиосвязи.
Методика построения алгоритмов адаптивного управления должна
быть основана на оценке глобального показателя качества работы системы
для контуров адаптивного управления высшего иерархического уровня
(структурного и алгоритмического) и локального показателя качества — для
низшего (параметрического) уровня.
7. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СЕТЬЮ ЗОНОВОЙ
РАДИОСВЯЗИ С ВРП
7.1. Назначение и особенности системы управления
Система управления является одной из составных частей адаптивной
автоматизированной сети ДКМ радиосвязи. Согласно предыдущей главе,
система управления, определяя по показаниям датчиков состояния влияние
различных параметров системы радиосвязи на обобщенный показатель каче-
ства, адаптивно управляет отдельными звеньями или всей системой в целом
Для оперативного управления сетью связи с целью адаптации к посто-
янно изменяющимся как внешним воздействиям на систему, так и к внутрен-
ним факторам необходимы программные и аппаратурные средства управле-
ния. Нестационарность условий Функционирования зоновой системы радио-
связи с вынесенным ретрансляционным пунктом (ВРП) обусловлена,
во-первых, изменяющимися условиями распространения радиоволн и слож-
ной помеховой обстановкой, во-вторых, неравномерностью поступающей
в сеть нагрузки. По этой причине система управления должна включать, по
крайней мере, две подсистемы: подсистему сбора данных о сигналь-
но-помеховой обстановке, основанную на использовании ионосферного зон-
дирования, и подсистему служебной связи, обеспечивающей обмен вспомо-
гательной информацией для оптимального управления и распределения ре-
сурсами сети.
Таким образом, программно-аппаратный комплекс средств автоматизи-
рованного управления сетью КВ связи следует ориентировать на решение
таких задач, как контроль за текущим состоянием объектов, принятие и ис-
полнение решений об изменениях в системе, планирование структуры сети,
формирование требуемой конфигурации связей элементов сети, сбор и обра-
ботка заявок на услуги связи, управление нагрузкой на сеть и ее элементы,
распределение ресурсов пропускной способности, обработка и распределение
вспомогательной информации, поступающей от различных подсистем, со-
пряжение с внешними сетями передачи информации и т.д. Ниже будут рас-
смотрены основные принципы и особенности реализации каждой из указан-
ных подсистем.
216
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
7.2. Анализ систем зондирования ионосферы
Ионосферное зондирование для нужд дальней КВ радиосвязи ведется
уже более пятидесяти лет, причем в данное время в этой службе рассматри-
ваются, главным образом, три метода исследования и измерения свойств ио-
носферы:
• вертикальное зондирование (ВЗ);
• возвратно-наклонное зондирование (ВИЗ);
• наклонное зондирование (НЗ).
Система ВЗ создавалась не только для нужд радиосвязи, но и как сред-
ство географических исследований. Она дает представление о стр; ктуре и со-
стоянии участка ионосферы над пунктом, из которого ведется зондирование.
Для реализации метода ВЗ в начале 1930-х годов была построена гло-
бальная сеть ионосферных станций. К 1960-м годам мировая сеть ионосфер-
ной службы насчитывала около 100 станций. На основании производимых
ими измерений высот и критических частот слоев D, Е, Es, F1 и F2 осуществ-
ляется прогнозирование распространения радиоволн и составляется волновое
расписание радиосвязей. Максимально применимые частоты (МПЧ) для кон-
кретных трасс получаются пересчетом. Долгосрочные прогнозы составляют-
ся с учетом не только данных текущего ионосферного зондирования, но и с
учетом активности Солнца и других факторов. Вертикальное зондирование
до сих пор служит одним из главных источников информации для прогнози-
рования распространения радиоволн.
Для зондирования применяются мощные передатчики, требующие об-
служивания и потребляющие значительную энергию. Длительность зонди-
рующих импульсов при ВЗ достаточно велика (порядка 150...200 мкс), т.е.
излучение занимает сравнительно широкую полосу частот и может создавать
помехи другим радиослужбам. Кроме того, достаточная близость условий
в участке ионосферы над пунктом, из которого ведется зондирование, и в
участке, от которого фактически происходит отражение волн на обслуживае-
мой линии радиосвязи, по-видимому, не всегда имеет место.
Система ВНЗ разрабатывалась как метод загоризонтной радиолокации
и позволяет судить, главным образом, о рассеивающей способности места,
в которое падают радиоволны, отраженные ионосферой. Отметим, что это
место может не совпадать с пунктом расположения корреспондента. Метод
ВНЗ имеет принципиальные достоинства:
• проверяется конкретная трасса;
• в отличие от вертикального зондирования, критические частоты
определяются при реальных углах падения волн;
• трасса проверяется в обоих направлениях.
По результатам ВНЗ можно путем обработки отраженных сигналов со-
ставить представление и о структуре ионосферы, однако достоверность этих
данных не может считаться полной, поскольку сложность физического про-
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
217
цесса ведет к неоднозначности выво юв. Из-за трудности получения резуль-
татов путем обработки осциллограмм использование ВИЗ для автоматическо-
го поиска оптимальных волн затруднительно.
Основной недостаток ВИЗ состоит в необходимости применения пере-
датчика очень большой мощности. Спектр зондирующих импульсов сравни-
тельно широк, а отраженные сигналы приходят с направлений, занимающих
широкий угол. Таким образом, помимо высокой стоимости оборудования,
значительного потребления энергии, станция ВНЗ создает помехи другим
радиосистемам, т.е. неэффективна с точки зрения требований электромагнит-
ной совместимости.
Следует также иметь в виду, что в результате двухстороннего зондиро-
вания замирания сигнала проявляются двукратно, так как многолучевость
и дисперсность сигнала действует и на прямом, и на обратном пути волн.
Кроме того, при ВНЗ обратное прохождение сигнала связано с рассеянием
волн земной поверхностью. Время задержки обратного сигнала определяется
не только высотой отражающего слоя, но и расстоянием до отражающего
(рассеивающего) участка земной поверхности, что вносит неоднозначность
в интерпретацию результата ВНЗ и не позволяет с полной определенностью
разделить влияние на прохождение волн свойств ионосферы и Земли в точках
отражения (для радиосвязи существенно только первое).
По указанным причинам областью применения ВНЗ, по-видимому,
в большей мере должно быть не обслуживание радиосвязи, а сверхдальняя
радиолокация, имеющая целью своевременное обнаружение некоторых явле-
ний на поверхности Земли и в атмосфере. Для трассовою контроля радиосвя-
зи предпочтительным следует признать трассовое наклонное зондирование,
одностороннее или двустороннее. Последнее может быть автоматизировано
путем использования ретранслятора, передающего на зондирующую станцию
сигнал, полученный в месте приема.
Наклонное зондирование, в отличие от ВЗ и ВНЗ, дает представление
о действительных свойствах конкретной радиолинии: не только об МПЧ
и наименьшей применимой частоте (НПЧ), но и о прохождении сигнала, и о
помехах. Метод НЗ может в принципе проводиться через антенны, фактиче-
ски используемые на радиолинии. Системы НЗ могут работать и в автомати-
ческом режиме, выдавая частоты, на которых возможна связь с наименьшими
искажениями. Применение систем НЗ позволяет существенно повысить на-
дежность радиосвязи. Об этом свидетельствует усиленный опыт эксплуата-
ции ряда зарубежных автоматизированных систем связи с НЗ, таких как
CURTS, СНЕС, EM-1 COSSOR [72, 107], а также системы НАНС [93].
Существующие системы НЗ строились, в основном, с применением
мощных передатчиков, работающих в импульсном режиме. Например, в сис-
теме EM-1 COSSOR для зондирования служит передатчик мощностью
30 кВт, периодически излучающий на разных частотах по заданной програм-
ме серии радиоимпульсов длительностью 200 мкс. В другой системе дейст-
вуют 16 передатчиков по 30 кВт. Обладая несомненными достоинствами, по-
218
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
добные системы имеют недостатками громоздкость, высокую стоимость и
энергоемкость; при большой мощности передатчиков зондирование на мно-
гих частотах приводит к помехам другим радиосистемам.
Несомненное преимущество импульсного зондирования состоит в на-
глядном выявлении состояния слоев ионосферы и многолучевого распро-
странения. В то же время это преимущество не является существенным при
дальности связи, соответствующей в основном однолучевому распростране-
нию, что характерно для зоновой системы. Кроме того, оно может фактиче-
ски не использоваться, если в систему адаптации входит устройство для пря-
мой оценки качества сигнала.
В [44] приводятся характеристики замираний, полученные одновре-
менно на ряде частот от 12,5 до 17,5 МГц. Из этих характеристик (рис. 7.1)
видно, что замирания могут иметь квазипериодический характер, причем ми-
нимум напряженности поля может иметь длительность порядка нескольких
секунд. Максимумы более продолжительны, что соответствует представле-
нию об интерференционной природе замираний; однако вероятность попада-
ния зондирующего сигнала в интервал времени, соответствующий минимуму
прохождения волн, может составлять величину 0,1, что снижает достовер-
ность импульсного зондирования, если длительность передаваемых серий
импульсов не превышает доли секунды. Непрерывное зондирование должно
давать более надежный результат.
На рис. 7.1 также видно, что интегральные условия на частотах, взаим-
но сдвинутых на 0,25 МГц, отличаются незначительно, поэтому для выбора
оптимальных полос частот с меньшими интервалами помеховая обстановка
оказывается важнее, чем различие в распространении волн.
Таким образом, недостатки вышеупомянутых систем НЗ для целей
управления радиосвязью в значительной мере связаны с использованием
в них передатчиков, работающих в импульсном режиме, что приводит к не-
обходимости в сравнительно мощном излучении. Короткие импульсы дейст-
вительно нужны, если иметь в виду геофизическое назначение ионосферных
наблюдений, поскольку они позволяют раздельно наблюдать структуру, вы-
соту и изменения ионизированных слоев, обнаруживать их возмущенное со-
стояние и т.д. В адаптивной системе радиосвязи с пространственным разде-
лением лучей, исправлением ошибок и т.п. основная информация, требуемая
от системы активного зондирования, - прохождение сигналов; но для этой
цели импульсное излучение не является необходимым. Поэтому главные
проблемы зондирования могут быть решены, если отказаться от импульсной
системы и перейти к передаче длительных, т.е. практически непрерывных
сигналов. Речь должна идти о передаче с предельно малой мощностью
и очень узким спектром, что позволяет осуществлять прием отраженных зон-
дирующих сигналов с предельно узкой полосой пропускания.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
219
12.5 МГц
13.5 МГц
14,0 МГц
14,2 МГц
15,2 МГц
15,5 МГц
15,7 МГц
Рис. 7.1
Подобные системы не могли быть реализованы в прошлом из-за труд-
ности обеспечения очень высокой стабильности частот и очень узкой полосы
пропускания приемников. К настоящему времени обе эти задачи успешно
решены с помощью цифрового декадного синтеза частот и использования
активных фильтров.
Непрерывное излучение при современной технике стабилизации частот
позволяет сузить полосу пропускания приемника до 2...3 Гц и менее, а также
применить накопление сигнала за время, исчисляемое многими минутами.
220
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
В результате становится возможным снизить мощность зондирующего пере-
датчика до 1...2 Вт и даже до долей ватта. Современные синтезаторы позво-
ляют получить столь высокую стабильность частоты, что основным факто-
ром изменения частоты передатчика оказывается доплеровский сдвиг в про-
цессе распространения, при этом уходы частоты в ДКМ диапазоне не превы-
шают 1...2 Гц. Активные фильтры дают возможность получить полосу про-
пускания такого же порядка.
В принципе можно считать возможной систему зондирования с мощно-
стью зондирующего передатчика на уровне допустимых паразитных излуче-
ний, т.е. на уровне помех. Зондирующий передатчик такой мощности помимо
простой конструкции, малых габаритов и экономичности практически не соз-
дает помех действующим радиолиниям. Достоинством его является также
простота изменения частоты излучения, осуществляемого подобно тому, как
это делается в приемной аппаратуре.
Возможность зондирования с малой мощностью подтверждается расче-
тами, но качественно она и без них не должна вызывать сомнений, если
вспомнить радиолюбительскую практику 1920-1930-х годов, когда с про-
стейшими передатчиками в несколько ватт осуществлялась радиосвязь с дру-
гими континентами. Известно, что Э.Т. Кренкель и другие радисты дрей-
фующей станции «Северный полюс» с мощностью передатчика 20 Вт в свое
время устанавливали двухстороннюю связь с Гавайскими островами, Новой
Зеландией и другими пунктами, расположенными в Южном полушарии. В [45]
указывается на успешную долговременную передачу технологической инфор-
мации по радиолиниям протяженностью около 1000 и 8000 км со спектральной
плотностью передаваемой мощности порядка 0,3 Вт/Гц. Также примером мо-
жет служить система НЗ BARRY RESEARCH [107] непрерывного действия
с линейно-меняющейся частотой и мощностью передатчика 0,2 Вт.
Зондирование с минимальной мощностью при квазинепрерывном излу-
чении позволяет осуществлять его непосредственно на требуемых направле-
ниях, в реальном времени и при сколь угодно большом числе частот, т.е. де-
лает систему более точной и оперативной. Простота и малые габариты мало-
мощных ионосферных станций позволяют выполнять их в мобильном или
даже переносном варианте, иметь достаточно большое количество резервных
комплектов, соответственно устанавливать их в любых пунктах обслуживае-
мой зоны, перемещать их и при необходимости быстро заменять. Простые
и маломощные передатчики располагаются в обслуживаемой зоне, а прием-
ное устройство - в ретрансляционном центре, оснащенном всеми средствами,
обеспечивающими прием сигналов минимального уровня.
Наряду с передачей зондирующих сигналов с разными длинами волны
в предельно узкой полосе частот, т.е. активным зондированием, целесообразно
организовать панорамный прием во всех частотных полосах используемого час-
тотного диапазона, т.е. пассивное зондирование. Ниже вопросы построения сис-
тем активного и пассивного зондирования рассматриваются более подробно.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
221
7.3. Автоматизация волновой службы
Как уже отмечалось, система ионосферного зондирования обеспечивает
информацию о прохождении радиоволн в различных частотных поддиапазо-
нах, а также данные о сигнально-помеховой обстановке в используемых час-
тотных полосах. На основании анализа этой информации управляющий вычис-
лительный комплекс системы связи должен вырабатывать команды управления
для автоматической перестройки аппаратуры на оптимальные частоты, осуще-
ствляя таким образом автоматизацию работы волновой службы.
Настройка абонентской станции выполняется автоматически по коман-
дам, которые передаются с ретранслятора по каналу служебной связи. Внача-
ле передается сигнал селективного вызова. Приемник круглосуточно работа-
ет в режиме экономного дежурного приема, т.е. периодически включается на
интервалы времени, разделенные паузами с отношением примерно 1:10, и с
полностью отключенными цепями, потребляющими большую часть энергии.
При получении селективного вызова канал приема команд включается пол-
ностью, а после приема команды общего включения передатчик и приемник
включаются и настраиваются на частоты, предписываемые им последующи-
ми командами. Если в процессе ведения связи система контроля качества ка-
нала и исправления ошибок обнаружит недопустимое возрастание частотных
искажений, то по каналу служебной связи будет вновь передан селективный
вызов, и затем поступит команда перестройки на новые волны и частотные
каналы. Для построения такой системы необходимо использование помимо
оборудования связи специального оборудования волновой службы.
Средства волновой службы должны в конечном счете формировать
в комплексе средств управления связью фонд номеров рабочих волн и час-
тотных полос для предоставления абонентам при поступлении от них сигна-
лов вызова либо для замены полос при ухудшении качества связи.
Датчики системы волновой службы должны обеспечивать, как мини-
мум, выполнение следующих двух функций:
1) определение загруженности сигналами посторонних радиостанций
и помехами различного происхождения каналов радиочастот в используемом
в данное время поддиапазоне волн;
2) оценку качества распространения волн в различных участках ис-
пользуемого поддиапазона для выбора оптимальных волн.
В предположении, что на данной территории функционирует только
одна система связи типа РАСКАТ (именно она является базовым и в то же
время одним из наиболее перспективных вариантов построения зоновой сис-
темы), можно считать, что подавляющее большинство посторонних радио-
станций использует однополосные радиоканалы, минимальную ширину ко-
торых можно принять равной 3 кГц. Соответственно, система волновой
службы должна предусматривать панорамный прием («пассивное зондирова-
ние») во всех полосах частот такой ширины.
222
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Поскольку заметное и существенное различие качества распространения
волн может наблюдаться при разносе частот примерно на 1 МГц, возможен
выбор для связи частот в полосе шириной порядка 3 МГц. При ширине канала
в 3 кГц это соответствует количеству измерений порядка 1000. Поскольку по-
лоса пропускания канала достаточно велика (несколько килогерц), а помеховая
обстановка подвержена сравнительно быстрым изменениям, время измерения
может быть малым, т.е. последовательный контроль занятости каналов и помех
в них - сравнительно быстродействующим. Таким образом, можно ориентиро-
вочно считать длительность полного цикла измерений равной примерно
15 мин при интервале времени на каждое измерение порядка 1 с, что вполне
достаточно для получения достоверного результата Не исключена, однако,
и возможность применения двух, трех или четырех однополосных каналов.
В этом случае сочетаются последовательный и параллельный анализ, что по-
зволяет либо ускорить измерения, либо увеличить время анализа каждой поло-
сы частот. Результаты измерений должны поступать в аналого-цифровой пре-
образователь и либо немедленно передаваться по служебным каналам на
ретранслятор, либо записываться для последующей передачи.
Пассивное зондирование должно вестись в обоих направлениях: от
ретранслятора в зону и обратно. Необходимое для этого устройство представ-
ляет собой измерительный радиоприемник, поочередно настраиваемый на час-
тотные каналы, выделенные для радиостанций, обслуживаемых ретранслято-
ром. В каждом канале измеряется напряжение на выходе приемника.
При ширине обслуживаемой ретранслятором зоны порядка 1500 км
иметь в системе одну станцию пассивного зондирования недостаточно, так
как помехи могут поступать со стороны передатчиков, имеющих антенны с
более или менее узкими диаграммами направленности. Угловая протяжен-
ность зоны со стороны ретранслятора при выносе его на расстояние одного
ионосферного скачка, т.е. примерно на 2000...3000 км, составляет около
20...30°. При использовании на абонентских станциях сравнительно простых
однотипных антенн, ориентированных в направлении ретранслятора, угол
раствора их диаграммы направленности также может иметь величину
20...30°. Это означает, что для контроля помеховой обе гановки в зоне обслу-
живания можно обойтись одной или двумя станциями пассивного зондирова-
ния, и только по соображениям резервирования целесообразно довести их
количество до трех При столь незначительном их числе предусмотре гь кон-
структивные совмещения их с каждой абонентской радиостанцией нецелесо-
образно, так как это существенно усложнило бы ее конструкцию. Поэтому
панорамные приемники с устройством обработки данных измерений и пере-
дачи на ретранслятор следует выполнить как отдельное устройство, которое
может располагаться либо отдельно, либо входить в состав оборудования не-
скольких абонентских станций. Поскольку распространение помех имеет от-
четливо выраженную направленность, аналогичными приемниками числом
от одного до трех должен быть оснащен и ретранслятор.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
223
Для решения второй задачи волновой службы требуется передача зон-
дирующих сигналов с разными длинами волны и прием их на расстоянии ио-
носферного скачка, т.е. активное зондирование. Поскольку отражение волн
в направлении из зоны к ретранслятору и от ретранслятора в зону происходит
в одной и той же области ионосферы, часто высказывается мнение, что зон-
дирование достаточно проводить в одном из этих направлений. Однако в си-
лу влияния магнитного поля Земли может возникать асимметрия в распро-
странении радиоволн, поэтому целесообразно предусмотреть станции на
обоих концах направления зона-ретранслятор.
При наличии системы пассивного зондирования можно не проверять
с помощью системы активного зондирования все частотные каналы, для
оценки прохождения волн достаточно повторно излучать зондирующие сиг-
налы на 10-15 частотах, например 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 17, 18, 19, 20,
21 МГц; этого количества вполне достаточно для представления о прохожде-
нии волн во всем ДКМ диапазоне. Также нет необходимости передавать все
зондирующие сигналы через один передатчик. В интересах повышения час-
тоты повторения каждого сигнала, а также охвата всего диапазона азимутов
радиостанций обслуживаемой зоны по отношению к ретранслятору жела-
тельно иметь, по крайней мере, две или три зондирующие станции, например,
в середине и по краям зоны. Тем самым обеспечивается и необходимое ре-
зервирование в системе. Соответственно, можно распределить между стан-
циями и проверяемые частоты. Например, порядок передачи на перечислен-
ных выше частотах может быть следующим:
1-я станция - 2, 5, 10, 16, 19, 2, 5,...;
2-я станция - 12, 17, 20, 3, 6, 12, 17, ...;
3-я станция - 21, 4, 8, 14, 18, 21, 4, ... .
При периоде зондирования около 1 ч длительность испы гания каждой
частоты и накопления в приемнике может в рассмотренном случае составлять
до 10 мин.
Несмотря на то, что помехи со стороны станций активного зондирова-
ния системе пассивного зондирования и действующим радиолиниям малове-
роятны ввиду малой мощности излучения, их можно дополнительно осла-
бить, если выбрать частоты не внутри частотных каналов связи, а между ни-
ми, примерно так, как показано на рис. 7.2. Здесь К - каналы связи, а 3 - зон-
дирующие сигналы.
Обычно в зоновой системе предусматривается оценка качества прини-
маемых сигналов по частости одиночных ошибок, ведущих к запросам о по-
вторении искаженных частей передаваемой информации. Ввиду малости
межсимвольных искажений в системе связи с ВРП, а также трудности про-
гноза деталей других форм искажений по результатам зондирования основ-
ной задачей акт ивного зондирования должен быть контроль собственно рас-
пространения волн, т.е. относительного уровня зондирующего сигнала в мес-
те приема при разных длинах волн.
224
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 7.2
Как отмечалось выше, при существующей технике стабилизации частот
сравнительно простой и недорогой синтезатор частот позволяет получить
частоты зондирующих сигналов с точностью порядка 1 Гц, следовательно,
зондирующие сигналы можно принимать при предельно узкой полосе про-
пускания приемника. Если, например, ширина полосы пропускания 2 Гц, то
время установления сигнала составляет около 0,5 с. Следовательно, с точки
зрения переходного процесса длительность зондирующего импульса может
быть уменьшена до 1...2 с. Действительное положение несколько усложняет-
ся изменением частоты в процессе распространения волн через ионосферу.
По данным МККР доплеровское колебание частоты в месте приема в ДКМ
диапазоне для интервалов длительностью в несколько миллисекунд не пре-
вышает 3-10-6, что соответствует отклонениям на десятки герц. При этом час-
тота может меняться на 20 Гц в общей сложности в течение 0,04 % времени.
Однако длительность этого события оказывается настолько малой, что ошиб-
ки будут происходить очень редко. Тогда как отклонение частоты от средне-
го значения за 6 мс может достигнуть 20 Гц, за 50 мс оно уменьшается до
2,5 Гц, а в интервале 200 мс составляет около 1 Гц. Следовательно, при выбо-
ре длительности зондирующих импульсов в 1...2с стабильность частоты
можно считать практически зависящей только от стабильности передатчика.
Сужение полосы пропускания приемника зондирующих импульсов до
2 Гц, т.е. до одной тысячной от ширины обычного однополосного канала по-
зволяет уменьшить соответственно в 1000 раз мощность зондирующего излу-
чения. Практика показывает, что для достаточно устойчивой передачи теле-
графной информации в однополосном радиоканале на расстоянии ионосфер-
ного скачка бывает достаточной мощность передатчика 50... 100 Вт. Следова-
тельно, можно ожидать, что при полосе пропускания до 3 Гц может оказаться
достаточной мощность зондирующего импульса на уровне побочных излуче-
ний мощных передатчиков, поэтому зондирование не будет заметно ухуд-
шать электромагнитную обстановку.
По изложенным причинам активное зондирование в зоновой системе
с ВРП предполагается проводить в обоих направлениях импульсами длитель-
ностью 1...2с при приеме зондирующих сигналов на приемники с полосой
пропускания 2...3 Гц. Синхронность передачи и приема, составляющая 1...2 с
за сутки, может быть легко обеспечена, а при необходимости и повышена;
возможна также автоматическая коррекция.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
225
При приеме зондирующих сигналов из зоны в ретрансляторе данные об
уровне сигналов, характеризующие распространение радиоволн, непосредст-
венно поступают в управляющий вычислительный комплекс. Это важное об-
стоятельство дает основание считать зондирование из зоны основным, обрат-
ное же может быть вспомогательным, т.е. служить для уточнения некоторых
данных.
При приеме зондирующих сигналов от ретранслятора в обслуживаемой
зоне получаемые данные должны передаваться в ретранслятор по обратному
служебному каналу. Поскольку объем этой информации очень мал и переда-
ча может вестись с малой скоростью, имеется принципиальная возможность
использовать для этой цели зондирующий передатчик, однако этот вопрос
подлежит дополнительному изучению. Задача упрощается, если для приема
зондирующих сигналов предусмотреть дополнительный (параллельный ос-
новному) узкополосный канал приема в трансивере абонентской станции.
Результаты зондирования в этом случае могут передаваться вместе с другой
информацией по служебному или основному каналу.
7.4. Организация зондирования в зоновой системе
ДКМ радиосвязи
Устройство для ионосферного зондирования. Как уже отмечалось,
ионосферное зондирование необходимо для оперативного трассового контроля
за различными частотными полосами используемого участка ДКМ диапазона.
К аппаратуре зондирования предъявляются следующие требования:
• определение оптимальной частоты по отношению сигнал/помеха
(OCII) должно быть автоматическим;
• контроль качества проверяемых полос должен быть оперативным
и достоверным (эти условия противоречивы, так как оперативность требует
проведения контроля ?а короткое время, что не соответствует в общем случае
требованию достоверности);
• кодированное значение оптимальной частоты должно передаваться
корреспонденту по рабочему или служебному узкополосному каналу. Для
повышения достоверности передачи команд может быть использовано поме-
хозащитное кодирование;
• система зондирования не должна являться источником существенных
помех другим системам радиосвязи;
• переход на новую частоту осуществляется по решению, которое
должно учитывать не только результаты зондирования, но и оценку качества
сигнала на работающей линии. Необходимость смены волны и номера новой
волны должна решать автоматизированная система управлению связью.
Предлагаемый ниже способ и устройство для ионосферного зондирова-
ния позволяют выполнить перечисленные требования. Измеряемое в рас-
сматриваемом устройстве ОСП, по которому оценивается применимость для
15 - 5869
226
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
связи полосы частот, получается путем раздельного и независимого измере-
ния сигнала и уровня помех. Сигнал измеряется при непрерывном гармони-
ческом зондирующем излучении при предельно узкой полосе пропускания
приемника, зависящей только от нестабильности частот опорных генераторов
передатчика и приемника и от доплеровского изменения частоты в процессе
ионосферного распространения. Уровень помех измеряется в испытуемой по-
лосе частот канала. Полоса пропускания тракта приема зондирующего сигнала
может быть порядка 2...3 Гц, а полоса пропускания канала, в котором измеря-
ется уровень помех, - 5... 10 кГц. Благодаря очень узкой полосе пропускания
тракта приема зондирующего сигнала и возможности когерентного накопления
этого сигнала в течении длительного времени (например, 10... 15 мин) мощ-
ность зондирующего передатчика может быть очень малой.
Структура предлагаемого устройства дана на рис. 7.3. Здесь 1 - радио-
передатчик с передающей антенной 2, через которую в направлении коррес-
пондента излучаются гармонические колебания с высокостабильными часто-
тами fi, fi, ..., fn, 3 - приемная антенна; 4 - широкополосный селективно-
усилительный тракт, пропускающий колебания с частотами/ь/2, • •,fn, 5|, 5г,
..., 5П - цепи, содержащие фильтры с узкой полосой пропускания, пропус-
кающие и усиливающие колебания с частотами/h/2, ••,fn, 6, 62, ..., 6П - це-
пи, каждая из которых содержит включенные последовательно фильтр, про-
пускающий полностью испытуемую полосу частот, и режекторный фильтр,
вырезающий расположенную в середине указанной полосы частот узкую по-
лосу на одной из частот/i,/2, Полоса подавления режекторного фильтра
в цепях 61, 62,.... 6П равна полосе пропускания фильтра в цепях 5Ь 52, ..., 5П.
Сигналы с выходов цепей 5 и 6 поступают в выпрямители 7, за которыми
следуют фильтры нижних частот 8 и 9.
Напряжения на выходах фильтров 8 характеризуют качество прохож-
дения зондирующих сигналов соответственно на частотахf,fz, ...,fn, а на-
пряжения на выходах фильтров 9 - уровни помех в испытуемых полосах час-
тот. Указанные напряжения обрабатываются в цепях 10, выполняющих опе-
рации деления одного напряжения на другое, в результате чего на выходах
этих цепей действуют напряжения, характеризующие ОСП в полосах радио-
частот со средними частотами/i,/?, ...,/п. На рис. 7.3 устройство 11 - комму-
татор, осуществляющий периодическую коммутацию выходов цепей 10 и
подачу напряжений с их выходов на решающую цепь 12. Скорость коммута-
ции задается генератором 13. Решающая цепь 12 определяет номер полосы,
в которой ОСП максимально, и передает его в цепь 14, индицирующую оп-
тимальную для радиосвязи полосу частот.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
227
Рис. 7.3
15*
228
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Расчет мощности передатчика зондирующей станции основывается,
прежде всего, на учете ожидаемого уровня радиопомех в пункте приема,
а также на прогнозе распространения радиоволн данного диапазона в данное
время суток, года, в данном географическом районе и при ожидаемом со-
стоянии Солнца. Кроме того, учитываются характеристики передающей и
приемной антенн, а также наличие специальных средств для повышения по-
мехоустойчивости приема, как, например, прием на разнесенные антенны.
Рассматриваются преимущественно радиолинии, действующие в области
широт от 40 до 70° с.ш. протяженностью не более 3000 км; наиболее вероятная
дальность связи - 2...2,5 тыс. км, что соответствует распространению волн с
одним отражением от ионосферы и без резко выраженной многолучевости.
В случае возникновения возмущений ионосферы, при которых связь
еще полностью не нарушается, критическая частота достаточно сильно (при-
мерно на 25%) понижается, а высота отражающего слоя увеличивается. Из
литературы известно, что для расстояния порядка 2000 км минимальная дли-
на волны при спокойной ионосфере равна 16 м, а при возмущенной ионосфе-
ре это значение возрастает до 27 м. Следовательно, рабочий диапазон состав-
ляет от 16 до 27 м, причем при спокойной ионосфере можно пользоваться
более короткими волнами, но не короче 2... 16 м, а при сильных возмущениях
переходить к более длинным волнам. Рабочие частоты понижаются к полу-
ночи и повышаются к полудню. С учетом подобной информации может стро-
иться волновое расписание радиосвязи.
Условия связи в прямом и обратном направлениях неодинаковы, по-
скольку радиостанции конечных пунктов имеют разные антенны: в ретранс-
ляторе - стационарные направленные антенные сооружения, тогда как на ра-
диостанциях обслуживаемой сети, которые могут быть подвижными, как
правило, простейшие антенны, например, типа вертикального несимметрич-
ного вибратора. Типовые напряженности поля атмосферных помех в полосе 3
кГц имеют порядок до 20 мкВ/м; эффективное значение, которое следует по-
ложить в основу выбора параметров зондирующих станций с непрерывным
излучением, на 12...20 дБ ниже пикового и составляет 1...1,5 мкВ/м.
Мощность передатчика в кВт рассчитывается по формуле P=P-JG, где
Рэ = (ЕН/Еед) 2, Ен - «необходимая» напряженность поля, определяемая че-
рез ожидаемую интенсивность помех с учетом требуемого отношения сиг-
нал/помеха и особенностей радиоприемного устройства, Еед - «единичная»
напряженность поля, создаваемая в месте приема передатчиком мощностью
в 1 кВт; G - коэффициент усиления антенны. Как показывает проведенный
расчет, для зондирующей станции с достаточно длительными посылками при
полосе пропускания 3 кГц Рэ=1...2 кВт. Соответственно, при полосе 3 Гц,
которая представляется реальной в системе с непрерывным зондированием
/> =-МгЗ = 1...2 Вт.
З-Ю3
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
229
Коэффициент усиления простой антенны - горизонтального вибратора,
расположенного над землей, G=4. Для несимметричного вертикального вибра-
тора (штыря) согласно [77] G=0,75 для сырой почвы и G=0,5 для сухой. Если
передающая антенна зондирующей станции будет стационарной, то не исклю-
чена возможность получения более или менее значительного коэффициента
усиления. Принимая G=1...2, можно считать достаточной мощность передат-
чика Р= 1 Вт. При использовании на ретрансляторе приемных антенн с боль-
шим коэффициентом усиления, эту мощность можно существенно уменьшить.
Если, например, принять коэффициент усиления приемной антенны порядка 20
(на практике он может быть значительно больше), то окажется достаточной
мощность передатчика 50 мВт. Дополнительная возможность снижения мощно-
сти в несколько раз может обеспечиваться применением разнесенного приема.
Имеются практические материалы, которые показывают, что проведен-
ные ориентировочные расчеты вполне реальны и полученная мощность даже
без применения разнесения позволяет обеспечить прием зондирующего сиг-
нала с достаточным запасом; в условиях зондирования с длительными по-
сылками и возможностью накопления сигнала она могла бы быть даже не-
сколько снижена.
Отметим результаты экспериментальной проверки линии радиосвязи с
малой мощностью передатчика и узкой полосой пропускания приемника, по-
лученные на среднеширотных КВ радиолиниях протяженностью около 1000
и 8000 км [45]. Передачи велись на частотах, в 1,5...2 раза ниже оптималь-
ных, через передатчики с излучаемой мощностью около 3 Вт при полосе про-
пускания радиоканала около 10 Гц. Эксперименты предусматривали переда-
чу информации и оценку вероятности ошибки без применения разнесенного
приема, корректирующих кодов и других средств повышения достоверности
воспроизведения. Радиоканал функционировал нормально во время магнит-
ных бурь. Из 4-10' переданных двоичных посылок было ошибочно воспроиз-
ведено 2-105, т.е. частость ошибок имела порядок 5-10'3.
Приведенные данные дают основание ожидать, что при передаче зонди-
рующей станцией посылок длительностью в несколько секунд и при соответ-
ствующем сужении полосы пропускания приемника мощность зондирующего
передатчика можно будет снизить до десятков милливатт. Для сравнительной
оценки величин такого порядка уместно привести некоторые цифры для до-
пустимых уровней побочных излучений радиопередатчиков. Согласно [46],
для стационарных передатчиков средняя мощность любого побочного излуче-
ния ниже 30 МГц не должна превышать 50 мВт. Для подвижных передатчиков
уровни побочных излучений не должны превышать 200 мВт. Из указанных
данных видно, что мощность зондирующего передатчика может находиться на
уровне допустимых побочных излучений, т.е. зондирование практически не
будет засорять используемый диапазон радиочастот.
Отметим, что при малой мощности зондирующих станций упрощается
проблема электропитания, поскольку возможно использование местной низ-
230
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ковольтной электросети, аккумуляторных батарей, небольших ветродвигате-
лей и т.п.
Полоса пропускания приемника. Скорость отсчетов информации при
квазинепрерывном зондировании может быть крайне малой. Соответственно,
при идеальной стабильности частот ширина полосы пропускания приемника
могла бы составлять миллигерцы. Стабильность частот, достигаемая в совре-
менных синтезаторах составляет величину 10-8... 10-9, при этом частотная по-
I решность в ДКМ диапазоне не более 0,3 Гц.
Решающее значение в выборе полосы пропускания приемника могут
иметь доплеровские уходы частоты, ос< бенно значительные в утренние и ве-
черние часы из-за перемещений ионосферных слоев, а также колебания фазы,
вызванные многолучевостью распространения. По имеющимся данным фаза
не претерпевает существенных изменений на интервалах времени около 30 мс.
Крайне важно, что спектр монохроматического сигнала с такими относитель-
но медленными случайными колебаниями фазы обязательно содержит со-
ставляющую несущей частоты, которая сохраняет постоянную фазу. В этих
условиях доплеровские уходы частоты могут достигать 3 Гц; они заметно
возрастают лишь во время редких, очень сильных ионосферных возмущений,
когда зондирование вообще не дает достоверных данных.
Известно, что дисперсия частоты радиосигнала на линиях протяженно-
стью около 3000 км составляет 0,26 Гц. С учетом изложенного,
а также принимая во внимание относительную кратковременность этих сдви-
гов частоты, можно считать приемлемой при ориентировочном синтезе сис-
темы зондирования без автоматической подстройки частоты и без разделения
лучей полосу пропускания 2 Гц.
Антенны приемной станции системы зондирования. Приемная
станция системы зондирования должна обеспечивать максимальную чувстви-
тельность и помехозащищенность приема; только при этом условии пере-
дающие станции могут быть столь маломощными, как это рассчитано выше.
Требование помехозащищенности может быть наиболее полно реализовано
при решении следующих трех задач: выбора антенны, синтеза приемника,
применения эффективной последетекторной обработки сигналов.
По условиям работы станции желательно, чтобы антенны ретранслято-
ра имели достаточно острую диаграмму направленности, рабо галн в широ-
ком частотном диапазоне, допускали эффективное ослабление замираний и
были удобны в эксплуатации. В принципе возможно применение сложных
антенных систем с автоматическим выбором луча и слежением за ним, одна-
ко возможно использование и более простых вариантов.
Широко применяемые на приемных радиоцентрах антенны бегущей
волны типа БС (с резисторной связью фидера с вибраторами) имеют острую
направленность и широкий частотный диапазон. Недостаток их, проявляю-
щийся в процессе эксплуатации, состоит в трудности смены резисторов свя-
зи, поскольку полотно антенны подвешивается на сравнительно большой вы-
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
231
соте. С точки зрения удобства обслуживания более подходит вертикальная
несимметричная антенна бегущей волны типа БСВН, так как у этой антенны
собирающий фидер, а следовательно, и резисторы связи, располагаются вни-
зу, у поверхности земли, примерно на уровне человеческого роста.
Эффективный метод ослабления поляризационных замираний состоит
в применении в пункте приема антенн, полотна которых расположены во
взаимно перпендикулярных плоскостях. Однако если в качестве одной из ан-
тенн выбрана БСВН, то вторая выполняется как горизонтальная БС, что ли-
шает систему указанного выше эксплуатационного преимущества. Другой
недостаток состоит в неодинаковости каналов приема в системе из-за суще-
ственного различия свойств этих антенн, что неблагоприятно отражается на
качестве двухканального разнесенного приема. Поэтому более целесообразно
для борьбы с замираниями применение наклонных несимметричных антенн
бегущей волны БСНН, у которых резисторы связи расположены внизу, как
у БСВН. В этом случае оба канала приема оказываются совершенно одинако-
выми, кроме того, при тех же размерах полотна, что и у БСВН, возможно
применение опор несколько меньшей высоты. Помимо возможности радио-
приема с разнесением по поляризации, достоинством предлагаемых антенн
является возможность реверсирования, т.е. приема с двух взаимно противо-
положных направлений, причем прием с обоих направлений может вестись
одновременно; с этой целью необходимо фидеры к приемникам подводить
с обоих концов каждой антенны.
Наряду с описанными антеннами в ретрансляторе для обеспечения бес-
перебойности связи должны предусматриваться резервные антенны, обла-
дающие, в частности, повышенными надежностью и живучестью. Такие ан-
тенны могут располагаться, например, на поверхности Земли или под верх-
ним слоем почвы. Они обладают худшими свойствами, и применение их для
целей зондирования может потребоваться только в исключительных режи-
мах, при которых рассматриваемая система зондирования будет заменена на
какую-либо другую, резервную, либо поиск волн для связи будет осуществ-
ляться вообще по иным, специальным алгоритмам.
Альтернативой антенны БСНН могут быть ромбическая и логоперио-
дическая антенны, которые также могут работать в широком диапазоне час-
тот. Достоинством ромбической антенны, как и антенны БСНН, является
возможность реверсивного использования, однако симметричная ромбиче-
ская антенна при расположении ее в двух плоскостях для приема с разнесе-
нием по поляризации потребовала бы очень высоких опор и утратила бы
симметричность. Логопериодическая антенна при надежности и сравнитель-
но простой конструкции обладает худшей направленностью и непригодна для
использования с реверсированием, а также для приема с разнесением по по-
ляризации [77].
Возможно, что приемлемые результаты может дать несимметричная
ромбическая антенна в виде одного провода, поднятого над землей посереди-
не и с опущенными концами. Такие антенны, как и БСНН, при их расположе-
232
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
нии в двух взаимно перпендикулярных плоскостях могут оказаться пригод-
ными для приема с разнесением по поляризации. Таким образом, одним из
наиболее целесообразных вариантов следует считать использование систем
с наклонными антеннами типа БСНН.
Комбинирование сигналов при приеме с поляризационным разне-
сением. Теоретические и экспериментальные исследования, проводившиеся
на линиях КВ радиосвязи, показали высокую эффективность приема с поля-
ризационным разнесением, близкую к эффективности пространственного
разнесения. Этот факт подтверждает, что изменение положения плоскости
поляризации часто является одной из основных причин замираний радиосиг-
налов в ДКМ диапазоне. Прием с разнесением по поляризации реализуется
обычно путем применения двух антенн со взаимно перпендикулярной поля-
ризацией и устройства сложения сигналов из этих антенн или автоматическо-
го выбора более сильного из двух сигналов.
Коммутация приемников устройством автовыбора создает искажения
принимаемых сигналов, что особенно нежелательно в системе зондирования,
поскольку оценка качества испытуемой частоты осуществляется путем изме-
рения одного импульса, хотя и длительного. Сложение сигналов может вы-
зывать увеличение уровня помех или требует усложнения аппаратуры. Для
избежания указанных недостатков может оказаться заслуживающим внима-
ния устройство, представляющее собой приемник с двумя радиочастотными
входами. Результирующий выходной сигнал оказывается прямо пропорцио-
нальным результирующему вектору напряженности поля сигнала в месте
приема. Если амплитуда результирующего поля флуктуирует, то вредное
влияние этого явления приемом с разнесением по поляризации не устраняет-
ся; дальнейшее улучшение надежности приема может дать лишь сочетание
обоих видов разнесения - поляризационного и пространственного. Структур-
ная схема подобного приемного устройства изображена на рис. 7.4.
На рис. 7.4 А1 и А2 - антенны со взаимно перпендикулярной поляриза-
цией; 1 - преселекторы приемников; 2 - преобразователи частоты; 3 - гете-
родин, общий для обоих приемников; 4 - фазовращатель, сдвигающий фазу
напряжения гетеродина на +45°; 5 - фазовращатель, сдвигающий фазу на-
пряжения гетеродина на -45°; 6 - суммирующая цель; 7 - общий усилитель
промежуточной частоты и последующий линейный тракт приемника. Вместо
двух фазосдвигающих цепей можно сделать одну в цепи, связывающей гете-
родин с любым из двух преобразователей частоты; в этом случае цепь долж-
на сдвигать фазу на 90°; однако вариант, представленный на рис. 7.4, более
предпочтителен, так как в этом случае легче обеспечивать полную симмет-
рию каналов.
Предположим, что вектор электрического поля принимаемого сигнала
направлен под углом а к вертикали, как показано на рис. 7.4. В этом случае
ЭДС сигнала в первой антенне можно определить как
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
233
Рис. 7.4
q = Uт cos
где Um - амплитуда сигнала; (0с и фс - угловая частота и фаза сигнала.
В то же время ЭДС сигнала во второй антенне в заданных условиях
будет равна
е2 =^sin у-a cos(wcz + ^c).
Напряжение на выходе суммирующей цепи после преобразования сигналов
и = aU,n cos (<unpr + <р+с),
где a - общий коэффициент передачи блоков 1 и преобразователя частоты 2;
Wnp = cor-(OC - промежуточная частота; ф = фг-фс - фаза сигнала на выходе
преобразователя частоты.
Из последнего выражения видно, что в рассматриваемом устройстве
изменение наклона плоскости поляризации поля принимаемого сигнала не
влияет на амплитуду суммарного напряжения, отражаясь только на его фазе.
Поскольку сигнал уже имеет случайную флуктуирующую фазу, дополни-
тельный сдвиг фазы не отразится на качестве приема. Это означает, что дан-
ное устройство устраняет поляризационные замирания одиночной волны
с вращающейся угловой ориентацией фронта.
Рассмотренный способ описания сигнала не всегда отражает действи-
тельную картину прохождения волн через ионосферу. Исследования распро-
странения коротких волн показывают, что влияние магнитного поля Земли
234
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
вызывает расщепление волны на две составляющие, а отражение от ионосфе-
ры имеет не зеркальный, а диффузный характер. В этих условиях в качестве
модели следует принять двухлучевую волну с несовпадающими угловыми
положениями фронтов и несовпадающими фазами. Если одна из составляю-
щих доминирует, то устройство по схеме рис. 7.4 проявляет свою эффектив-
ность в полной мере, в противном случае при некоторых фазовых соотноше-
ниях между компонентами замирания могут не устраняться.
Предположим, что в пункт приема приходят два сигнала, один с углом
падения а и другой с углом падения Р, причем первый - с фазой фс1, а другой -
фС2- Выполняя аналогичные расчеты для ЭДС в обеих антеннах и суммарного
напряжения, получаем, что при U„,\ =» U,„2 и ф2-ф1 + Р-а=7Г, где ф] = фг-фс1
и ф2 = фг-фс2> амплитуда результирующего напряжения падает до величины,
близкой к нулю, т.е. в полной мере проявится интерференционное замирание.
Чтобы этого избежать, требуется усложнить приемное устройство, например,
предусмотрев дополнительную цепь, в которой фазы сигналов складываются
по иному закону. Так, на рис. 7.5 показан двухканальный приемник, в кото-
рый помимо суммирующей введена вычитающая цепь.
Замирание сигнала на выходе вычитающей цепи проявляется при ф2 =
= ф1 = Р + а = п. Отсюда видно, что условия замирания сигналов в сумми-
рующей и вычитающей цепи не совпадают при сс^р. В противном случае
замирания в обоих каналах происходят одновременно, что характерно для
полностью интерференционного, а не поляризационного замирания сигнала,
и поляризационное разнесение оказывается неэффективным независимо от
способа комбинирования сигналов в каждом из каналов разнесения. Однако и
в этих условиях прием может быть обеспечен, если наряду с поляризацион-
ным разнесением действует пространственное. Следует иметь в виду, что
в действительности вероятность совпадения углов падения очень мала.
Комбинирование сигналов суммирующей и вычитающей цепей можно
осуществить в простейшем амплитудном детекторе по схеме рис. 7.6. Выход-
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи 235
ное напряжение ивых создается тем из напряжений, которое имеет большую
амплитуду, а диод в цепи меньшего напряжения будет заперт.
Комбинирование выходных сигналов (рис. 7.5) можно осуществить при
их линейном синфазном сложении. Возможная схема такого устройства пока-
зана на рис. 7.7. Сигналы +и и -и подводятся к понижающим преобразовате-
лям частоты 9 и 10, на ге геродинные входы которых подается напряжение от
гетеродина 11, причем на один из входов - через регулируемый фазовраща-
тель 12. Сигналы с выходов 9 и 10 через узкополосные фильтры 13 подводят-
ся ко входам фазового детектора 14, с выхода которого получается управ-
ляющее напряжение цепи фазовой синхронизации. Через фильтр нижних час-
тот оно воздействует на регулятор фазы 12, обеспечивая фиксированный вза-
имный сдвиг фаз на выходах 9 и 10 на п/2.
Рис. 7.7
Напряжения сигналов с выходов фильтров 13' и 13" подаются на по-
вышающие преобразователи частоты 16 и 17; на гетеродинные входы этих
преобразователей подается напряжение от гетеродина 11, причем на один из
236
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
входов - с поворотом фазы на л/2 в фазовращателе 18, либо на оба входа со
взаимно противоположным сдвигом на л/4, подобно тому, как это сделано
в устройстве по схеме рис. 7.4.
Цепь из преобразователя 9, фильтра 13' и преобразователя 16 так же,
как и цепь из преобразователя 10, фильтра 13" и преобразователя 17, образует
активный фильтр В.И. Юзвинского, преимущества которого известны. Син-
фазность полученных сигналов позволяет их сложить, что и делается в сум-
мирующей цепи 19. Сигнал с общего выхода подается на детектор 20.
Фильтры 13' и 13" могут быть сделаны предельно узкополосными
(с полосой пропускания около 1...2 Гц), что обеспечивает максимальную се-
лективность. Помехоустойчивость будет наибольшей также благодаря тому,
что весь цвухканальный тракт приема до детектора 20 может быть выполнен
практически линейным.
Итак, проведенное исследование показало, что при двухлучевой моде-
ли сигнала, учитывающей возможность интерференционных замираний, про-
стой приемник по схеме рис. 7.4 оказывается не всегда эффективным и в ко-
нечном итоге для реализации разнесенного приема приходится иметь два
полных канала усиления и преобразования сигнала от антенны до детектора.
Однако при принятии двухканального варианта задача может быть решена с,
по-видимому, близкими результатами не только при помощи описанного
выше устройства по схемам рис. 7.4-7.6, но и применением работающих от
антенн А1 и А2 (рис. 7.4) двух полностью самостоятельных обычных по
структуре линейных трактов приема, в которых общими могут быть только
источники гетеродинных напряжений. Весьма вероятно, что в технико-
экономическом отношении этот вариант окажется предпочтительнее, так как
те же приемники можно будет в случае необходимости использовать для
одиночного (не разнесенного) приема.
7.5. Приемное устройство системы
ионосферного зондирования
Общие положения. Наиболее сложной и ответственной частью уст-
ройства контроля и выбора частот радиосвязи является приемник сигналов
зондирования ионосферы. От параметров этого приемника будет зависеть
достоверность информации об условиях распространения, выдаваемой уст-
ройством зондирования ионосферы.
Приемник, работающий в составе подобного устройства и осуществ-
ляющий прием отраженных зондирующих сигналов, должен иметь предельно
узкую (единицы Гц) полосу пропускания, что упрощает автоматизацию сис-
темы зондирования, дает возможность уменьшить ее габариты, снизить излу-
чаемую мощность. Осуществить столь узкую полосу пропускания проще все-
го на частотах не выше сотен Гц, применяя для этой цели активные фильтры,
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
237
выполненные на операционных усилителях. Полосы пропускания входного
преселектора и фильтров, включенных в цепи предыдущих промежуточных
частот (ПЧ), должны быть минимальны; здесь эффективно применение пере-
ключаемых кварцевых фильтров.
Как отмечалось выше, основным критерием выбора полосы пропуска-
ния фильтра ПЧ в единицы Гц является возможная дисперсия отражаемого от
ионосферы сигнала, не превышающая в наихудшем случае 1...2 Гц. Основ-
ные критерии выбора значения полосы пропускания блока входных кварце-
вых преселекторов - надежность, себестоимость и габариты, причем габари-
ты в этом случае имели бы наименьшее значение, поскольку приемное уст-
ройство ионосферного зондирования целесообразно разместить в составе
ретранслятора.
Приемник ионосферного зондирования предназначен для приема
сигналов, вырабатываемых устройством наклонного ионосферного зондиро-
вания в диапазоне частот от 3 до 30 МГц, где расположены 28 частот зонди-
рования в следующей последовательности: 3 МГц, 4 МГц, 5 МГц, 6 МГц, ...,
29 МГц, 30 МГц. Таким образом, частоты зондирования расположены через 1
МГц во всем ДКМ диапазоне.
Структурная схема приемника ионосферного зондирования (рис. 7.8)
состоит из следующих элементов: 1 - блок переключаемых кварцевых
фильтров, число фильтров - 28, полоса пропускания - 1 кГц; 2 - усилитель
радиочастоты, имеющей в своем составе переключаемые колебательные кон-
туры частоты принимаемого радиосигнала; 3 - первый смеситель; 4 - кварце-
вый фильтр первой ПЧ (/пт = 1 МГц, П = 1 кГц); 5 - усилитель первой ПЧ; 6 -
синтезатор частот первого, второго и третьего гетеродинов, имеющий в своем
составе термостатированный кварцевый опорный генератор; 7 - второй сме-
ситель; & - активный фильтр второй УХЧ Vjvre.-3> кГн, У\=50 Гн); 9 - усили-
тель второй ПЧ; 10 - третий смеситель; И - активный фильтр третьей ПЧ
(А1чз= 130 Гц, П = 5 Гц); 12 - усилитель третьей ПЧ. Синтезатор частот гене-
рирует напряжения с частотой первого гетеродина, равной 2 МГц, для часто-
ты зондирования 3 МГц; 3 МГц для частоты зондирования 4 МГц и т.д. Час-
тота второго гетеродина - 0.997 МГц, третьего гетеродина - 11870 Гц.
Важнейшим вопросом при реализации подобного рода приемников
с такой узкой полосой пропускания является обеспечение высокой стабиль-
ности частоты опорного генератора. Полоса пропускания фильтра третей ПЧ
- 5 Гц. Это означает, что максимальный уход частоты третьей ПЧ может
быть не более ±2 Гц от центральной частоты 130 Гц, в противном случае /Пчз
выйдет за пределы полосы пропускания фильтра третьей ПЧ и прием станет
невозможным. Напряжение с частотой /Пчз получается как результат взаимо-
действия напряжений со следующими частотами:
(/с +А/с + А/д)_(/п t А/п)_(/г2 + А/г2)_(/гз +А/гз) = /пЧЗ + Д/пЧЗ’
238
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 7.8
где Ус - частота принимаемого сигнала; ДУС - нестабильность частоты пере-
датчика; А/ - нестабильность частоты принимаемого сигнала, обусловлен-
ная дисперсией частоты при распространении радиоволн от пункта передачи
до пункта приема; fri, fr2, fr3 - частоты первого, второго и третьего гете-
родинов приемника соответственно; Дуг1, Дуг2, Дугз - нестабильность часто-
ты первого, второго и третьего гетеродинов cooi ветотвенно; упчз - частота
третьей ПЧ; Afn43 - нестабильность третьей ПЧ.
Поскольку опорный генератор (ОГ) один для всех гетеродинов, неста-
бильность третьей ПЧ Д/"пчз является результатом суммирования нестабиль-
ностей ДУс, ДУд и нестабильности частоты опорного генератора Дуог, т.е.
ДУпчз = ДУС + ДУд + Д/ог • Допустима нестабильность УПЧЗдоп = 2 Гц. Поскольку
синтезатор передатчика подобен синтезатору гетеродинов приемника, при-
мем Д/с =4/ог- Примем также Дуд = ±1 Гц. Подставляя заданные величины и
решая относительно Д/’()Г, получаем: дуог =0,5(дуПЧЗдоп-Дуд) = ±0,5 Гц.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
239
Таким образом, суммарная нестабильность частот блока гетеродинов
приемника должна быть не более 0,5 Гц. Отметим, что такую же величину
нестабильности частоты должен обеспечивать и синтезатор частот передатчи-
ка. Требования к стабильности частоты ОГ приемника могут быть снижены,
если обеспечить большую стабильность частоты передатчика. Требуемая не-
стабильность должна быть обеспечена на наивысшей частоте зондирования -
30 МГц в диапазоне рабочих температур. Для обеспечения нестабильности
±0,5 Гц на частоте 30 МГц ОГ приемника должен иметь стабильность не ху-
же 1СГ8, что обусловливает обязательное применение термостатирующего
устройства и высококачественного кварцевого резонатора. Подобные ОГ ус-
пешно реализуются в современной КВ радиоаппаратуре.
Схему ОГ следует строить таким образом, чтобы обеспечить мини-
мальное влияние внешних дестабилизирующих факторов на кварцевый резо-
натор. Связь генератора с резонатором должна быть минимальна; также ми-
нимальна должна быть мощность, рассеиваемая на кварцевом резонаторе.
Столь высококачественный источник опорной частоты невыгодно строить
для одной только системы зондирования. Более целесообразно использование
высокостабильного ОГ для нужд всех систем ретранслятора. Для уменьшения
накопления неточности от временного ухода частоты опорною кварцевого
генератора приемника следует предусмотреть или ее периодическую коррек-
цию по эталонным сигналам (службы времени и частоты Госстандарта), или
ФАПЧ по этим эталонным сигналам.
Другой возможный вариант реализации приемника ионосферного зон-
дирования, основанный на использовании фильтра В.И. Юзвинского, пред-
ставлен на рис. 7.9, где 1 - достаточно чувствительный и селективный тюнер
обычного типа, содержащий входные цепи, тракт радиочастоты, преобразо-
ватели и усилители промежуточных частот. Выходные фильтры тюнера, на-
строенные на последнюю (вторую или третью) промежуточную частоту,
имеют сравнительно широкую полосу пропускания (около 1 кГц). Также на
рис. 7.9 показан синтезатор 2, являющийся источником гетеродинных напря-
жений с требуемой частотной нестабильностью; 3 - блок программного
управления синтезатором, обеспечивающий перестройку приемника на час-
тоты зондирующего передатчика в заданной последовательности и в нужных
интервалах времени; 4 - таймер.
Дальнейшее сужение полосы пропускания обеспечивается фильтром 5,
представляющим собой развитие фильтра В.И. Юзвинского. Обычный
фильтр Юзвинского состоит из двух последовательных преобразователей
частоты с включенным между ними полосно-пропускающим фильтром, на-
строенным на относительно низкую промежуточную частоту, причем гетеро-
динное напряжение для первого преобразователя, понижающего частоту,
и второго преобразователя, повышающего частоту, - общее. Чем ниже про-
межуточная частота, тем более узкой может быть полоса пропускания фильт-
ра, настроенного на эту частоту. Недостаток описанного фильтра состоит
в недостаточной помехоустойчивости из-за наличия зеркального канала, при-
240
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
чем ослабление помех этого побочного канала тем сложнее, чем ниже про-
межуточная частота.
Для избежания указанного недостатка фильтрующее устройство 5 мо-
жет быть выполнено из двух одинаковых каналов по схеме Юзвинского. Ка-
ждый канал содержит два последовательных преобразователя частоты (6'
и 8', 6" и 8" соответственно) с включенным между ними фильтром промежу-
точной частоты. Гетеродинные напряжения вырабатываются синтезатором 2,
причем гетеродинные напряжения первого и второго каналов сдвинуты по фа-
зе на 90° при помощи фазовращателей 9 и 10. Общее выходное напряжение
получается суммированием выходных напряжений обоих каналов в цепи 11.
Устройство 5 действует следующим образом. Выделяемый сигнал,
проходя через преобразователи 6' и 8' в одном канале и через преобразовате-
ли 6" и 8" в другом, имеет на выходе преобразователей 8' и 8" одинаковую
фазу и после сложения в цепи 11 передается на общий выход блока 5. В то же
время помеха зеркального канала, пройдя по тем же путям, имеет на выходах
преобразователей 8' и 8" взаимно противоположную фазу, блаюдаря чему,
если оба канала имеют одинаковые характеристики и параметры, в цепи 11
помеха компенсируется и не поступает на выход блока 5, что обеспечивает
повышенную помехоустойчивость устройства.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
241
Роль выходного фильтра с предельно узкой полосой пропускания вы-
полняет синхронный детектор 12 с включенным на его выходе фильтром
нижних часют 15; частота среза этого фильтра около 1 Гц, и она фактически
определяет общую полосу пропускания приемника. Для получения достаточ-
но высокой селективности здесь целесообразно использовать активный
фильтр.
Для того чтобы на прием не влияла небольшая нестабильность частоты
сигнала, вызванная, например, проявлением эффекта Доплера при ионосфер-
ном распространении, можно использовать квадратурный детектор или его
развитие - многофазный детектор, предложенный А.А. Пироговым. Так, на
рис. 7.9 представлен многофазный детектор, который состоит из ряда парал-
лельных фазовых детекторов 13j, 13г, .... 13п, на гетеродинные входы кото-
рых при помощи фазовращателей 14ь 14г, ..., 14п подается от синтезатора 2
опорное напряжение.
7.6. Технико-экономические требования
к алгоритмам и каналам служебной связи
Предлагаемая концепция построения сетей КВ связи как организован-
ной и программно-управляемой совокупности радиолиний подразумевает
широкое использование средств вычислительной техники как непосредст-
венно в системах контроля и управления сетью, так и в составе средств прие-
ма, передачи и обработки информации. Для управления и контроля создается
подсистема служебной связи, назначение которой, в частности, - обеспечить
обмен между элементами системы вспомогательной информацией, необхо-
димой для нормального функционирования. К основным функциям подсис-
темы служебной связи относятся:
1) автоматизация организации каналов информационного обмена, т.е.
обеспечение многостанционного доступа абонентов в общий ресурс системы;
2) передача различных команд для адаптивного управления абонентами
в ходе ведения информационного обмена.
Помимо этого подсистему служебной связи можно использовать для
сбора данных о тек} щем состоянии системы радиосвязи, контроля за несанк-
ционированным проникновением сторонних станций, передачи команд
управления нескольким абонентам сети, информационного обмена между
абонентами определенных категорий в экстренных случаях, когда по каким-
либо причинам блокированы все основные каналы.
Каждому абоненту сети присваивают индивидуальный адрес (кодовую
комбинацию), содержащий как информацию о категории приоритета данного
абонента, так и сменный по командам ВРП пароль, общий для всех абонентов
на данный период времени и предназначенный для ограничения возможности
проникновения в сеть сторонних станций. Адреса абонентов можно заменять
16 - 5869
242
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
по командам ВРП, например, общим сдвигом относительно выбранной чи-
словой базы.
Управляющий вычислительный комплекс ВРП, приняв запрос на связь,
производит идентификацию корреспондента, проверяет его полномочия
(«свой - чужой», приоритет, право на пользование заявленными видами связи
и право на связь с заявленным корреспондентом и т.п.) и в зависимости от
результатов проверки и сложившейся обстановки обеспечивает выполнение
одной из услуг: организует канал информационного обмена немедленно, ста-
вит вызывающего абонента на очередь, отказывает ему в связи, предлагает
вариант односторонней ретрансляции сообщения требуемому корреспонден-
ту с предварительной задержкой (записью) в памяти ВРП (задержанное во
времени сообщение передается по мере восстановления нормальных условий
в радиоканалах информационного обмена).
Для выработки решений об адаптивном управлении в организации
многостанционного доступа должны быть разработаны эффективные алго-
ритмы обработки данных от датчиков оценки состояния системы. Заметим,
что организация многостанционного доступа и адаптивное управление або-
нентами, являясь самостоятельными задачами, тем не менее тесно взаимосвя-
заны друг с другом. Например, одно из назначений адаптивного управления -
обеспечить возможно больший свободный ресурс (пропускную способность
общего канала связи) системы, доступный для выделения абонентам при по-
ступлении от них заявок на связь. В то же время при организации многостан-
ционного доступа надо иметь возможность управлять абонентами и посту-
пающей от них нагрузкой для обеспечения устойчивости работы и предот-
вращения перегрузок системы.
Алгоритмы обслуживания поступающих заявок и опроса корреспон-
дентов сети связи должны обеспечивать: автоматизированное вхождение
в связь и организацию канала информационного обмена для любой пары або-
нентов сети по инициативе либо одного из них, либо ВРП при условии, что
оба абонента свободны, а ресурс информационных каналов ретранслятора не
исчерпан; передачу селективного вызова от ВРП в зону и обратно; передачу
данных о состоянии абонентов (свободен, занят, длина очереди заявок на свя-
зи и т.д.); передачу информации о качестве приема сигнала абонентами; пе-
редач)’ абоненту цифровой управляющей информации; установление группо-
вых связей; ведение соответствующей документации.
Текущее состояние сети в иелом, полученное по результатам служеб-
ной связи, должно отражаться и сохраняться в таблице состояний системы;
скорость обновления таблицы состояний в памяти управляющего вычисли-
тельного комплекса ретранслятора должна составлять несколько секунд, при
этом должна обеспечиваться максиматьно достижимая средняя достовер-
ность таблицы состояний системы при заданном времени цикла опроса и
идентификации.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
243
Каналы служебной связи должны быть защищены от воздействия по-
мех. Следует отметить, что нарушение связи в служебном канале вызывает
более тяжелые последствия (вплоть до отказа всей системы), чем пропадание
одного или нескольких информационных каналов, поэтому требования к его
надежности существенно выше чем у информационных каналов. Алгоритм
работы служебного канала должен обеспечивать при полном пропадании
служебной связи выход на поисковый режим как у ретранслятора, так и у
абонентов. Вид сигналов, передаваемых в служебном канале, должен наряду
с заданной достоверностью обеспечивать и требуемую скорость управления
средствами радиосвязи; эта скорость, в свою очередь, должна гарантировать
заданное время вхождения в связь по информационному каналу и требуемое
время реакции на изменения состояния системы. Применяемые в служебном
канале сигналы и коды должны обеспечивать высокую степень защиты от
неконтролируемого входа в служебный канал; для этого в служебном канале
нужно применять кодовые ключи, пароли, слова-идентификаторы и другие
современные средства «проверки полномочий».
Поскольку длительность сеанса служебной связи с i-м корреспонден-
том, как правило, невелика, то в ее пределах служебный канал можно считать
стационарным. Однако повторные сеансы связи с этим корреспондентом че-
рез цикл опроса разнесены на время, как правило, соизмеримое со средней
скоростью изменения состояния КВ канала. По этой причине помехи дейст-
вуют в служебном канале по-разному в течение разнесенных во времени се-
ансов связи при циклических опросах. Это позволяет использовать для по-
вышения достоверности служебной связи методы временного разнесения
в сочетании с мажоритарным декодированием.
Повысить достоверность служебной связи можно увеличением энерге-
тики радиолинии на сеанс служебной связи с одним корреспондентом. Если
же эта энергетика фиксирована, то для повышения достоверности служебной
связи нужно либо использовать низкоскоростные безызбыточные сигналы,
либо вводить избыточность для кодовой защиты передаваемой служебной
информации, что, однако, требует повышения скорости передачи в служеб-
ном канале. Достоверность служебной связи можно при определенных усло-
виях повысить, если за отведенное для одного цикла опроса время провести
и подциклов опроса, на каждый из которых выделяется 1/и часть общей энер-
гии на сеанс служебной связи. При этом время на подцикл опроса сокращает-
ся в и раз и для передачи служебной информации приходится повышать ско-
рость передачи в служебном канале, что, естественно, приводит к ухудшению
отношения сигнал-помеха в нем. Однако решение о содержании переданного
корреспондентом служебного пакета выносится по результатам опроса кор-
респондентов по всем п подциклам, что может существенно повысить досто-
верность служебного пакета.
16*
244
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
7.7. Способы организации многостанционного доступа
Выбор способа многостанционного доступа зависит от ряда факторов.
Так, одни способы находят большее применение в системах радиосвязи с
коммутацией каналов, в то время как другие - с коммутацией сообщений или
пакетов. Существенное влияние на выбор способа многостанционного досту-
па оказывают требуемое время установления связи с заданными абонентами,
устойчивость работы системы при быстрых изменениях ситуации, необходи-
мое качество и виды передаваемой по каналу связи информации, наличие
приоритетов и т.д. К настоящему времени разработано большое число спосо-
бов организации многостанционного доступа. Их все можно условно разде-
лить на пять основных групп [26]: фиксированного, свободного, с централи-
зованным динамическим распределением ресурсов, с децентрализованным
динамическим распределением ресурсов и адаптивного.
Способы организации фиксированного доступа. При этих способах
организации коллективного доступа весь ресурс системы связи разбивают на
части, каждую из которых закрепляют за отдельным абонентом. Известны
три основных варианта организации фиксированного доступа: многостанци-
онный доступ с частотным уплотнением (МДЧУ), многостанционный доступ
с временным уплотнением (МДВУ) и многостанционный доступ с кодовым
уплотнением (МДКУ). В настоящее время МДЧУ все больше вытесняется
МДВУ и МДКУ, обеспечивающими более эффективное использование энер-
гетических и частотно-временных ресурсов системы. К тому же способ
МДКУ позволяет обеспечить борьбу с многолучевостью распространения
радиоволн, реализуя высокую помехоустойчивость и скрытность. Известны
также комбинированные способы многостанционного доступа.
К недостаткам методов фиксированного доступа можно отнести низ-
кую эффективность использования ресурсов системы радиосвязи при редких
запросах на связь от корреспондентов и при ограниченном времени пребыва-
ния сообщения в системе.
Способы организации свободного доступа. При использовании этих
способов корреспонденты конкурируют между собой при обращении к кол-
лективному ресурсу. Эти способы применимы при редких запросах на связь
с требованием быстрого обслуживания и ориентированы на использование
в системах с коммутацией сообщений или пакетов. В зависимости от порядка
начала передачи сообщения способы организации свободного доступа можно
подразделить на способы без проверки занятости канала связи и с проверкой.
К первой группе способов относятся алгоритмы типа ALOHA, наибо-
лее простым из которых является чистая ALOHA. При этом способе органи-
зации многостанционного доступа абонент передает сообщения в любой
удобный для него момент времени. Если несколько корреспондентов начи-
нают передачу одновременно, то каждый из них повторяет передачу через
некоторый случайный промежуток времени. Известно, что коэффициент ис-
7. Система управления авпюматизированной сетью радиосвязи
245
пользования пропускной способности канала для системы чистая ALOHA
S = Ge~2G, где S - коэффициент использования пропускной способности ка-
нала, равный произведению интенсивности потока пакетов Л', переданных
правильно, на время передачи одного пакета Т, G - нагрузка, равная произве-
дению интенсивности потока пакетов на входе канала Л на время передачи
одного пакета Т. Из этого выражения следует, что максимальное значение
S = 0,184 достигается при G = 0,5. Несмотря на достаточно низкий коэффици-
ент использования пропускной способности канала связи, этот способ сво-
бодного доступа позволяет при низкой интенсивности потока пакетов и ма-
лом допустимом времени задержки сообщения увеличить число обслуживае-
мых системой корреспондентов на несколько порядков по сравнению с фик-
сированным доступом.
Протокол синхронная ALOHA позволяет увеличить максимальное зна-
чение коэффициента S вдвое по сравнению с чистой ALOHA. Это обеспечи-
вается применением метода синхронного тактирования, при котором всю
временную ось разбивают на окна с длительностью, равной времени переда-
чи одного пакета, причем корреспонденты могут начинать передачу пакета
только в момент начала нового временного окна.
Второй способ организации свободного доступа с проверкой занятости
канала связи позволяет уменьшить вероятность конфликтов между корреспон-
дентами. При такой организации многостанционного доступа корреспондент
перед передачей сообщения вначале оценивает состояние канала и затем при
свободном канале начинает передачу Если канал занят, то корреспондент в
зависимости от применяемого метода либо откладывает проверку на некото
рый интервал времени, либо продолжает контролировать занятость канала до
его освобождения. Если несколько корреспондентов, установив, что канал был
свободен, одновременно начинают передачу сообщений, каждый из них повто-
ряет передачу через некоторый случайный промежуток времени.
Коэффициент использования пропускной способности канала S при ор-
ганизации свободного доступа с проверкой занятости канала сильно зависит
от отношения суммы времени определения состояния канала связи и времени
распространения радиоволн к длительности пакета. Если это отношение
большое, то эффективность такого способа многостанционного доступа су-
щественно снижается.
Для устранения при многостанционном доступе с контролем занятости
канала проблемы так называемых «скрытых» корреспондентов, возникаю-
щей, когда некоторые корреспонденты имеют связь с одним общим узлом, но
не имеют связи между собой, используют метод, при котором канал связи
разбивается на канал сообщений и канал для передачи специального сигнала
«Занято». При обнаружении ретранслятором в системе радиосвязи с ВРП за-
нятого сообщением канала начинает передаваться сигнал «Занято», который
могут принимать все корреспонденты. В ряде случаев вместо сигнала «Заня-
то» более целесообразно передавать сигнал «Свободно».
246
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Для повышения эффективности способов доступа с контролем занято-
сти канала также можно использовать метод синхронного тактирования. За-
метим, что синхронные способы многостанционного доступа по сравнению
с асинхронными более уязвимы в отношении преднамеренных помех, по-
скольку преамбулы, передаваемые в строго определенные моменты в начале
пакета для синхронизации аппаратуры корреспондента, могут легко разру-
шаться сигналами противодействия.
Основной недостаток свободного доступа обусловлен необходимостью
управлять потоками сообщений для достижения высокой эффективности и
устойчивости. Действительно, из-за неравномерности потока вызовов на оп-
ределенных интервалах времени начинает возрастать число пакетов, испыты-
вающих наложение друг на друга и требующих повторной передачи. При
этом загрузка канала связи увеличивается, а это. в свою очередь, увеличивает
вероятность наложения пакетов, и время пребывания сообщения в системе
может превысить допустимые нормы. В настоящее время разработан ряд
способов управления повторными передачами для обеспечения устойчивости
системы радиосвязи.
Способы организации доступа с централизованным динамическим
распределением ресурсов. При ^тих способах весь коллективный ресурс сис-
темы распределяет центр управления (ретранслятор в системе с ВРП) либо об-
ращаясь к каждому корреспонденту для выяснения наличия заявок на связь
(способ опроса), либо на основании заявок на связь, подаваемых корреспон-
дентами самостоятельно (способ доступа по заявкам корреспондентов).
При способе опроса в определенном порядке очередности ВРП про-
сматривает все потенциальные источники информации. Если при поступле-
нии запроса корреспонденту нужна связь, то после получения подтверждения
ему предоставляется рабочий канал; если связь не нужна, он отправляет на
ВРП отрицательный ответ. После обслуживания данного корреспондента
ВРП переходит к обслуживанию следующего абонента. Опросив всех кор-
респондентов и не обнаружив требований на связь, ВРП имеет холостой ход
канала служебной информации. Если требование на связь появилось у кор-
респондента после опроса, то он вынужден дожидаться нового цикла опроса,
при этом задержка передачи увеличивается. Таким образом, эффективность
этого способа сильно зависит от числа корреспондентов и производимой ими
нагрузки. Основным его недостатком в системах радиосвязи с большим чис-
лом корреспондентов и малой нагрузкой является то, что основная часть вре-
мени при опросе уходит на корреспондентов, не имеющих подготовленных
для передачи сообщений.
Повысить эффективность этого способа многостанционного доступа
можно с помощью поиска корреспондента, которому необходима связь (дос-
туп с зондированием). При этом доступе ВРП постоянно опрашивает всех
корреспондентов до получения заявки на связь, затем разбивает всех их на
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
247
две группы, в каждой из которых повторяет опрос. Обнаружив подгруппу с
корреспондентом, которому нужна связь, ВРП опять разбивает ее на две час-
ти и повторяет подобные действия, пока не найдет требуемого корреспонден-
та. Имеются данные, что при таком доступе и при малой загрузке среднее
время опроса намного меньше, чем при обычном доступе по командам.
Время опроса уменьшается также при снижении объема служебных
команд. Так, в [166] предложен алгоритм доступа на основе управляющих
^-последовательностей. Каждому корреспонденту в зависимости от приори-
тета присваивается один или несколько элементов /^-последовательности.
Ретранслятор выбирает очередной бит последовательности и передает его.
Корреспонденты, принимая этот бит, могут с высокой точностью отслежи-
вать фазу /^-последовательностей благодаря их высоким корреляционным
свойствам. Передаваемые биты /^-последовательности разбивают временную
ось на индивидуальные окна. Каждому корреспонденту в его окне выделяется
служебный интервал для передачи заявки на связь; если от корреспондента
поступает положительный ответ, ему также выделяется информационный
интервал для передачи сообщения. После окончания передачи сообщения
корреспондентом ВРП передает следующий бит М-последовательности.
К этому же классу относится протокол локальной сети с упорядоченным
доступом MLMA. Согласно этому протоколу временная ось разбивается на
кадры переменной длины. В начале кадра центр передает стартовый флаг,
затем следуют закрепленные за корреспондентами служебные мини-
интервалы для передачи запросов, далее следует некоторое переменное число
информационных интервалов, выделенных корреспондентам по их запросам.
Следует отметить, что способ, когда корреспонденты для передачи зая-
вок на связь осуществляют доступ к служебному каналу на основе МДВУ,
также можно отнести к способу опроса. В данном случае фактически произ-
водится пассивный опрос корреспондентов, при этом для каждого из них вы-
деляется определенное время в служебном канапе для передачи заявки. Как
показывают исследования, эффективность подобного способа организации
служебной связи при низкой интенсивности потока заявок на связь мала, так
как значительная часть времени тратится впустую, а отсутствие запросов
у части корреспондентов не уменьшает времени обслуживания остальных.
Число необходимых служебных частотных каналов в системе радиосвязи
с ВРП может составлять при этом около 25% числа рабочих каналов.
При способе организации доступа по заявкам корреспондентов ВРП на
основании поступивших заявок на связь распределяет общий ресурс и сооб-
щает корреспондентам расписание связи. При этом в общем канале связи вы-
деляются подканалы для передачи сообщений, запросов и ответов. Модифи-
кация этого алгоритма обслуживания зависит от организации информацион-
ного и служебного каналов. Так, при протоколе динамического резервирова-
ния запросы от корреспондентов поступают по служебному каналу с исполь-
зованием свободного доступа, а распределяемые централизованно информа-
ционные каналы организуются по принципу временного разделения.
248
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Остановимся несколько подробнее на методах доступа с централизо-
ванным распределением ресурсов. В системе зоновой КВ радиосвязи с ВРП
все каналы организуют на основе частотного разделения, при этом наряду
с информационными каналами имеется несколько выделенных служебных.
По служебным каналам ВРП постоянно передает специальный маркерный
сигнал, позволяющий абонентам обнаружить свободный служебный канал
и оценить его качество.
Структурная схема алгоритма централизованного распределения ре-
сурсов по заявкам абонентов со свободным доступом в служебный канал
и обслуживанием с отказами приведена на рис. 7.10. Абонент при поступле-
нии сообщения передает на ВРП по служебному каналу заявку, содержащую
свой номер и номер вызываемого абонента. Если по истечении некоторого
времени вызывающий абонент не примет квитанцию, подтверждающую при-
ем заявки ретранслятором, он выжидает некоторый случайный интервал вре-
мени и повторяет заявку на связь. Если число повторных попыток п превы-
шает допустимое значение нДОп, абонент принимает решение о непригодности
данного служебного канала и начинает поиск другого. Если время ожидания
подачи заявки Тох превысит допустимое Тлоп, заявка снимается и оператору
выдается сообщение об отказе. При получении подтверждения абонент пере-
ходит в состояние ожидания приема пакета, содержащего данные для вхож-
дения в связь.
Ретранслятор, приняв заявку, определяет наличие свободного инфор-
мационного канала, проверяет незанятость вызываемого абонента и передает
ему селективный вызов. После этого ретранслятор передает по служебному
каналу абонентам номер выделенного информационного канала. Если связь
в настоящий момент невозможна, ВРП передает отказ.
Приняв пакет, абонент проверяет отсутствие отказа на установление
связи и автоматически настраивает аппаратуру на выделенный информаци-
онный канал. После обмена позывными абоненты передают имеющуюся
у них информацию. По окончании информационного обмена вызывающий
абонент передает сигнал об окончании связи. Ретранслятор, приняв этот сиг-
нал, передает квитанцию, переводящую абонентов в исходное состояние,
и освобождает информационный канал.
На рис. 7.11 приведена структурная схема алгоритма централизованно-
го распределения ресурсов с опросом абонентов. Этот алгоритм отличается
от рассмотренного выше процедурой подачи заявки на связь. В данном слу-
чае абонент, нуждающийся в связи, передает заявку не сразу после подготов-
ки сообщения, а лишь дождавшись сигнала опроса со стороны ВРП. По-
скольку в этом случае отсутствие подтверждения может быть вызвано лишь
неудовлетворительной работой используемого служебного канала, абонент,
не получив квитанции, сразу же начинает поиск другого служебного канала.
Следует отметить, что описанные выше алгоритмы являются упрощенными и
приведены здесь лишь в качестве иллюстрации.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
249
Рис. 7.10
250
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 7.11
Отказ в установлении связи
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
251
Известно, что фиксированный доступ предпочтительнее доступа с оп-
росом при гс/Г>2, а доступа по заявкам при гр/Г>/v/(l-GH), где гс - слу-
жебное время, складывающееся из времени формирования и передачи ко-
манд, ее приема и обработки и времени передачи ответа; Т - средняя дли-
тельность передачи сообщения; гр - время резервирования канала связи, скла-
дывающееся из длительности заявки и времени получения информации о ре-
зервированном канале; N - число корреспондентов системы связи; GH - на-
грузка на входе канала. Доступ с опросом предпочтительнее доступа по заяв-
кам при t > Tj2, где Ти - средняя длительность цикла опроса.
Способы организации доступа с децентрализованным динамиче-
ским распределением ресурсов. В системе радиосвязи с ВРП выход из строя
ретранслятора может привести к нарушению ее функционирования. В этих
условиях для обеспечения связью корреспондентов зоны необходимо перейти
на децентрализованное управление, при котором каждый корреспондент сети
принимает от других корреспондентов информацию для организации связи.
По определенному единому алгоритму каждый корреспондент на основе
управляющей информации распределяет единый ресурс системы радиосвязи.
Рассмотрим способ организации доступа по запросу с децентрализо-
ванным управлением на примере радиосети ALOHA с резервированием (/?-
ALOHA). Согласно протоколу в этой сети временная ось разбита на кадры,
каждый из которых, в свою очередь, разделен на N тактов с длительностью,
равной времени передачи пакета максимальной длины. В начале связь орга-
низуется способом свободного доступа по протоколу синхронная ALOHA. За-
тем при передаче сообщения корреспондентом в п такте предыдущего кадра
этот такт резервируется для данного корреспондента и в текущем кадре; при
этом исключается доступ к n-му такту других корреспондентов до прекраще-
ния передачи в нем; к свободным в предыдущем кадре тактам корреспонден-
ты имеют доступ по протоколу синхронная ALOHA.
Известен протокол бесконфликтного параллельного доступа в канал,
при котором временная ось разбита на кадры, состоящие из служебного
и информационного субкадров. Информационный субкадр имеет длитель-
ность передачи одного пакета. Служебный субкадр разбит на такты, закреп-
ленные за корреспондентами; число тактов равно числу корреспондентов,
уменьшенному на единицу. Согласно присвоенным приоритетам корреспон-
денты анализируют каналы до поступления закрепленных за ними тактов.
Если в предыдущих тактах, присвоенных корреспондентам с более высоким
приоритетом, корреспондент не обнаруживает сигнала резервирования, то в
оставшихся тактах служебного субкадра он передает сигнал резервирования,
позволяющий ему передать свой пакет в информационном субкадре, сле-
дующем за служебным субкадром.
В модифицированном варианте этого протокола, фактически представ-
ляющем собой способ последовательного опроса с децентрализованным
управлением, канал предоставляется корреспондентам по очереди в соответст-
252
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
вии с их приоритетами. Об освобождении канала корреспондент извещает пе-
редачей специального сигнала или пустого мини-такта. После этого к каналу
имеет право обратиться следующий по очереди корреспондент. Этот протокол
позволяет гибко обслуживать корреспондентов при колебаниях нагрузки.
По протоколу FRAC кадры разделены на служебные и информацион-
ные субкадры, каждый из которых, в свою очередь, разделен на некоторое
число служебных и информационных тактов. В служебном субкадре исполь-
зуется МДВУ. Если корреспонденту необходима связь, то он в своем служеб-
ном такте передает информацию о приоритете сообщения, числе требуемых
информационных тактах, адресных данных. Анализируя эту информацию по
единым для всей системы алгоритмам, корреспонденты составляют таблицу
резервирования информационных интервалов. В адаптивном варианте МДВУ
число служебных и информационных тактов в кадре может изменяться в со-
ответствии с изменением нагрузки.
При многостанционном доступе с резервированием не должны наблю-
даться столкновения информационных пакетов в канале, однако из-за дейст-
вия помех ошибки при приеме резервирующих пакетов могут приводить к
конфликтам в канале связи. В этом случае ухудшение функционирования
системы многостанционного доступа зависит от многих факторов (характе-
ристик канала связи, объема передаваемой служебной информации, исполь-
зуемого протокола доступа и т.д.) и будет проявляться, по-видимому, в сис-
темах с децентрализованным управлением в большей степени, чем в систе-
мах с централизованным распределением ресурсов.
Способы организации адаптивного доступа. Известно, что колебания
интенсивности нагрузки во времени в современных системах связи могут
быть весьма значительными. В этих условиях постоянство характеристик
многостанционного доступа можно обеспечить применением адаптивного
изменения стратегии доступа в зависимости от конкретной ситуации в системе
радиосвязи. Так, при адаптивном способе доступа URN [63] с увеличением на-
грузки в системе ограничивается число корреспондентов, имеющих право дос-
тупа к каналу связи, тем самым обеспечивается плавный переход при низкой
нагрузке от способов свободного доступа к МДВУ при максимальной нагрузке.
При способе доступа URN временную ось разбивают на такты с длительно-
стью передачи одного пакета. Каждый корреспондент может определить общее
число корреспондентов, имеющих потребность в связи.
При адаптивном асинхронно-циклическом опросе корреспондентов
очередность опроса определяется на основании анализа статистики поступ-
ления запросов за некоторый предшествующий интервал времени. Это по-
зволяет корректировать частоту и последовательность опроса корреспонден-
тов и тем самым снижать потери времени из-за конечной пропускной спо-
собности канала служебной связи.
При поступлении нескольких одновременных заявок на связь конфликт
может быть решен при использовании способа доступа с резервированием
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
253
при столкновениях. Первоначально в системе связи с подобным доступом
действует модифицированный протокол синхронная ALOHA, при котором
временной такт разбивается на субтакт передачи информации и субтакт оп-
ределения кратности конфликта. При возникновении конфликта начинает
использоваться доступ с резервированием, который действует до передачи
своих пакетов всеми конфликтующими корреспондентами.
Адаптивные способы организации доступа требуют усложнения про-
граммно-аппаратных средств служебного канала. К тому же передача допол-
нительной служебной информации о состоянии системы может снизить ее
устойчивость к помехам в канале связи.
Отметим, что организация многостанционного доступа является в зна-
чительной степени самостоятельной проблемой, однако выбор способа дос-
тупа оказывает влияние на методы управления сетью связи и отдельными ра-
диолиниями, на требования к программно-аппаратным средствам и т.д.
Обоснованный выбор протокола многостанционного доступа возможен лишь
на основе анализа всех технико-экономических показателей системы связи.
В качестве основы для сравнения раз шчных алгоритмов доступа может быть
предложен критерий средних материальных потерь (см. гл. 3), показываю-
щий убытки корреспондентов при использовании того или иного метода кол-
лективного доступа.
7.8. Пропускная способность канала служебной связи
Как уже отмечалось выше, пропускная способность служебного канала
связи должна гарантировать требуемое время вхождения в связь по информа-
ционному каналу. Однако скорость передачи информации ограничена как
нестационарностью условий распространения радиоволн, наличием многолу-
чевости, высоким уровнем помех, так и высокими требованиями к надежно-
сти канала служебной связи. В этих условиях время обслуживания заявок
абонентов на связь сильно зависит от применяемых алгоритмов многостан-
ционного доступа.
Среди рассмотренных в предыдущем параграфе способов многостан-
ционного доступа можно выделить два, наиболее просто реализующихся на
практике: алгоритм централизованного распределения ресурсов по заявкам
абонентов и алгоритм централизованного распределения ресурсов с опросом
абонентов. В обоих этих алгоритмах необходимо наличие канала служебной
связи для подачи абонентами заявок на связь, однако дисциплины связи по
нему существенно отличаются: в первом инициатива проведения обмена
служебной информацией исходит от абонента, во втором - от центра управ-
ления.
Оценим возможность применения этих алгоритмов в зоновой системе
ДКМ радиосвязи с ВРП. В качестве локального критерия для их сравнения
возьмем пропускную способность канала служебной связи, требуемую для
обеспечения заданного среднего времени подачи абонентом заявки на связь.
254
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
При доступе по заявкам корреспондентов полагаем, что абоненты осу-
ществляют свободный доступ в канал служебной связи на основе метода син-
хронная ALOHA. Будем считать, что среднее время случайной задержки по-
вторения заявки при возникновении конфликта в канале служебной связи вы-
брано достаточно большим по сравнению со временем передачи пакета-
заявки по служебному каналу. При этом математический анализ системы уп-
рощается вследствие выполнения предположения о том, что поток заявок на
входе служебного канала является пуассоновским, к тому же система с ко-
нечным числом абонентов сохраняет устойчивость при любых случайных
флуктуациях нагрузки.
Для системы синхронная ALOHA коэффициент использования пропуск-
ной способности канала S и нагрузка GH связаны формулой [26]:
S = GHexp(-GH). (7.1)
Если нагрузка в служебном канале мала (а в рассматриваемом случае
это условие, как будет показано ниже, выполняется), т.е. G„ «1, из (7.1),
учитывая, что exp(-GH)sl, можно получить
GH«5. (7.2)
Среднее число повторений одной заявки
A,=(GH-S)/S = exp^GH)-l. (7.3)
Используя соотношение exp(GH)== 1 + GH, справедливое при GH « 1,
и учитывая (7.2), последнее выражение можно переписать
4 «5. (7.4)
Среднее время успешной передачи одной заявки
‘ = АГт+Т3~5Тт + Т3, (7.5)
где Т, Тпв — время передачи одной заявки по служебному каналу и среднее
время между двумя повторениями заявки, складывающееся из времени ожи-
дания подтверждения приема и среднего времени случайной задержки повто-
рения заявки.
Введя новые обозначения, последнюю формулу можно переписать:
F = ^(1 + A9i,7;Ah). (7.6)
где Rn = TnjT3 - нормированное относительно времени передачи заявки
среднее время между двумя повторениями заявки; 2V- число абонентов в сис-
теме; Л, - интенсивность потока заявок на связь от одного i-ro абонента.
Учитывая, что Т3 , где Усс - объем заявки в битах в рассматри-
ваемом варианте алгоритма, vcc - скорость передачи информации в бодах в
служебном канале, и полагая, что Г =ТД, где Тд - допустимое среднее время
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи 255
подачи абонентом заявок, из (7.6) можно получить требуемую пропускную
способность служебного канала
vcc = 27V%;Vcc/(->/1 + 4^ Vfl -1)- (7-7)
Рассмотрим теперь метод централизованного распределения ресурсов
с опросом абонентов. Среднее время подачи заявки абонентом
где Тц - длительность цикла опроса; Уопр - объем заявки в этом варианте ал-
горитма доступа; гопр - скорость передачи в служебном канале; Тк - время
передачи команды опроса центром управления.
Положив, что время передачи команды опроса центром управления
существенно меньше времени передачи заявки (используется, например, ал-
горитм доступа на основе псевдослучайных последовательностей), получим
Т* NV^/2^. (7.9)
Отсюда следует, что при Т = TR пропускная способность канала слу-
жебной связи
vonp = /VVonp/27;. (7.10)
Оценим требуемые пропускные способности служебного канала связи
для некоторой гипотетической системы. Примем, что интенсивность потока
заявок от одного абонента Л,=4 заявки/ч= 1,1110’3 заявки/с [26], 7?н =100,
7д= 1 с. Учитывая, что в первом варианте абонент должен передавать инфор-
мацию и о вызывающем, и о вызываемом абоненте, а во втором - только
о вызываемом, будем считать, что Vcc = 50 бит, а Уопр = 25 бит. Тогда из (7.7)
и (7.10) получим vcc= 193 Бод, a vonp= 1250 Бод.
При vcc= 193 Бод нагрузка на служебный канал GH = 0,03 Эрл, что дока-
зывает корректность допущения, сделанного при выводе (7.2).
Рассмотренный пример показывает, что применение централизованно-
го распределения ресурсов по заявкам абонентов со свободным доступом
в служебный канал позволяет снизить более чем в 6 раз требования к пропу-
скной способности канала служебной связи в подсистеме многостанционного
доступа. Кроме того, следует отметить, что снижение скорости передачи ин-
формации в канале КВ связи позволяет повысить его надежность.
Преимущество централизованного распределения ресурсов по заявкам
абонентов по сравнению с распределением с их опросом было оценено при
предположении малой нагрузки в служебном канале. Если это допущение не
выполняется, то доступ с опросом может иметь пропускную способность бо-
лее высокую по сравнению с доступом по заявкам абонентов. При этом дос-
туп с опросом может осуществляться синхронным или асинхронным цикли-
ческим опросом. При пассивном синхронном циклическом опросе для каждо-
256
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
го абонента выделяется определенное время с ожиданием запроса на связь,
при этом значительная часть времени тратится впустую, поскольку отсутст-
вие запроса на связь не уменьшает времени обслуживания. При асинхронном
циклическом опросе ВРП обращается к каждому абоненту в определенном
порядке очередности с запросом на необходимость в связи; при этом время
опроса абонента, которому не требуется связь, может быть существенно
меньше времени опроса абонента, требующего связь. Это позволяет миними-
зировать время обслуживания, поэтому в ряде случаев асинхронный цикли-
ческий опрос может оказаться предпочтительным. При активном опросе
с ВРП появляется возможность вариации номеров опрашиваемых абонентов
в соответствии с конкретной ситуацией в системе-пользователе.
Рассчитаем среднее число заявок на связь от радиостанций зоны в зави-
симости от интенсивности потока заявок отдельного корреспондента при
асинхронном циклическом опросе для системы с приоритетом и без него
и при различных вероятностях потери вызова. На основании этого расчета
следует выбрать число служебных частотных каналов и решить проблему
адаптивного управления качеством.
Вероятность потери вызова одного из корреспондентов [63]
l-g-^+g-*(l-g-^)
KT(P0+k)
(7Л1)
где Т - время опроса данного корреспондента; Ро - вероятное гь того, что ни
один из них не подал заявок на связь; к - среднее число заявок на связь при
одном цикле опроса всех корреспондентов сети Ти.
В рассматриваемой системе радиосвязи с ВРП, когда число абонентов
велико и суммарная нагрузка более 10 Эрл, к >>Р0. Для значений
Рп = 1-d = 0,05 или 0,01 выражение (7.11) примет вид
1 - е~к‘Тк + е~к (1 - е'к‘т ) = (1 -Pni) Я,Тк = d^Tk.
(7-12)
Зависимости к от показаны на
рис. 7.12 (кривые 1 и 2 соответственно
при РП1, равной 0,05 и 0,01). При задан-
ной вероятности потери вызова и данной
интенсивности потока заявок Я, система
опроса позволяет обслужить в среднем к
корреспондентов, претендующих на
связь. Ужесточение требований к качест-
ву н надежности служебной связи
(уменьшение РП1) приводит к уменьше-
нию к, так как для этого требуется увели-
чить время опроса каждого корреспон-
дента Т.
7. Система управления автоматизированной сетью радиосвязи
257
Как правило, в сетях КВ связи часть корреспондентов имеют приоритет
перед другими, канал связи должен предоставляться им в первую очередь.
Для анализа удобна математическая модель, в которой всем корреспондентам
присваивается определенная группа приоритета в соответствии с их порядко-
вым номером. Так станция № 1 имеет первую группу приоритета, а станция
№ 40 - сороковую. В этом случае при асинхронно-циклическом опросе про-
веряются корреспонденты в порядке убывания номеров. Получив вызов, сис-
тема опроса возвращается к началу списка и повторяет цикл. Таким образом,
при значительных нагрузках в сети опрос сравнительно редко доходит до
конца списка. В этом случае
Л = (1п2Рп;-1пЛ;Т)/2.
Время, затрачиваемое на просмотр списка с начала, увеличивает общее
время просмотра, так как приходится каждый раз опрашивать корреспонден-
тов высокого приоритета, которые только что выходили на связь и, вероятнее
всего, в следующем цикле опроса претендовать на связь не будут. Это под-
тверждается и расчетом (рис. 7.12, кривые 3 и 4).
Таким образом, переход на приоритетное обслуживание целесообразен
только в режиме алгоритмической адаптации, когда из-за малого числа кана-
лов требуется обеспечить связью только малое число корреспондентов высо-
кого иерархического уровня.
Система управления автоматизированной сетью КВ радиосвязи
должна включать подсистему сбора данных о сигнально-помеховой обста-
новке, основанную на использовании квазинепрерывного ионосферного зонди-
рования, и подсистему служебной связи, обеспечивающую обмен вспомога-
тельной информацией.
Система, предназначенная для контроля прохождения волн и анализа
помеховой обстановки, использует два вида технических средств, которые
можно условно объединить в подсистемы пассивного и активного зондиро-
вания. Подсистема активного зондирования контролирует прохождение
волн во всем ДКМ диапазоне передачей зондирующих сигналов малой мощно-
сти в предельно узкой полосе частот; количество проверяемых частот мо-
жет быть сравнительно небольшим, порядка 15. Анализ пригодности раз-
личных частотных полос для передачи информации производится подсисте-
мой пассивного зондирования.
Проанализированы основные способы организации многостанционного
доступа и предпосылки их использования в составе зоновой системы с
ретранслятором. При малой нагрузке в служебном канале целесообразно
применение централизованного распределения ресурсов по заявкам абонен-
тов со свободным доступом в служебный канал, позволяющее значительно
снизить требования к его пропускной способности. В случае высокой нагруз-
ки в служебном канале доступ с опросом может быть более эффективен,
чем доступ по заявкам абонентов.
17- 5869
8. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РАДИОКАНАЛОВ
В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
КВ РАДИОСВЯЗИ
8.1. Анализ методов и устройств оценки качества
радиоканалов
Составной частью адаптивной автоматизированной системы КВ радио-
связи является система контроля, основывающаяся на датчиках состояния
(см. гл. 6), которая вырабатывает информацию о качестве каналов связи.
Характеристики качества радиоканалов. При передаче сигналов по
каналу связи (КС), представляющему собой совокупность технических
средств и физической среды распространения радиоволн, сигналы искажают-
ся из-за случайного изменения параметров КС, воздействия помех и несо-
вершенства аппаратуры.
Например, непостоянство и нелинейность амплитудной и фазовой ха-
рактеристик КС могут вызвать переходные помехи и случайные изменения
длительности единичного элемента сигнала, особенно опасные при телегра-
фировании с высокой скоростью. Аддитивные и мультипликативные помехи
в зависимости от их характера и интенсивности могут вызывать амплитудные
и временные искажения [20] элементов сигнала и ошибочную их регистра-
цию. Так, мультипликативные помехи, выражающиеся в изменении коэффи-
циента передачи канала во времени и обусловленные изменениями уровня
сигнала из-за сезонных колебаний климатических условий, многолучевого
распространения радиоволн, дисперсности ионосферы, нестабильности пара-
метров аппаратуры и т.п., приводят к возникновению искажений, проявляю-
щихся в виде замираний уровня (фединга) и изменении длительности еди-
ничных элементов сигнала. Нестабильность частоты колебания может при-
вести к расстройке приемника относительно передатчика, а следовательно,
к увеличению временных искажений и даже к полному срыву связи.
При некотором уровне искажений принятые сигналы преобразуются
в сообщения, отличающиеся от переданных. Характеристику канала связи,
устанавливающую меру соответствия принятого сообщения переданному,
называют верностью. Верность приема информации - наиболее объективная
и важная характеристика качества канала связи.
При передаче информации по каналам, в которых сигналы и помехи
предполагаются стационарными процессами, в качестве меры верности
обычно используют вероятность ошибочного приема единичных элементов
сигнала Рош или вероятность трансформации кодовых комбинаций, которые
представляют наибольший интерес с точки зрения потребителей информа-
ции. На практике для оценки Рош чаще всего измеряют коэффициент (час-
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи 259
тость) ошибок Р*ош. При поэлементной регистрации двоичных символов
Л’*иШ = М>ш/W = М>ш/ т vM, где N - общее числи принятых посылок за время
сеанса измерений Т при скорости манипуляции vM, a NOUi - число зарегистри-
рованных ошибок за время Т. Из математической статистики известно, что
при независимых ошибках и достаточной выборке коэффициент ошибок Р*ош
является несмещенной и состоятельной оценкой величины Рош- При этом с
увеличением времени измерения точность оценки возрастает. Однако такое
утверждение справедливо только для каналов с постоянными параметрами.
Для таких каналов известны оптимальные способы приема сигналов,
обеспечивающие наибольшую верность приема в заданной помеховой
обстановке [149]. Используемые при этом модели каналов непригодны для
оценивания состояния связи в тех случаях, когда параметры сигналов и
помех являются нестационарными процессами, что характерно для КВ радио-
связи.В реальных случаях помеховая обстановка на КВ радиолиниях может
изменяться довольно быстро, а основными факторами, снижающими вер-
ность, будет не флуктуационный шум, а помехи от соседних станций и мно-
голучевость. В связи с этим необходимо разработать алгоритм формирования
динамических оценок верности приема информации. В качестве такой оценки
может быть принят коэффициент ошибок Р*ош, определяемый на коротком
промежутке времени, в течение которого параметры каналов можно считать
постоянными. Точность динамической оценки качества КС зависит от обос-
нованного выбора интервала измерения верности с учетом скорости измене-
ния параметров КС. Согласно экспериментальным исследованиям период
квазистационарности КВ радиоканала зависит от состояния ионосферы, вре-
мени года и суток, фазы солнечной активности, географического местораспо-
ложения КС, помеховой обстановки и т.д. Этот период колеблется от 3...4 до
10... 15 мин (в некоторых случаях до 30 мин) [43]. Оценку верности, полу-
ченную за короткий интервал времени, можно рассматривать как случайную
величину, а ее изменение во времени - как случайный процесс. Контролиро-
вание этого процесса может служить основой для адаптации радиолиний
в непрерывно изменяющихся условиях работы, а также для прогнозирования
их изменения [20]. Иногда для оценки качества канала связи используют ко-
эффициент надежности, характеризующий долю времени, когда коэффициент
ошибок Р*ои1 не превышает некоторого заданного значения.
При наличии замираний в радиоканале ошибки перестают быть неза-
висимыми, они группируются в пакеты [20]. Поэтому вероятность Рош не
дает полной характеристики состояния канала, поскольку она не отражает
временного распределения ошибок за период измерения. В настоящее время
насчитывается несколько десятков моделей потоков ошибок в реальных
каналах.
При математическом подходе к описанию потока ошибок подбирают
достаточно хорошо согласующийся с экспериментальными данными закон
распределения длин интервалов между ошибками. В таких моделях не учи-
17*
260
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
тывается физическая сущность происходящих в канале процессов и не
вскрывается механизм группирования ошибок. Среди моделей, в некоторой
степени учитывающих взаимосвязь между физическими процессами и иска-
жениями сигналов в КС, можно выделить модели Гильберта, Эллио-
та-Гильберта, Смита-Боуэна-Джойса, Фричмана-Свободы, Мюллера, Бенне-
та-Фройлиха, Мертца, Попова-Турина. Наиболее простой является модель
Гильберта, оперирующая понятием «состояние канала», в которой задаются
условные вероятности появления ошибок. Переходы из одного состояния
в другое описываются с помощью марковских цепей. Наиболее сложной яв-
ляется модель Попова-Турина, которая учитывает группирование ошибок
в пакеты, а также группирование самих пакетов ошибок в цепочки пакетов.
Перечисленные модели потоков ошибок позволяют оценить работоспо-
собность системы связи в среднем на сравнительно больших интервалах вре-
мени, что значительно ограничивает возможности этих моделей при опера-
тивном контроле. Они не учитывают нестационарности потока ошибок в ре-
альных каналах. Вследствие ограниченности выборки и большого числа па-
раметров использовать их для идентификации помеховой обстановки трудно.
Поэтому для оперативного оценивания качества связи в реальных КВ каналах
целесообразно пользоваться моделью канала с независимыми ошибками или
простейшими моделями Гильберта либо Эллиота-Гильберта, оперируя при
этом вместо значений вероятностей Гош их оценками Рош, полученными на
коротких интервалах времени, ограниченных периодом квазистационарности
КВ канала, в пределах которого параметры канала могут считаться постоян-
ными. Для оценки степени группирования ошибок в нестационарных каналах
может служить показатель [20] сс= 1 -/Уг//Уош, где Nr - число групп ошибок,
а Мош - общее число ошибок, зарегистрированных за интервал измерений.
Контроль качества КС при приеме дискретной информации [26]
должен решать следующие задачи: 1) обеспечение оперативного контроля
для оценки основных характеристик КС, от которых зависит верность при-
нимаемой информации; 2) автоматическое слежение за основными характе-
ристиками для прогнозирования их изменения; 3) определение степени влия-
ния различных параметров на верность информации для адаптивного управ-
ления отдельными элементами или всей системой в целом; 4) совокупная об-
работка результатов анализа сигналов в различных точках информационного
тракта радиоприемного устройства (РПУ) для повышения точности оценива-
ния верности и установления взаимосвязи между искажениями сигнала в этих
точках и соответствующей мерой верности.
Задачи определяют требования к контролируемым параметрам, на ос-
нове измерения которых оценивается качество КС: статистическая взаимо-
связь оцениваемых параметров с характеристиками КС, влияющими на вер-
ность принимаемой информации; высокая информативность оцениваемых
параметров; оперативность измерения параметров; возможность контроля
каналов по информационному сигналу; простота практической реализации
8 Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
261
измерительных устройств, возможность их полной автоматизации на основе
применения микропроцессоров или микроЭВМ; возможность получения коли-
чественных оценок точности результатов контроля верности приема; возмож-
ность распознавания причин снижения верности принимаемой информации.
Классификация методов контроля качества радиоканалов может
осуществляться в зависимости от целевого назначения контроля, его опера-
тивности, точности, сложности и других характеристик. Так, исходя из пред-
положений относительно статистических свойств принятых моделей сигна-
лов, помех, каналов и скорости изменения их параметров во времени, разли-
чают статические и динамические методы оценивания верности.
При использовании статических методов предполагается неизменность
статистических характеристик сигнала, помех и канала связи во времени. Ал-
горитм получения оценок верности статическим методом основан на воз-
можности сбора всего статистического материала в виде представительной
однородной выборки, получаемой экспериментально, после статистической
обработки которой выбирается аппроксимирующая функция распределения
вероятностей и разрабатываются математические модели сигналов, помех н
канала. При этом можно синтезировать оптимальный с точки зрения макси-
мума верности информации приемник. Недостатки статической модели со-
стоят в том, что наблюдаемый процесс предполагается эргодическим, а ста-
тистическая обработка производится путем усреднения во времени, при ко-
тором теряется информация о динамике изменения случайных величин на
коротких интервалах времени.
Динамический метод оценивания свободен от этих недостатков. При
этом чаще всего рассматриваются квазидинамические (кусочно-
стационарные) модели, в которых параметры КС предполагаются постоян-
ными в пределах ограниченного интервала времени, где они и оцениваются.
При использовании в качестве классификационного признака априорных
сведений о законе распределения действующих в КС сигналов и помех методы
контроля качества каналов можно разделить на параметрические и непарамет-
рические. При параметрическом оценивании предполагается известным рас-
пределение характеристик КС, а параметры распределения априорно неизвест-
ны. Непараметрическое оценивание, состоящее в определении вида и парамет-
ров распределения на основе статистической обработки реализации процесса,
сложно. Поэтому в рамках непараметрического оценивания представляют ин-
терес алгоритмы обработки сигнала, слабо чувствительные к виду распределе-
ния. Такие алгоритмы строят на основе знаковых и ранговых статистик [23].
Методы контроля качества радиоканалов можно разделить на тестовые
и бестестовые. Для конт] юля качества КС при тестовых методах на приемной
стороне необходимо иметь эталонную комбинацию посылок, с которой сопос-
тавляется принятая. Эту эталонную комбинацию формируют на приемной сто-
роне с помощью специального устройства, сигнал которого синхронизируется
импульсами, выделяемыми из принимаемого сигнала. При использовании тес-
тового метода качество радиоканала, определяемое верностью принимаемой
262
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 8.1
информации, оценивают наиболее точно. Однако при этом снижается пропу-
скная способность КС, так как передача тестового сигнала несовместима во
времени с передачей полезной информации. К тому же оценивание верности
переданной информации по тестовому сигналу требует определенного вре-
мени на измерения, что не позволяет оперативно оценивать верность в реаль-
ном времени. Поэтому тестовые методы контроля качества КС в автоматизи-
рованных системах целесообразно использовать для профилактических
проверок.
Бестестовые методы контроля позволяют контролировать качество
КС во время передачи информации с любым назначением и содержанием.
Являясь универсальными и оперативными, они дают возможность получать
динамические оценки состояния канала на различных этапах вхождения
в связь и ее осуществления.
Коротковолновый канал радиотелеграфной связи представляет собой
типичный пример канала передачи данных, в составе которого в соответст-
вии с формой представления информации (цифровая, дискретная, аналоговая)
выделяют каналы: аналоговый, дискретный и передачи данных (рис. 8.1). По-
этому методы оценивания качества КВ канала радиотелеграфной связи мож-
но классифицировать по типу представления контролируемого информаци-
онного сигнала, т.е. по месту осуществления контроля. Соответственно каче-
ство канала связи можно оценивать:
1) по первичным статистическим характеристикам сигналов и помех,
т.е. с использованием параметров смеси сигнала и помех в различных точках
информационного тракта до демодулятора приемника;
2) по вторичным статистическим характеристикам, т.е. с использовани-
ем параметров сигнала и помех в различных точках информационного тракта
на уровне дискретного канала и канала передачи данных.
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
263
Каждое из этих направлений, в свою очередь, может быть разделено на
множество частных разновидностей контроля качества в зависимости от кон-
кретного контролируемого параметра и точки, в которой проводится контроль
в информационном тракте радиоприемного устройства или оконечной аппарату-
ры. Как было указано в гл. 7, существует большая группа методов оценивания
качества КВ радиоканалов, объединенных под названием «зондирование ионо-
сферы». Система зондирования дает возможность оценить помеховую ситуацию
в действующем канале. Оперативное активное наклонное зондирование позво-
ляет оптимизировать выбор рабочей частоты из числа разрешенных, пассивное
зондирование - выбрать участок диапазона частот, наименее загруженный поме-
хами. Подробно эти и другие виды зондирования были рассмотрены в гл. 7.
Контроль первичных параметров принимаемой смеси сигналов
и помех. В основе подобного контроля лежит естественная взаимосвязь меж-
ду физическими процессами в КС и параметрами сигнала и помех на его вы-
ходе. Качество КС можно оценить, анализируя электромагнитное поле в рас-
крыве антенны или напряжение на выходе усилителя радиочастоты [68]. Од-
нако ввиду очень малого уровня сигнала в этих точках информационного
тракта РПУ и необходимости переработки больших массивов данных опера-
тивность такого контроля ограничена. Поэтому обычно анализируют оги-
бающую и параметры высокочастотного заполнения напряжения на выходе
главного тракта приема РПУ.
В качестве датчиков контроля качества КС используют устройства,
оценивающие отношение сигнал-помеха. Подобные датчики реализуются
устройствами, работа которых основана на эффекте взаимодействия сигнала
и помехи в нелинейном элементе. В качестве таких устройств применяют:
квадратичный детектор, амплитудный ограничитель и т.д.
Примером такого датчика служит прибор, рассмотренный в [50]. Из-
вестно, что амплитудный ограничитель (АО), состоящий из нелинейной сис-
темы и фильтра, включенного на его выходе, поддерживает постоянной ам-
плитуду первой гармоники выходного тока при изменениях амплитуды
входного сигнала. Условия постоянства тока: 1) входной сигнал должен быть
непрерывной функцией времени; 2) линейная избирательная система на вы-
ходе должна пропускать спектр этого сигнала без заметных амплитудно-
частотных искажений, отфильтровывая высшие гармоники входного сигнала.
При действии на входе АО одного модулированного сигнала (биения
на входе АО отсутствуют) сигнал на его выходе постоянен по амплитуде. Ес-
ли же на входе АО действует некоторая сумма колебаний, между которыми
происходят биения, то на его выходе спектр первых гармоник расширяется за
счет появления составляющих комбинационных частот. Устранение этих со-
ставляющих узкополосным фильтром, ппопускающим только полезный сиг-
нал, приводит к появлению на выходе АО амплитудной модуляции, глубина
которой зависит от отношения амплитуд входных колебаний. Заметим, что
если фильтр пропускает весь эффективный спектр комбинационных частот,
то амплитудная модуляция отсутствует
264
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Объяснить появление амплитудной мо-
дуляции можно из рассмотрения векторной
диаграммы рис. 8.2, соответствующей про-
стейшему случаю действия на входе АО двух
немодулированных синусоидальных колеба-
ний. Из-за биений между этими двумя колеба-
ниями амплитуда и фаза результирующего
колебания изменяются. После ограничения
амплитуды на выходе АО должно появиться
колебание с сохранившимися изменениями
фазы результирующего колебания, но с посто-
янной амплитудой. Это можно обеспечить
только добавлением к исходным колебаниям
дополнительных составляющих с определен-
ными амплитудными и фазовыми соотноше-
ниями, что означает расширение спектра на
выходе нелинейной системы по отношению к
реально действующему. Именно в этом и про-
является действие нелинейной системы.
После узкополосного фильтра, подавляющего составляющие комбина-
ционных частот, будут действовать только две исходные синусоиды с неко-
торым изменившимся в пользу большего по уровню колебания отношением
их амплитуд. Следовательно, колебания на выходе АО будут изменяться по
амплитуде, при этом глубина амплитудной модуляции будет зависеть от от-
ношения амплитуд колебаний на входе АО. Измерение глубины амплитудной
модуляции позволяет оценить отношение сигнала к помехе на входе АО. Из-
вестно устройство с преобразованием сигнала и помехи в нелинейном эле-
менте, работа которого основана на изменении частоты результирующего
колебания, т.е. числа переходов его через нулевой уровень при действии в КС
гармонической помехи.
Рассмотренные выше устройства при относительной простоте реализа-
ции имеют недостаток - неоднозначность оценки при наличии сильной поме-
хи, поскольку при этом фиксируется обратная отношению сигнал-помеха
величина, что объясняется эффектом подавления слабого сигнала сильным
в нелинейном элементе. Это обстоятельство снижает точность оценки верно-
сти и ограничивает применимость данных устройств в качестве основных для
контроля качества каналов связи.
Если в КС снижение верности принимаемой информации в основном
определяется флуктуационным шумом, то оценить отношение сигнал-шум
для сигналов с известной частотой заполнения можно, формируя две после-
довательности импульсов (стробированием входного сигнала) и анализируя
отклонение моментов перехода сигнала через нуль от номинального положе-
ния [167]. При увеличении уровня шумов в КС растет дисперсия периода
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи 265
следования анализируемых импульсов. Отметим, что указанное устройство
перестает быть эффективным при действии доминирующей сосредоточенной
помехи. Для оценки качества КС можно использовать устройство [165], в ко-
тором смесь сигнала и помехи на интервале элемента сигнала с помощью
АЦП преобразуется в цифровую форму. При этом числовое выражение циф-
ровой комбинации на выходе АЦП соответствует уровню помех в КС.
Верность принимаемой информации можно оценить, используя методы
оптимальной линейной фильтрации. Так, в [155] рассмотрен анализатор каче-
ства радиоканала с флуктуационной (типа белого шума) помехой, алгоритм
работы которого основан на вычислении рекуррентной несмещенной оценки
амплитуды частотно-манипулированного сигнала на выходе КС, аппрокси-
мируемого смешанным марковским процессом с известными корреляцион-
ными свойствами. Аналогичная задача решена при действии в КС сосредото-
ченной помехи. Однако техническая реализация подобных устройств сложна,
что ограничивает их применение в адаптивных системах КВ радиосвязи.
Анализировать параметры смеси сигнала и помехи для оценивания качества
КС можно и в демодуляторе РПУ. Так, известны алгоритмы, полученные на
основе метода максимального правдоподобия, предназначенные для оценки
отношения сигнал-шум только в КС с аддитивным гауссовым шумом.
Существенным, а иногда решающим недостатком большинства мето-
дов контроля по первичным параметрам является их значительная инерцион-
ность. Это связано с гем, что при измерении отношения сигнал-помеха в КВ
канале обычно производится интегрирование в некоторых временных преде-
лах, из-за чего напряжение на выходе такого измерителя после усреднения
меняется слабо, в то время как форма сигнала из-за действия помех может
претерпевать значительные изменения, что при использовании стробирую-
щего регистратора может привести к большим ошибкам. Такими недостатка-
ми обладают методы, основанные на подсчете среднего числа стираний в ка-
нале со стираниями и использующие корреляционные функции принимаемых
сигналов. Последние, кроме того, эффективны лишь при низком качестве
канала.
Повышенной инерционностью, существенно ограничивающей опера-
тивность контроля, обладает также метод, использующий статистические ха-
рактеристики переходов суммарного процесса через нуль. Этот и другие ме-
тоды нечувствительны к ряду реальных помех, например, таких, как влияние
эхо-сигналов при многолучевом распространении радиоволн КВ диапазона.
К этому следует добавить, что контроль первичных характеристик сигнала и
помех не дает исчерпывающей информации о влиянии характеристик дис-
кретного канала на достоверность принимаемой информации. При этом
трудно учесть зависимость качества связи от скорости и вида манипуляции,
способа регистрации двоичных сигналов. Такие зависимости могут быть по-
лучены на основе анализа вторичных статистических характеристик прини-
маемой смеси сигнала и помех.
266
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Контроль вторичных статистических характеристик. В КВ канале
действует большое число разнообразных мультипликативных и аддитивных
помех, совокупное влияние которых приводит к снижению верности прини-
маемой информации, а также к быстрым изменениям помеховой обстановки,
что обусловливает необходимость высокой оперативности контроля, причем
определить степень влияния каждой из помех на верность информации край-
не трудно. В связи с этим в последнее время наметилась тенденция к поиску
интегральной оценки воздействия совокупности всех факторов на качество
связи.
К интегральным параметрам относят такие вторичные характеристики
продетектированных сигналов, как временные искажения (ВИ), сигналы
«стирания» и ошибки. Следует отметить, что искажения дискретных сигна-
лов и ошибки возникают в результате воздействия комплекса помех при про-
хождении радиосигналов через линию связи, взаимодействия сигнала и по-
мех в РПУ, влияния характеристик детектора и порогового устройства. Весь-
ма часто качество КС оценивают по ВИ дискретных сигналов на выходе это-
го устройства [20, 26]. При этом различают несколько видов ВИ [20]: краевые
искажения, проявляющиеся в смещении фронтов детектированных элементов
сигнала от их номинального положения; дробления, выраженные в кратко-
временной однократной или многократной смене знака на протяжении дли-
тельности одной элементарной посылки; «слияние» или «пропадание»
посылок.
Возможность использования ВИ для оценивания верности принимае-
мой информации экспериментально подтверждена исследованиями [20], ко-
торые установили высокую степень корреляции между частостями появления
ошибок при приеме дискретной информации и двоичных сигналов со значе-
нием ВИ, превышающим некоторый порог, равный 30...45% длительности
единичного элемента сигнала. Сверхпороговые временные искажения
(СПВИ) могут появляться еще до возникновения ошибок в принимаемой ин-
формации. При наличии замираний в канале они также группируются, при-
чем пакеты СПВИ включают в себя пакеты ошибок [20]. Учитывая это об-
стоятельство, можно прогнозировать появление отрезков времени, где велика
вероятность ошибок и, применяя тот или иной способ адаптации радиолинии,
поддерживать требуемое качество связи.
В [20] показано, что с ухудшением качества канала увеличивается дис-
персия ВИ. Используя этот факт, разбивая все возможные состояния канала
на ряд типовых и отслеживая изменение дисперсии ВИ во времени, можно
оценить текущее качество связи с высокой оперативностью. Измеритель дис-
персии краевых искажений описан в [166]. Изучение корреляционных
свойств ВИ принимаемого сигнала позволяет организовать прогнозирующий
контроль качества КВ канала.
] 1оскольку в обычно применяемых на КВ узкополосных КС дробление
двоичных посылок наблюдаются относительно редко [20], доля вызванных
ими ошибок невелика, а основной причиной снижения верности принимае-
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи 267
мой информации являются искажения краев двоичных знаков из-за действия
различных помех и многолучевости, то под термином ВИ в таких каналах
понимают именно краевые искажения телеграфных посылок. При этом вре-
менные искажения
8 = (tx— to) I То, (8.1)
где г0 - момент отсчета синхросигнала; гд - момент регистрации фронта дво-
ичного сигнала; То - длительность единичного элемента сигнала.
Если в качестве контролируемого параметра выбрать статистику ВИ
двоичного сигнала 8, для которой известна условная плотность вероятности
неправильного приема И^Р^Ь), оценка вероятности ошибки, служащая ме-
рой верности контролируемого КС [26]:
^оШ=МРч|<5) W(d) dd, (8.2)
Q
где W(<5) - закон распределения ВИ двоичного сигнала; Q - область регист-
рации 8.
Контроль качества канала на основе алгоритма (8.2) позволяет сокра-
тить время измерений по сравнению с тестовыми методами оценивания от
2 до 4 раз в зависимости от качества КС при заданной точности Рош. Функ-
цию W(8) обычно находят экспериментально в процессе приема информации
путем статистической обработки данных от анализаторов ВИ. Различают
анализаторы для статистической оценки либо смещения границ элементов
дискретных сигналов, либо отклонения длительности двоичных элементов
принимаемого сигнала от номинальной. По характеристике краевых искаже-
ний можно получить дополнительную информацию о наиболее характерных
для КВ КС причинах возникновения искажений сигналов. Так, асимметрия
W(8) с большой вероятностью отражает искажения, возникающие из-за пере-
ходных процессов в узкополосных фильтрах РПУ; бимодальность указывает
на постоянные преобладания из-за уменьшения длительности элементов од-
ной полярности при увеличении длительности противоположной; увеличен-
ная дисперсия - на присутствие в канале сильной помехи или на большое
число переприемов [68].
Точность оценки качества относительно широкополосного КС с помо-
щью краевых искажений двоичного сигнала уменьшается из-за появления
ложных отсчетов, вызванных дроблениями. Разработаны устройства для
оценки характеристик дроблений на работающих канавах, по которым рас-
считываются вероятности ошибки. Однако при сложной технической реали-
зации такие устройства обеспечивают низкую точность оценивания характе-
ристик каналов.
Для оценки фактической верности дискретного канала часто использу-
ют устройства, формирующие сигналы «стирания» (сигналы ненадежного
обнаружения) [26]. Между вероятностью сигналов «стирания» и вероятно-
стью ошибки существует взаимосвязь, которая, однако, в каналах с изменяю-
268
Системы ч устройства коротковолновой радиосвязи
щимися во времени мощностями сигнала и помехи не всегда однозначна. К
тому же в подобных устройствах необходим обоснованный выбор зоны сти-
рания. Так, для каждого конкретного канала с флуктуационным шумом необ-
ходимо выбирать оптимальное значение зоны стирания. Все это затрудняет
реализацию устройств контроля верности по сигналам «стирания».
Наиболее точно оценить верность можно при прямом контроле ошибок
в приеме элемента двоичного сигнала либо кодовой комбинации [26]. Реали-
зовать непосредственную регистрацию ошибок можно либо тестовыми мето-
дами, на недостатки которых было указано выше, либо при использовании
избыточного обнаруживающего кодирования, подсчитывая число трансфор-
мированных кодовых комбинаций на интервале контроля.
При кодовых бестестовых методах контроля поток выделяемых ошибок
не является истинным, а может служить лишь некоторой ориентировочной
оценкой верности. Однако необходимо учитывать, что если при декодирова-
нии кодовой комбинации была обнаружена хотя бы одна ошибка, то факт ее
наличия является достоверным. Поэтому оценка вероятности появления об-
наруживаемых кодовым методом ошибок на заданном интервале времени
является достаточно точной, несмотря на то, что она будет изменяться от ин-
тервала к интервалу. Отметим значительную сложность схемной реализации
кодовых методов и существенно меньшую их оперативность по сравнению с
оперативностью контроля, осуществляемого на уровне дискретного канала.
Поскольку в КВ радиоканалах для повышения вероятности правильного
приема применяют помехоустойчивые избыточные коды, то дополнительная
информация, получаемая с помощью кодовых методов контроля, позволяет
уточнить оценки верности, полученные в дискретном канале.
Выбор контролируемого параметра. Проведенный анализ методов и
устройств оценки качества показал существенные преимущества контроля
качества КС в автоматизированной системе КВ радиосвязи по вторичным
статистическим характеристикам и, в частности, по характеристикам ВИ [26].
Их использование позволяет оперативно контролировать качество КС в про-
цессе информационного обмена. Экспериментально подтверждена статисти-
ческая взаимосвязь между ВИ детектированного сигнала и ошибками в прие-
ме двоичных сигналов. Несомненными преимуществами контроля по ВИ яв-
ляются простота его реализации, возможность полной автоматизации на ос-
нове применения микропроцессорной техники. Однако следует отметить, что
контроль верности, осуществляемый до порогового устройства, более ин-
формативен, чем контроль по ВИ сигналов. Поэтому наиболее полную ин-
формацию о качестве канала можно получить при совокупной обработке ре-
зультатов оценивания первичных и вторичных его характеристик. Кроме то-
го, лишь совокупный анализ параметров сигнала, помех и канала позволяет
выявить причины снижения верности принимаемой информации и указать
пути для ее поддержания на заданном уровне
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
269
8.2. Статистические характеристики временных
искажений
Как было показано в § 8.1, качество канала связи ДКМ диапазона мож-
но оценить путем анализа статистических характеристик временных искаже-
ний радиотелеграфного сигнала. Рассмотрим статистические характеристики
ВИ при воздействии в канале сосредоточенной по спектру помехи, так как
именно наличие большого числа сосредоточенных помех, источниками кото-
рых служат работающие на соседних частотах радиостанции, приводит к
снижению верности информационного обмена. Анализ проведем для узкопо-
лосных низкоскоростных систем связи с однократной фазовой (ФТ, ОФТ)
и частотной (ЧТ) манипуляцией.
Методика определения статистических характеристик ВИ. Предпо-
ложим, что в КС действуют высокочастотный манипулированный сигнал
и неманипулированная сосредоточенная по спектру помеха. Частотно-
селективные свойства канала связи будем характеризовать результирующим
фильтром с шириной эффективной полосы пропускания 2AF3<1). Обозначим
(рис. 8.3) мс(г), ип (/) - напряжения сигнала и помехи на выходе КС; ЕД(Г) -
напряжение на выходе детектора.
Рис. 8.3
В соответствии с общепринятой моделью [140, 147] напряжение сосре-
доточенной по спектру помехи на выходе КС представим в виде немодулиро-
ванного квазигармонического колебания со случайными амплитудой Un
и начальной фазой срп:
un(t) = Uncos(a)nt + <pn), (8.3)
где ton - угловая частота сосредоточенной помехи.
При этом случайная амплитуда сосредоточенной помехи (СП) предпо-
лагается постоянной на интервале длительности элементарного сигнала т0.
Напряжение манипулированного сигнала на выходе КС
ис (г) = t/c (I) cos[<o0t + + <рс ], (8.4)
где t/c(r) - огибающая напряжения сигнала, изменение которой во времени
обусловлено частотно-селективными свойствами КС; too - средняя угловая
частота фильтра; tooz + ср(О + (рс - фаза сигнала.
270
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Колебания сигнала и СП можно считать независимыми, поскольку они
приходят в точку приема от различных пространственно разнесенных источ-
ников по существенно различающимся путям. При этом будем полагать, что
мощность СП во много раз превосходит мощность постоянно присутствую-
щего в КС флуктуационного шума, из-за чего влияние последнего не учиты-
ваем.
Если процессы на выходе узкополосной линейной системы стационар-
ны, то их можно представить в виде квадратурных составляющих. Для полу-
чения наглядной картины искажающего влияния СП представим ее в виде
суммы синфазной и ортогональной по отношению к сигналу компонент:
ип(0 = t/ncos[(co0- u>n)t + ф(г) + фс- фп] cos|ov + ф(0 + фс] +
+ (7nsin [(щ0- соп)г + ф(г) + фс- фп] sin[(iw + ф(0 + фс] =
= A(r)cos[aM + ф(0 + Фс] + B(r)sin[O)(/ + ф(0 + Фс], (8.5)
где А(г) и B{t) - медленно меняющиеся по сравнению с cos(ow) функции
[139].
На входе детектора действует аддитивная смесь напряжений полезного
манипулированного сигнала и СП, которую можно представить в виде слож-
ного модулированного по амплитуде и фазе колебания
и(г) = нс(г) + un(t) = C7(r)cos0(r), (8.6)
где U(f) - огибающая результирующего колебания; 0(Г) - его фаза.
Подставляя (8.4) и (8.5) в (8.6), после тригонометрических преобразо-
ваний получаем
(7(г) = С7с.усту]м2(Г) +q2+2М(t)qcosip(t), (8.7)
0(t) = cu0(f) + <p(f)-+<pc • (8.8)
M(t) + qcosip(t)
В (8.7) и (8.8) M(f) = Uc(t)/ (7с.уст - функция, описывающая нормирован-
ный процесс установления огибающей сигнала на выходе фильтра при скач-
кообразном изменении фазы или частоты сигнала на его входе; q = U„l Uc_y„ -
отношение амплитуды помехи к установившемуся значению огибающей сиг-
нала; ^>(r) = (a>0-ton) г + ^(/)+(^с-^п) - разность фаз сигнала и СП.
Аддитивная смесь сигнала и помехи на выходе КС детектируется, тип
детектора определяется видом манипуляции полезного сигнала. Напряжение
Ед(г) для каждого типа детектора при воздействии на его входе напряжения
и(г) определяют по известным формулам [139].
При скачкообразном изменении любого параметра высокочастотного
сигнала в КС возникает переходный процесс, в результате которого из-за ог-
раниченности полосы пропускания напряжение Ед(г) на выходе детектора ус-
танавливается не скачком, а постепенно. Длительность переходного процесса
в КС и процесса установления продетектированного напряжения Ед(г) зависит
от полосы пропускания КС 2ДГЭф.
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
271
Положим, что помеха отсутствует,
т.е. на входе детектора действует напряже-
ние мс(г), создаваемое только полезным сиг-
налом. Будем считать, что до момента скач-
кообразного изменения манипулируемого
параметра напряжение на выходе детектора
было равно -Еуст. В процессе установления
напряжение Ед(г) плавно изменяется от -Еуст
до Еуст (рис. 8.4, а). Время to соответствует
моменту перехода напряжения Ед(г) через
пороговое значение Епор. В двоичных сис-
темах ФТ и ЧТ обычно принимают Е,юр= 0.
Для обозначения нормированного процес-
са установления продетектированного на-
пряжения в отсутствие действия помехи,
обусловленного частотно-селективными
цепями, введем функцию
Д0 = Ед(0/Еуст, (8.9)
которая имеет установившиеся значения ±1. Перемена ее знака соответствует
изменению манипулируемого параметра сигнала, обнаружение которого на
фоне помех и составляет главную задачу приема информации.
Теперь рассмотрим ситуацию, когда на входе детектора действует ад-
дитивная смесь сигнала и СП и(г) (8.6). Из-за нелинейного взаимодействия
в детекторе сигнала и помехи переходный процесс продетектированного на-
пряжения искажается и в каждый момент времени напряжение на выходе де-
тектора становится отличным от Ед(г) при отсутствии помехи на некоторую
компоненту Ес+П(г). Тогда
Ед(г) = ЕустДг) + Ес+п(0- (8.10)
Эти искажения проявляются, в частности, в том, что напряжение Ед(0
будет пересекать пороговое значение Епор не в момент to, называемый знача-
щим моментом манипуляции (ЗММ) (рис. 8.4, б), а в момент tx, называемый
значащим моментом восстановления (ЗМВ). Таким образом, действие в по-
лосе приема сосредоточенной помехи приводит к смещению границы проде-
тектированного двоичного сигнала на время Дг = tf - to относительно ее ис-
ходного положения, т.е. к временному искажению телеграфной посылки, ко-
личественно выраженному через величину
3 = Дг / То,
(8.11)
где То = l/vM - длительность посылки, обратно пропорциональная скорости
манипуляции vM, измеряемой в бодах.
Смещение фронта посылки можно определить из уравнения Ea(tx) = Епор
или с учетом того, что Епор- 0, из уравнения
y(4)=^fc)/EycT = 0, (8.12)
272
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
полагая при этом для простоты г0 = 0, что не снижает общности выводов.
Поскольку напряжение (8.6) зависит от отношения амплитуд q помехи
и сигнала и разности их фаз у(г), то процесс установления напряжения на вы-
ходе детектора £д(г) также зависит от q и i|/(z), значения которых случайны.
Следовательно, и смещение ЗМВ относительно своего идеального положения
является случайной величиной и определяется отношением амплитуд q и
разностью фаз v(0 помехи и сигнала в данный момент.
Для исследования статистических характеристик ВИ двоичных сигна-
лов необходимо вначале определить плотность распределения W(5) для про-
извольной функции плотности вероятности отношения q, вид которой зави-
сит от закона замираний в КС сигнала и СП.
Поскольку статистические свойства СП отличаются от свойств гауссо-
ва шума, а флуктуации их уровней обусловлены теми же происходящими в
среде распространения радиоволн физическими процессами, которые вызы-
вают и флуктуации уровня полезного сигнала, то замирания уровней сигнала
и СП могут быть описаны одной и той же вероятностной моделью. Парамет-
ры этой модели для сигнала и СП будут различными.
Так как зависимость смещения Дг от параметров помехи и сигнала оп-
ределяется типом используемого детектора, то в общем виде решить задачу
невозможно. Поэтому рассмотрим отдельно двоичные сигналы ФТ (ОФТ)
и ЧТ. При этом будем полагать, что прием осуществляется в условиях мед-
ленных замираний, описываемых распределением Накагами, а амплитуды
сигнала и помехи в течение длительности элемента сигнала То остаются прак-
тически постоянными. В этих условиях флуктуации отношения амплитуд по-
мехи и сигнала описываются функцией плотности вероятности [47]
2^q
W(q) =
2mn-l
<7>0>
(8.13)
где p2 = mji2 /тп ,тситп- параметры распределений уровней сигнала и СП,
характеризующие глубину их замираний; /г,2 = Qc/Qn - отношение средних
мощностей сигнала и помехи на входе детектора, В(тс, тп) - бета-функция.
Обычно используют кусочно-линейную аппроксимацию функции fit)
[см. (8.9)]. Длительность переходного процесса
=1/(2д/ч)- <814>
Тогда
/Ю =
-1, '<-т„/2;
2г/тп, |г|<тп/2;
1, г>т„/2.
(8.15)
При использовании синхронного метода передачи телеграфное сооб-
щение представляет собой случайную последовательность независимых
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи 273
и равновероятных символов 0 и 1. Эта последовательность двоичных симво-
лов передается по КС с помощью несущего колебания частоты соо путем ма-
нипуляций фазы на л в режиме ФТ (ОФТ) или частоты на ±Ди в режиме ЧТ.
Прием сигналов фазовой телеграфии. При манипуляции фазы на
значение п в фильтре возникает переходный процесс огибающей сигнала.
При этом фаза сигнала на выходе фильтра изменяется скачком [26, 147]
в момент to-'
71
Ф(г) = — sign(f — г0). (8.16)
Будем считать, что сигнал детектируется с помощью когерентного фа-
зового детектора (ФД), для которого [153]
£д(0 = ЛфДС/(7)со5[0(О - фоп], (8.17)
где кфд - коэффициент передачи ФД; U(t) и 0(г) - амплитуда и фаза колебания
п
на входе ФД; фоп = wot + фс + — - фаза опорного колебания, подстраиваемая
под фазу принимаемого сигнала со снятой манипуляцией.
Предположим, что система фазирования идеальна, а имеющие место
в реальных КС флуктуации фазы фоп незначительны. Подставляя в (8.17) вы-
ражения (8.7), (8.8) и учитывая (8.16), после тригонометрических преобразо-
ваний получаем
Ea(t) = EycT [W)sign(f - Го) - <7sin(oy + Дф)], (8.18)
где Еуст= £фд(7с.уст - установившееся значение продетектированного напряже-
ния; top = (Do - <оп - разность частот сигнала и СП; Дф = фс - фп - разность их
начальных фаз.
При отсутствии помехи (q = 0) нормированный переходный процесс
напряжения на выходе ФД описывается функцией fit). Сравнивая (8.9)
с (8.18) при q = 0, имеем ДО = M(t) sign t и
Уфт(0 =ДО - <7sin(topt + Дф). (8.19)
Из (8.19) видно, что отклонение нормированного переходного процесса
Уфт(0 от номинального значения ДО в каждый произвольный момент времени
зависит от случайной величины Т] = <7sin(topr + Дф), выборочные значения ко-
торой определяются отношением амплитуд помехи и сигнала q и разностью
их начальных фаз Дф.
Полагая распределение разности начальных фаз сигнала и СП Дф рав-
номерным в интервале (-71, 7t), а величины q и Дф статистически независи-
мыми, по правилам функционального преобразования случайных величин
[84] определим плотность распределения случайной величины
W(T])=—7 ^^—dq, -oo<-q<oo. (8.20)
лн#~п2
18 - 5869
274
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
На основании (8.12) уФТ(/г) =fW) - Т] = 0, тогда плотность распределе-
ния величины смещения границы посылки относительно ее идеального по-
ложения для области значений < тп/ 2
W (t ) — 1 7 W(q) (8 21)
71 dtx Мчуq
При |г| > тп/2 (8.19) можно переписать в виде
±1 = <7sin(coprK + Дф). (8.22)
Анализ показывает, что (8.22) имеет решение только при значениях
<у> 1. Поскольку разность начальных фаз Дф имеет равномерное распределе-
ние вероятности на интервале О...2л, то и случайное смешение границ теле-
графных посылок в области |rv| >тп/2 будет также равновероятным. Вероят-
ность 5фТ попадания значения гЛ в эту область найдем из условия нормировки
функции плотности вероятности [84]:
Jw(rJJrA=l.
(8.23)
Отсюда имеем
т„/2
5ФТ = 1- jW,- (8.24)
-тп /2
Подставив (8.21) в (8.24), после смены порядка интегрирования и вы-
числения внутреннего интеграла получим
27 1
5ФТ = — Гarccos—W(q)dq (8.25)
л-J q
Значение ВИ определяется как смещение границ двоичных знаков от-
носительно временных отсчетов, вырабатываемых устройством тактовой
синхронизации, выраженное в долях длительности элемента сигнала т0 [20].
Технически реализуемый измеритель ВИ, работающий на случайном теле-
графном тексте, может фиксировать искажения величиной |5| < 0,5. Большие
значения будут регистрироваться измерителем как ВИ следующей элемен-
тарной посылки. Поэтому при анализе статистических характеристик будем
оперировать плотностью вероятности W(S), «свернутой» в интервале
(-0,5; 0,5). С учетом сказанного из (8.11), (8.21) и (8.25) получим
И"ФТ(8) =
1 #(8т0)
|/<м^Iq2 -/ (<&о)
dq 1-
9 “ 1
+ — f arccos—W (q)dq, |5| < 0,5 •
nJ q
(8.26)
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
275
Прием сигналов частотной телеграфии. Все частотные детекторы
(ЧД) содержат на входе амплитудный ограничитель, который можно считать
идеальным, если амплитуда сигнала во много раз выше порога ограничения.
Поэтому продетектированное напряжение Ед(г) не зависит от флуктуаций
огибающей напряжения м(г) на входе ЧД.
Положим, что некогерентный прием сигналов ЧТ осуществляется на
приемник с линейным частотным детектором. Если полоса пропускания ли-
нейной части ЧД намного шире спектра сигнала, то и ЧД можно считать иде-
альным. Известно, что на выходе такого ЧД напряжение
<8-27>
at
где £Чд - крутизна характеристики ЧД; d0(Z) / dt- мгновенная частота колеба-
ния на его входе.
Пороговое устройство, формирующее двоичные сигналы, также будем
считать идеальным, а порог его срабатывания примем равным нулю.
Если СП нет в полосе приема (q = 0), то в соответствии с (8.8), (8.9)
и (8.27) напряжение на выходе ЧД
Ед(0 = ^чд^ = £уст/Ю. (8-28)
где Еуст = А.-ЧдА(й; Af = Д<о / (2л) - девиация частоты; f(r) - функция, описы-
вающая переходный процесс напряжения на выходе идеального ЧД, обуслов-
ленный частотно-селективными цепями, при передаче по КС элементарного
сигнала в виде скачка частоты 2Af.
Для широкополосного ЧД (Af / АЕ3ф «1) функция Дг) может быть
с достаточной для инженерных расчетов точностью аппроксимирована ку-
сочно-линейной функцией вида (8.15). При этом флуктуациями огибающей
сигнала можно пренебречь, т.е. принять M(f) = 1. На основании (8.28)
ср(0 - Acoj f(t)dt - (8.29)
о
При действии в КС помехи нормированный переходный процесс мгно-
венной частоты после дифференцирования (8.8) с учетом (8.29) можно пред-
ставить в виде
(8ад
Аси J1 + q + 2q cos y(t)
Искажения переходного процесса учт(0> возникающие под действием
СП, проявляются в смешении границ двоичных посылок на время tx от своего
идеального положения. Смещение определяется путем решения уравнения
Учт(А) = 0, которое можно переписать
18*
276
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
= +gcosv(rx) 8
a l + gcosy(rx)
где a = Юр / Дсо - относительная расстройка помехи
При равномерном в интервале (-л; л) распределении разности началь-
ных фаз Дер сигнала и СП плотность распределения случайной величины
X = [g2 + geosv(r)J/ [1 + gcosig(r)] в (8.31), описывается функцией [47]
И',(Х) = —I-L- Г I 1 W(q)dq, - °° < X < °° (8.32)
л(1-Х2) |{|Ъ
Поскольку реальный телеграфный сигнал представляет собой последо-
вательность равновероятных независимых двоичных знаков Zo и Zb по пра-
вилам функционального преобразования случайных величин [84] перейдем к
плотности вероятности смешения ЗМВ, которая в области значений аргумен-
та |гл| < тп / 2 будет равна
иШЦМ'х |z0)+w(r.t |Z,)}=
2 at
|i+/(d/g|+|i-/frJ/a|
2л{-[/(гх)/аТ }
'xW(q)dq.
M)
adtt
(8.33)
Для области значений |fA| > тп/2 распределение смещения границ дво-
ичных посылок будет равномерным. Вероятность попадания tx в эту область
найдем из условия нормировки функции W(rx) (8.23). Отсюда имеем [47]
т„/2
5ЧТ = 1- JXT(rjK =
Wtffdq,
(8.34)
где
г = min (1/|а|; 1); v= max (1/|а|; 1). (8.35)
Тогда с учетом сделанных ранее замечаний плотность распределения
ВИ 5 = tx/t0 двоичного сигнала ЧТ
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
277
, |1 + /(5т0)/а| + |1-/(5т0)/а|
ЧТ(Ь 2я{1-[/(ЧМ}
i J* v~vw{q)dq+s^ |б|-°’5
ad5 |/4м|И -И(5т0)/а]
(8.36)
Выражения (8.26) и (8.36) позволяют определить плотности распреде-
ления ВИ двоичных сигналов фазовой и частотной телеграфии для произ-
вольных вероятностных моделей замираний амплитуд сигнала и СП в КВ ра-
диоканале.
Статистические характеристики ВИ двоичных сигналов. Для кана-
ла радиосвязи с замираниями Накагами функция W(q) описывается зависимо-
стью (8.13), при этом аналитические выражения для плотности распределе-
ния ВИ двоичных сигналов ФТ и ЧТ для целых значений параметров тс и т„
соответственно имеют вид:
В(тс, тп)
J 1 1 ,
В — + тс, — + к
2 с 2
|8| < 0,5;
(8 37)
278
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
где
G(<5)E>(<5) +
(тп -1 -1\ (- 1)п ^2("'с+«) / 1 р
-о П +
с 2
- -Jt+n
2
т.
тс — 1—к
i=O
(8.38)
если &<тц/2т0;
если 8 > тп / 2т0,
а значения г и v определяют по (8.35). Из (8.38) как частный случай имеем
W4T(8) =
2(о2 + бГ
2т0 Р 2bF^2bf И» ‘
(8.39)
Выражение (8.39) описывает плотность распределения ВИ частотно-
манипулированного двоичного сигнала в канале с рэлеевскими замираниями
(тс = тп - 1) в области малых значений 8 при й2»1. Для этого случая плот-
ность распределения ВИ определена и проанализирована в [1].
Графики плотностей распределения ВИ двоичных сигналов ФТ и ЧТ,
рассчитанные по (8.37) и (8.38) для разных значений параметров тс, тп и й2,
показаны на рис. 8.5 и 8.6 соответственно. Анализ графиков показывает, что
при увеличении отношения сигнал-помеха от 1 до 103 плотность распре-
деления ВИ меняется от практически равномерной до пикообразной, а веро-
ятность больших значений ВИ быстро уменьшается, что свидетельствует об
улучшении качества КС.
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
279
Рис. 8.6
Уменьшение глубины замираний СП (тп > 1) приводит к появлению
искажений двоичных посылок типа «постоянные» преобладания [20], что
проявляется в бимодальности функции плотности вероятности ВИ. Умень-
шение глубины замираний сигнала сопровождается уменьшением дисперсии
ВИ и снижением вероятности появления больших 5. При этом изменения па-
раметра тп мало сказываются на качестве связи. На радиолиниях с частотной
манипуляцией дисперсия ВИ сильно зависит от частотного положения СП
в полосе приема. Статистические характеристики ВИ двоичных сигналов оп-
ределяются в значительной степени техническими параметрами КС. Так, зна-
чение ВИ уменьшается с расширением полосы пропускания КС и со сниже-
нием скорости манипуляции; а в системах ЧТ к уменьшению ВИ приводит
также увеличение девиации частоты сигнала.
Анализ статистических характеристик ВИ двоичных сигналов ФТ и ЧТ
показал, что нормальный закон может быть использован для аппроксимации
распределения ВИ в области малых 5 только при приеме незамирающего
сигнала на фоне гауссовской помехи. Такая ситуация обычно имеет место в
проводных КС, но для КВ радиоканалов она нетипична. Наличие замираний
сигнала в КС приводит к отличию закона распределения ВИ от нормального
[20]. При больших отношениях в области значений аргумента |5| =
0,2...0,5, которые в итоге и определяют вероятность ошибки, плотность веро-
ятности W(6) хорошо аппроксимируется суммой степенных функций вида
аЛ8 fc‘, где коэффициенты ak и bk определяются состоянием КС: наличием и
1 дубиной замираний, интенсивностью помех, скоростью передачи информа-
ции и полосой пропускания КС. Этот вывод хорошо согласуется с результа-
тами исследований, приведенными в [20], где степенной закон использовался
для аппроксимации экспериментально полученных плотностей распределе-
ния ВИ двоичных сигналов.
280
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Таким образом, (8.37) и (8.38) описывают статистические закономерно-
сти ВИ двоичных сигналов фазовой и частотной телеграфии. Они позволяют
проследить характер взаимосвязи первичных статистических параметров КС
с характеристиками ВИ, а путем расчета вероятности ошибок, вызванных ВИ
двоичных сигналов, оценить влияние различных параметров сигнала, помехи
и радиоканала на качество связи.
8.3. Взаимосвязь между верностью приема
информации и статистическими характеристиками
ВИ дискретных сигналов
Постановка задачи и методика исследований. Как уже отмечалось,
верность приема информации можно оценить с помощью текущего контроля
статистических характеристик ВИ, например частости СПВИ Р& или среднего
значения модуля ВИ у принимаемого радиотелеграфного сигнала. Проведем
теоретическое обоснование корреляционной взаимосвязи между этими ха-
рактеристиками ВИ и мерой верности информационного обмена - вероятно-
стью ошибочного приема Рош единичного элемента телеграфного сигнала.
Степень взаимосвязи будем оценивать с помощью коэффициента корреляции
[84]
^(^oiu’VBh)
VBH )^^oiu^VBH ^omcpVBHep
0 0
' f P2 w(p )dP - P2
J ОШ \ ОШ / ОШ ОШ cp
.0
,(8.40)
/'’вИ^б'Ъи )^VBM VBHcp
.0
где Рош и vBh - текущие значения вероятности ошибки и контролируемой ха-
рактеристики ВИ соответственно; WVOUJ) и И^Уви) - одномерные плотности
распределения Рош и vBn; ДОгСРош, vbh) - совместная плотность распределения
этих величин;
^ошер = J И VBHcp = J VBH^(VBH )^VBH ~
о о
их средние значения.
Вычисления по (8.40) осложнены тем, что необходимо знать совмест-
ную плотность распределения текущих значений характеристик Риш и vBB,
определение которой при произвольном законе замираний сигнала и помехи
в радиоканале сопряжено со значительными математическими трудностями.
Для однолучевого канала это выражение можно упростить, если учесть одно-
значную зависимость вторичных статистических характеристик канала связи
(как вероятности ошибки Рош, так и характеристик ВИ Р& и у) от отношения
помеха-сигнал q. Поскольку случайная величина q определяет значения двух
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
281
случайных величин Рош = j\(q) и vBn = f2(?), причем q = <?i(Povl), то VBM =
= /2[ф1(Л>ш)] - Ф(Л>ш), и тогда совместное распределение Рош и vBH согласно
[84] имеет вид
W2(POU1, vbJ = W(PoJ5[vbm- Ф(рии)].
Подставляя (8.41) в интеграл, стоящий в числителе (8.40), получаем
(8.41)
J РОШЫ(Рош) J vBM5[vBH - Ф(РОШ
dP
ОШ
(8.42)
О
о
= J^^kJ^(Polll)dPolu.
о
Одномерные плотности вероятности случайных величин Рош и vBh оп-
ределяются равенствами [84]
^(/’О1„)=и/Д(Р1(рош)]
^(vBH)=w;[(p2(vB„)l
, 0<РОШ<0,5,
(8.43)
(8.44)
vbh > 0’
fa.,)
d<P2 (vnn )
dvBB
где Wf/(g) - плотность распределения отношения помеха-сигнал q.
Используя (8.43), после замены переменной интегрирования q = <р.(Рош)
в (8.42) находим
JШ fiW Wtl(q) dq = fPOUI(q) VBM(g) We/(q) dq -
0 0
(8-45)
Подставив (8.43) и (8.44) в соответствующие интегралы знаменателя
(8.40) и перейдя в них к переменной q, с использованием (8 45) запишем
^ош- Гви)_
.0
S ^ош (#)ГВИ ^ош ср^ВИ ср
0 -
со
/гви (<?)^ (q)dq — тви ср
.0
(8.46)
где средние значения вероятности ошибок и контролируемой характеристики
ВИ принимаемого радиотелеграфного сигнала соответственно:
^ep = j^.(?)^(?)d9, (8.47)
О
VBMcP=JvBH(?)Wz4('7)dg.
о
(8.48)
282
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Таким образом, как можно видеть из (8.46), для определения коэффи-
циента корреляции R(POUi, vBH) необходимо решить следующие задачи:
1) определить зависимости вероятностей ошибочного приема элемен-
тов двоичных сигналов относительной фазовой и частотной телеграфии от
отношения помеха-сигнал q\
2) определить зависимости от q контролируемых статистических ха-
рактеристик ВИ: вероятности СПВИ и среднего значения модуля ВИ детек-
тированных сигналов ОФТ и ЧТ;
3) по (8.46) рассчитать коэффициенты корреляции между вероятностью
ошибки и характеристиками ВИ.
По найденному значению коэффициента корреляции можно определить
эффективность использования анализатора ВИ в качестве датчика оценки верно-
сти принимаемой информации. При использовании вероятности СПВИ для ко-
личественной оценки верности приема информации одним из основных вопро-
сов является выбор порога регистрации СПВИ. Положение порога может опти-
мизироваться по критерию максимума коэффициента корреляции /?(РОШ, vBH).
Формула (8.46) позволяет оценить степень статистической взаимосвязи
вероятности ошибочного приема единичного элемента сигнала с контроли-
руемыми характеристиками ВИ при произвольных законах замираний сигна-
ла и помехи в КВ радиоканале. Для канала с рэлеевскими замираниями сиг-
нала и помехи корреляционный анализ с использованием (8.46) проведен
в [47], где определены зависимости от отношения помеха-сигнал q вероятно-
сти ошибки и статистических характеристик ВИ: вероятности СПВИ и сред-
него значения модуля ВИ. Эти зависимости описываются соответственно вы-
ражениями для двоичных сигналов ОФТ:
О, 0< <7<|/(цт0)|;
^ошОФтС?) ~
^8Л)Ф1 (?) —
2
—arccos
ТГ
х arccos , q >|/(pT0)|;
Я
О, 0< ?<|/(5пт0)|;
- arccos , |/ (SnT0) I < q < 1;
it q
arccos
-28n arccos—
Я
(8.49)
(8.50)
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
283
Уофт^)-
——q, 0<«7<1;
лт0
1 1
4----arccos—, о>1.
2л - 4
(8.51)
Для двоичных сигналов ЧТ:
^ош.ЧтО?) ~
0, 0<<7<x;
r-2- T)
z ~q
u 2 2
z\q -* ]
1 x
—arcctg —
л
(8.52)
£
2’
2
—arcctg t,
л
arcctg t.
I 2 2 1
y -q
2 2 г
q ~t j
Г"г Г)
s ~q
2 2
h -t
(8.53)
О, 0<<?<г;
2
л
Q
— 2<5П arcctg г.
2 2 1
v — q
TV)
2
1 —2dn—arcctg rt
l-2dn, q>v,
284 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
——-arcsinq, 0<q< г,
7tT0
Учт(?) -
1
—arcctg г
(
1 + sign
у2-q2
q2-r2
-х
• q
arcsin—+
v
. , 1
1-sign 1-7-7
v
lArch----
q
• DI
-sign 1-77 arcctg
2
1
—, v <q <°°.
.4
(8.54)
Здесь p - исправляющая способность приемника (регенерирующего
устройства), под которой понимают максимальную степень искажения сиг-
налов, еще не приводящую к неправильному воспроизведению элементов
сообщения; 5П - порог регистрации СПВИ; т0 - длительность элемента теле-
графного сигнала; тп= 1/(2ДГэф) - длительность переходного процесса на-
пряжения на выходе детектора; Дг) - функция, описывающая этот переход-
ный процесс и аппроксимируемая (8.15); a = (fn-foV&f- отношение расстрой-
ки помехи от центральной частоты спектра сигналаД к девиации частоты Д/в
канале;
x = min(l,|/GxT0)/a|)
z = min(l,|/(5nT0)/a|)
г = min (1,1/|а|)
г = тах(1,|/(цт0)/а|);
5 = тах(1,|/(бпт0)/а|);
v = max (1,
(8.55)
и
и
и
Когда флуктуации уровней сигнала и помехи описываются законом Рэ-
лея, одномерная плотность распределения отношения помеха-сигнал может
быть получена из (8.13), если положить в нем тс = тп = 1. Тогда
W4(q) = 2h2q/(h2q2+l)\ 0 <<?<-, (8.56)
где = сг?/су2 - отношение средних мощностей сигнала и помехи.
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
285
Ввиду того, что аналитически определить коэффициент корреляции по
(8.46) невозможно, его рассчитывают численными методами на ЭВМ с ис-
пользованием (8.46)-(8.56).
Исследование корреляции между вероятностью ошибки и характе-
ристиками ВИ. Проведенный анализ выявил наличие высокой степени кор-
реляции между вероятностью ошибки и статистическими характеристиками
ВИ двоичных сигналов, что может служить доказательством целесообразно-
сти использования этих характеристик для оценки верности информационно-
го обмена. Так, установлено, что в каналах ОФТ и ЧТ коэффициент корреля-
ции между вероятностями ошибки и СПВИ R(POIU, Р&) может превышать 0,8.
При заданных значениях параметров тп/т0 и ц коэффициент R(Polu, Р&~) во мно-
гом зависит от положения порога регистрации СПВИ 8П. Оптимальное значе-
ние 8П соответствует максимуму коэффициента корреляции R(Paw, Р&)-
Из рис. 8.7, а можно видеть, что при исправляющей способности при-
емника ц<тп/2то коэффициент корреляции между вероятностями ошибки и
СПВИ двоичных сигналов ОФТ достигает своего максимума, если значение
порога 8П опт = ц. При приеме сигналов ЧТ (также при ц < т„ / 2то) оптималь-
ное положение порога регистрации СПВИ находится чуть ниже ц (см. рис.
8.7,6). Когда же соотношение параметров таково, что р.>тп/2то, коэффици-
ент корреляции R(POW, Р6) с ростом 8П увеличивается, достигая единицы при
8п==тл/2т0, что свидетельствует о наличии высокой степени статистической
взаимосвязи между вероятностями ошибки и СПВИ. В этом случае рекомен-
дуется значение порога регистрации СПВИ устанавливать из соотношения
8ПОпт=^п/2т0<ц, поскольку при нем обеспечивается более высокая оператив-
ность контроля верности, обусловленная большей вероятностью появления
ВИ меньшей величины. Выбираемый исходя из требуемой точности контроля
объем выборки СПВИ может быть получен за меньший временной отрезок,
что имеет существенное значение при оценивании качества нестационарных
КВ радиоканалов.
В каналах ЧТ степень корреляции между вероятностями ошибки и
СПВИ заметно зависит от относительной расстройки помехи а, уменьшаясь с
приближением |а| к единице (рис. 8.8, а). Наименьшее значение коэффициен-
та корреляции при |а|=1 объясняется наибольшим мешающим воздействием
помехи, попадающей на позицию одной из характеристических частот сигна-
ла ЧТ. При этом, если средняя мощность помехи сравнима с мощностью по-
лезного сигнала, наблюдается группирование ошибок, сопровождающееся
эффектом «слияния» телеграфных посылок. При пропадании же границ по-
сылок регистрация ВИ невозможна, что проявляется в снижении коэффици-
ента R(POW, Ps). При отклонении параметра |г?| от единицы коэффициент кор-
реляции между вероятностями ошибки и СПВИ увеличивается.
286
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 8.8
Степень взаимосвязи между вероятностями ошибки и СПВИ двоичных
сигналов ОФТ и ЧТ повышается с увеличением отношения средних мощно-
стей сигнала и помехи . Это видно из графиков рис. 8.8, б, в. Корреляци-
онный анализ вероятности ошибки Рош и среднего значения модуля ВИ у вы-
явил обратный характер зависимости степени статистической взаимосвязи
этих характеристик от hg . Таким образом, из теоретического анализа следу-
ет, что эффективность контроля верности информационного обмена по веро-
ятности СПВИ выше в радиоканалах высокого качества, а по среднему зна-
чению модуля ВИ - в радиоканалах с пониженным качеством связи. Сово-
купное использование обеих статистических характеристик ВИ двоичных
сигналов позволяет оценивать верность принимаемой информации в КВ ка-
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
287
нале связи в гораздо более широком диапазоне изменения его качества. Ана-
лизатор ВИ можно применять в автоматизированных системах КВ радиосвя-
зи в качестве датчика оценки верности информации, полностью удовлетво-
ряющего предъявляемым требованиям.
8.4. Анализатор временных искажений
Рассмотрим структуру анализатора статистических характеристик вре-
менных искажений двоичных сигналов, отличающегося от известных анали-
заторов ВИ более высокой точностью контроля и возможностью его приме-
нения в автоматизированных системах КВ радиосвязи. Отмеченные особен-
ности анализатора ВИ достигнуты благодаря применению микропроцессор-
ной техники, позволяющей реализовать современные требования к датчикам
оценки качества канала автоматизированных систем радиосвязи.
В основе анализатора ВИ лежит устройство тактовой синхронизации
(УТС), позволяющее получать стабильные временные отсчеты, соответст-
вующие неискаженному положению границ двоичных знаков. Для адекват-
ности оценки состояния КС, а также для повышения точности контроля из-за
исключения дополнительных ошибок рассогласования, вносимых аппарату-
рой измерительного тракта, в анализаторе ВИ используют УТС информаци-
онного тракта контролируемого канала связи, которое вырабатывает синхро-
импульсы для решающего устройства, определяющего знак принятых эле-
ментов сигнала. В системе с ВРП для устранения эффекта накопления фазо-
вых сдвигов из-за многолучевости и случайного изменения времени распро-
странения декаметровых радиоволн сигналы с выхода УТС используют также
для регенерации дискретных сигналов.
Многолучевое распространение радиоволн ДКМ диапазона приводит
к появлению специфических ВИ типа «качания», выражающихся в апериоди-
ческих смещениях групп двоичных посылок на время запаздывания прихо-
дящих в точку приема но различным траекториям лучей. Флуктуации време-
ни распространения радиоволн приводят к непрерывному изменению ампли-
туды «качаний», а скорость «качания» определяется характеристиками каж-
дого конкретного радиоканала. Регенераторы, построенные на основе инер-
ционных УТС, устраняют ВИ, вызванные действием аддитивных помех, но
не могут скомпенсировать относительно быстрые изменения скорости мани-
пуляции принимаемых сигналов, обусловленные проявлением многолучево-
сти. Эту задачу можно решить с помощью регенератора с буферным
накопителем [26].
Структурная схема синхронного двухступенчатого регенератора двоич-
ных сигналов показана на рис. 8.9. В отличие от регенераторов с инерционны-
ми УТС этот регенератор устраняет ВИ, вызванные многолучевым приемом.
Блоки выделения фронтов БВФ1, импульсной фазовой автоподстройки час-
тоты ИФАПЧ1, регистрации БР1 образуют первую ступень регенератора.
288
Cut темы и устройства коротковолновой радиосвязи
Инерционность ИФАПЧ1 выбрана
из условия обеспечения слежения за
максимальными скоростями сдвига фазы
сигнала на входе регенератора, обуслов-
ленного процессом интерференции за-
паздывающих лучей. В этой ступени де-
тектированные сигналы преобразуются в
двоичные посылки прямоугольной фор-
мы, которые записываются в буферный
накопитель БН. Вторая ступень регене-
ратора образуется блоками БВФ2,
ИФАПЧ2 и БР2.
Регенератор по схеме рис. 8.9 ра-
ботает следующим образом. После де-
тектирования с выхода пороговой схемы
РПУ телеграфные сигналы подаются на
БВФ1, формирующий импульсы И1 по-
ложительной полярности с длительно-
стью, составляющей малую часть от
длительности телеграфной посылки.
Выход
Рис. 8.9
Импульсы И1, вырабатываемые БВФ1 в моменты, соответствующие
границам телеграфной посылки, подаются на один вход ИФАПЧ1, на другой
вход которого поступают тактовые импульсы ТИ с частотой следования f0,
заданной высокостабильным опорным генератором ОГ. На выходе ИФАПЧ1
формируется последовательность синхроимпульсов Ml с частотой манипуля-
ции /М1, которая управляет работой БР1, формирующего информационные по-
сылки. поступающие на вход БВФ2 и записываемые в БН. Запись в БН осуще-
ствляется по командам от блока управления записью БУЗ, что позволяет запи-
сать ее в нужные ячейки БН без ошибок с привязкой к тактам синхронизации.
Информационные посылки подаются с выхода БН на БР2 через блок считыва-
ния БС, управляемый импульсной последовательностью М2 с частотой следо-
вания fM2 с выхода ИФАПЧ второй ступени регенератора. В результате на вы-
ходе БР2 действуют информационные посылки с постоянной номинальной
скоростью манипуляции. Для уменьшения скорости слежения во второй сту-
пени регенератора инерционность ИФАПЧ2 выбирают более чем на три по-
рядка выше по отношению к инерционности ИФАПЧ первой ступени.
Относительно большая скорость слежения первой ступени регенерато-
ра обеспечивает быстрое вхождение в синхронизм и правильную регистра-
цию двоичных сигналов при любых скоростях «качаний» фазы входного сиг-
нала, а малая скорость слежения второй ступени и связь выхода БР1 со вхо-
дом БР2 через БН позволяет не передавать такие «качания» на выход регене-
ратора. Развязка первой и второй ступеней через БН устраняет на выходе ре-
генератора временные искажения двоичных сигналов, вызванные колебания-
ми скорости манипуляции. Это повышает точность регенерации и верность
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи 289
передачи информации по радиолиниям «абонентская радиостанция зоны -
ВРП» и «ВРП - радиостанция зоны» в системе КВ радиосвязи с ВРП.
На рис. 8.10 покагана структурная схема анализатора ВИ, реализован-
ного на основе УТС регенератора по схеме рис. 8.9. Анализатор включает в
себя измерительную часть и микропроцессорный контроллер МПК (на схеме
не показан); МПК обеспечивает программную обработку измерительной ин-
формации. Временные диаграммы сигналов в различных точках анализатора
ВИ изображены на рис. 8.11. Синхропоследовательность Ml с частотой мани-
пуляции /М| с выхода УТС первой ступени регенератора одновременно пода-
ется на управляющий вход коммутатора КМ, регистр знака РЗ и на вход фор-
мирователя импульсов ФИ, который вырабатывает две последовательности
синхроимпульсов С1 и С2, сдвинутые относительно друг друга на половину
длительности элемента двоичного сигнала Ж Импульсы последовательности
С1 соответствуют фронтам меандра Ml (математическому ожиданию момен-
тов появления неискаженных сигналов), импульсы последовательности С2 -
срезам (математическому ожиданию моментов появления середины двоич-
ных сигналов). Последовательность синхроимпульсов С1 используют для
обнуления реверсивного счетчика PC. Коммутатор КМ в соответствии с ло-
гическим уровнем на управляющем входе переключает импульсную такто-
вую последовательность ИТП с частотой следования /т на входы сложения
или вычитания реверсивного счетчика PC. Нулевой уровень на управляющем
входе КМ соответствует работе PC в режиме вычитания, а единичный - в ре-
жиме сложения. При этом содержимое PC увеличивается в течение длитель-
ности первой половины элемента сигнала и уменьшается в течение второй.
Число с выхода PC подается на вход регистра Р и на один из двух входов
схемы сравнения СС.
Рис. 8.10
19 — 5869
290 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Короткие импульсы И1 с выхода БВФ1 регенератора, временное поло-
жение которых соответствует искаженным границам принятых телеграфных
посылок, поступают через ключ К на входы записи регистров Р и РЗ. При
этом в Р запоминается число, пропорциональное смещению границы двоич-
ного элемента от ее идеального положения или величине ВИ, а в РЗ фиксиру-
ется знак ВИ. Информация с выхода Р поступает на вход буферного регистра
БР и на второй вход СС. Блок СС вырабатывает лог. 1, если число с выхода
PC больше числа с выхода Р, или лог. 0 при обратной ситуации. Логическая 1
или логический 0 подаются на управляющий вход К, при этом 1 разрешает
прохождение импульсов от БВФ1 на вход записи Р, а 0 блокирует его (см.
рис. 8.11). Так регистрируется максимальное значение ВИ, если на интервале
длительности двоичного знака входной двоичный сигнал несколько раз ме-
нял свою полярность.
Л'БР _______ г 1—
. - - л
..Знак4 1 г
t
„Готов4 и U ' L
t
„Чтение4 U L и
t
Рис. 8.11
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
291
6)
в)
Рис. 8.12
19'
292
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Число из Р, пропорциональное значению ВИ, и его соответствующий
знак из РЗ записывается в БР по фронтам синхроимпульсов С2, по которым
также обнуляется Р и «взводится» триггер флага ТФ, вырабатывающий сиг-
нал «Готов» для инициализации передачи зафиксированного в БР числа
в МПК. При этом МПК по сигналу «Чтение» считывает информацию из БР
в ячейки памяти оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и возвраща-
ет ТФ в исходное состояние, после чего цикл измерений повторяется.
Статистические характеристики ВИ двоичных сигналов вычисляют по
алгоритмам в соответствии с программами, заложенными в память МПК. Это
позволяет в анализаторе ВИ получить по командам извне оценку характери-
стик ВИ.
На рис. 8.12, а приведена структурная схема алгоритма вычисления
частости СПВИ, а на рис. 8.12, б - среднего значения модуля ВИ или диспер-
сии ВИ; вычислительные процедуры расчета дисперсии ВИ указаны на
рис. 8.12,6 в скобках. Упрощенный алгоритм функционирования МПК при
вычислении гистограммы распределения ВИ представлен на рис. 8.12, в.
Таким образом, рассмотренный анализатор ВИ прост в реализации
и существенно сокращает аппаратурные затраты, поскольку наиболее сложно
реализуемые его функции возлагаются на программные средства. При этом
отсутствуют такие сложные узлы, как формирователь временных зон и набор
счетчиков для определения частостей попадания ВИ в каждую из этих зон.
Изменяя тактовую частоту /т (см. рис. 8.9), можно в зависимости от за-
данных требований регулировать точность измерений; меняя в некоторых
пределах порог 5П регистрации СПВИ, - повысить качественные характери-
стики анализатора ВИ и т.д.
8.5. Анализатор группирования ошибок
и сверхпороговых временных искажений
В КВ канале связи ошибки при приеме телеграфных сигналов неравно-
мерно распределены во времени, что приводит к их группированию в пакеты.
Эффект группирования зависит от уровня действующих помех, замираний
сигнала и помех, возникающих из-за диффузного рассеивания в ионосфере,
многолучевого распространения радиоволн. Таким образом, использование
характеристик группирования совместно с вероятностью ошибок позволяет
расширить информацию о качестве КВ канала связи. Эффект группирования
обычно оценивают с помощью коэффициента группирования ошибок а и
средней длительности группы ошибок иср. Анализатор группирования оши-
бок регистрирует характеристики а и иср независимо от того, какими причи-
нами вызван эффект группирования.
Экспериментально установлено наличие группирования телеграфных
посылок, искажения которых превышают некоторое пороговое значение 5П
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
293
(группирование СПВИ). Пакеты СПВИ включают в себя пакеты ошибок, од-
нако начинаются пакеты СПВИ ранее и заканчиваются позднее пакетов оши-
бок. Поэтому если учесть экспериментально установленную тесную корреля-
цию ошибок и СПВИ, в ряде случаев можно оценить верность и характери-
стики группирования ошибок по анализу потока СПВИ. При этом качество
канала связи оценивают непосредственно в процессе связи по информацион-
ному сигналу.
На рис. 8.13 показана схема анализатора группирования ошибок и
СПВИ [26]. Продетектированный телеграфный сигнал с выхода порогового
устройства РПУ подается на устройство согласования УС анализатора, согла-
сующею уровни входного сигнала с рабочими уровнями логических микро-
схем. С выхода УС сигналы поступают на устройства либо выявления оши-
бок У ВО, либо регистрации сверхпороговых временных искажений УРИ.
В УВО поэлементно сравнивается принятая двоичная последовательность с
эталонной при передаче по каналу связи тест-сигнала. Регистрация СПВИ
в УРИ производится по принимаемому информационному сигналу, что по-
зволяет использовать данный анализатор в качестве датчика оценки качества
КС. При появлении двоичного элемента со значением ВИ, превышающим
заданный порог 5Р. на выходе УРИ формируется импульс ошибки.
Работу анализатора по схеме рис. 8.13 рассмотрим на примере опреде-
ления характеристик группирования ошибок. При обнаружении ошибки на
выходе УВО формируется импульс, который поступает одновременно на
блок выделения смежных ошибок БВСО, элемент НЕ и счетчик СЗ числа
ошибок. В БВСО, состоящем из элементов И1, ИЛИ и двух элементов за-
держки ЭЗ1 и Э32, анализируется выявленный поток для обнаружения сгруп-
294
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
пированных (следующих друг за другом) ошибок. Если ошибка будет оди-
ночной, то на выходе БВСО импульс не появляется. При появлении двух
и более смежных ошибок импульсы с выхода УВО через элементы Э31, И1
и Э32 проходят на выход элемента ИЛИ, причем первый же импульс опроки-
дывает триггер Т. При этом лог. 1 с выхода Т, поступая на элемент ИЗ, раз-
решает прохождение импульсов смежных ошибок для подсчета их числа
в счетчике С1.
По окончании группы ошибок (при появлении первого правильно при-
нятого двоичного символа) импульс ошибки на выходе УВО пропадает. При
этом лог. 1 с выхода элемента НЕ поступает на первый вход элемента И2, на
второй вход которого от услройства тактовой синхронизации подается после-
дователпность синхроимпульсов с частотой манипуляции /м. При первом им-
пульсе этой последовательности на выходе элемента И2 появляется лог. 1,
которая устанавливает триггер Т в исходное состояние. При этом в счетчик
числа групп ошибок С2 записывается единица. При появлении следующей
группы ошибок цикл повторяется.
Кроме того, последовательность синхроимпульсов частотой fM посту-
пает на вход датчика сигналов сброса ДСС, представляющего собой счетчик
с дискретно изменяемой емкостью, определяющей длительность сеанса изме-
рений. По окончании сеанса измерения ДСС вырабатывает импульс, посту-
пающий на блок управления БУ, по которому БУ вырабатывает сигнал
управления. Под действием этого сигнала содержимое счетчиков С1-СЗ счи-
тывается в устройства деления УД1 и УД2. По окончании считывания ин-
формации счетчики обнуляются сигналами БУ, и сеанс измерений может
быть повторен.
В устройстве УД1 двоичный код от С1 делится на двоичный код от СЗ.
В дополнительном устройстве УД2 двоичный код от С1 делится на двоичный
код от С2. Результаты деления через дешифраторы Д1 и Д2 и ключи К1 и К2
поступают на индикатор И, на котором отображаются значения показателя
группирования ошибок и средней длительности группы ошибок.
Измерительную информацию со счетчиков С1-СЗ можно обрабатывать
с помощью микропроцессорного контроллера МПК. Для этого от МПК на БУ
подается специальный сигнал, разрешающий считывание содержимого счет-
чиков С1-СЗ через блок сопряжения в соответствующие ячейки оперативной
памяти МПК, после чего контроллер переходит к программной обработке
считанной информации. Коэффициент группирования вычисляют по форму-
ле а = 1 - /V] /А3, а среднюю длину группы ошибок по иср = Nt .‘N2, где М,
и /V3 - соответственно числа сгруппированных ошибок (содержимое С1),
зафиксированных групп ошибок (содержимое С2) и общее число ошибок за
сеанс измерений (содержимое СЗ). Результаты расчетов из МПК выводятся
на внешние устройства в цифровой форме, что облегчает их дальнейшую об-
работку. Анализатор в режиме определения характеристик группирования
СПВИ работает аналогично.
В. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи 295
Рассмотренный анализатор можно использовать для системы контроля
автоматизированной системы связи в качестве датчика качества КС. Этот
датчик, оперативно оценивая характеристики группирования ошибок в рабо-
чем канале связи, позволяет получить информацию, по которой вырабатыва-
ется алгоритм адаптации, например, для изменения длины или структуры по-
мехозащитного кода или для управления задержкой при переключении кана-
лов в системах с временным разделением сигналов.
8.6. Устройство автовыбора канала
по временным искажениям двоичных сигналов
Эффективным способом борьбы с замираниями в КВ канале радиосвя-
зи является разнесенный прием. Суть его состоит в том, что радиоприем од-
ного и того же сообщения обеспечивается несколькими (чаще всего двумя)
радиоприемниками, при этом цля обеспечения условий разнесения реализа-
ции сигналов на выходе каждого радиоприемника должны быть слабо корре-
лированны. Это позволяет в каждый момент времени с помощью устройства
автовыбора выбирать реализацию сигнала с лучшим качеством. Такой авто-
выбор можно производить на основе анализа характеристик ВИ двоичных
сигналов.
Упрощенная функциона шная схема устройства для автовыбора кана-
лов по временным искажениям двоичных сигналов показана на рис. 8.14 [26].
Устройство автовыбора содержит два канала 1 и 2, каждый из которых вклю-
чает измеритель временных искажений ИВИ, регенератор Р, счетчик С, ана-
лизатор перемен знака АЗП и коммутатор КМ, а также узел исполнительной
коммутации УИК, делитель частоты ДЧ на два, элемент И-НЕ, индикатор И
и ключ К. Устройство работает следующим образом. На входы измерителей
ИВИ и регенераторов Р каналов поступают двоичные сигналы, искаженные
действующими в КС помехами. Регенераторы Р восстанавливают искажен-
ные двоичные элементы и управляют работой ИВИ. Для этого с выхода Р на
управляющие входы ИВИ подаются опорные временные метки с частотой
манипуляции/м- Измерители ИВИ преобразуют значения ВИ каждого двоич-
ного элемента в число - импульсный код, который через КМ поступает
в счетчики С, включенные по схеме с взаимным сбросом.
Число импульсов, поступающих в счетчики С с выходов измерителей
ИВИ, прямо пропорционально ВИ двоичных сигналов в каждом из КС. Есте-
ственно быстрее переполняется С того канала, в котором двоичные сигналы
подвержены большим значениям ВИ. При этом импульс переполнения с вы-
хода обнуляет С другого канала и переключает УИК так, чтобы через ключ К
на выход устройства поступали сигналы с выхода Р канала, в котором иска-
жения сигнала наименьшие. С помощью И-НЕ и К исключается возможность
подключения выходных устройств при неисправных каналах или при отсут-
ствии информации.
296
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Число смежных посылок одного знака т в информационном сигнале
ограничивается некоторой величиной, зависящей от структуры используемо-
го кода и методов его восстановления. При синхронном приеме т ограничи-
вается также минимально допустимой частотой подстройки в устройстве так-
товой синхронизации регенераторов Р, так как подстраивается он только при
наличии перемен знака телеграфных посылок. По этой причине в исправном
канале связи число смежных положительных и отрицательных посылок
к < т. Для определения исправности канала связи восстановленные посылки
номинальной длительности с выходов Р поступают на анализаторы АЗП,
подсчитывающие число к. Если к <т, то канал исправен; при этом логиче-
ский 0 с выхода АЗП воздействует на КМ, обеспечивающий подключение
выхода ИВИ к входу С.
При действии сильной помехи, при пропадании сигнала или при выхо-
де приемника из строя на выходе Р появляется хаотическая последователь-
ность телеграфных посылок, в которой число смежных посылок одного знака
к > т, что свидетельствует о неисправности канала. При этом АЗП выраба-
тывает лог. 1, под действием которой КМ отключает выход ИВИ от входа С,
подключая к счетчику выход ДЧ. На интервале длительности каждой посыл-
ки Тп с выхода ДЧ поступает число импульсов, соответствующее максималь-
ному искажению принятого двоичного символа. В результате счетчик С од-
ного канала переполняется быстрее счетчика другого, чем обеспечивается
автоматический выбор канала, в меньшей степени пораженного помехой, или
при выходе из строя одного из приемников - исправного канала.
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
297
При поражении информационных сигналов помехами в обоих каналах
или при отказе радиоприемников этих каналов на выходах регенераторов Р
появляются хаотические двоичные последовательности, не несущие инфор-
мации, у которых число смежных телеграфных посылок одного знака к > т.
Тогда на выходах АЗП обоих каналов появляются лог. 1, при поступлении
которых на входы элемента И-НЕ на его выходе появляется лог. О, который
блокирует с помощью ключа К прохождение хаотической последовательно-
сти посылок на выход устройств и включает на индикаторе И сигнал «Ава-
рия». К тому же лог. О с выхода И-НЕ, воздействуя на управляющие входы
регенераторов обоих каналов, расширяет их полосу синхронизации, чем
обеспечивается быстрое вхождение устройств тактовой синхронизации реге-
нераторов в режим синхронизма при появлении информационных сигналов
в одном или обоих каналах.
Рассмотренное устройство для автовыбора канала связи с лучшим ка-
чеством можно применять на КВ радиолиниях как самостоятельное при сдво-
енном приеме сигналов с частотным или пространственным разнесением, так
и в составе автоматизированных систем связи.
8.7. Анализатор качества канала связи
с кодовыми методами контроля
Рассмотрим структуру и принцип действия автоматизированного про-
гнозирующего анализатора качества связи (АПАКС), в котором реализуется
кодовый метод контроля верности принимаемой информации. Краткосрочное
прогнозирование качества связи базируется на использовании аппарата ста-
тистического прогнозирования временных рядов, в основу метода заложена
экстраполяция статистических и регулярных связей, выявленных по ранее
наблюдаемым значениям временного ряда и зафиксированных в его модели.
Экстраполяция возможна, если у анализируемого временного ряда существу-
ет преобладающая тенденция изменения (тренд) и к тому же на интервале
прогнозирования отсутствуют существенные изменения общих условий, оп-
ределяющих тенденцию изменения ряда в прошлом.
Обычно прогнозирование осуществляется по модели
s, = m(t) + £(/), t = (Гг), (8.57)
где st - одномерный дискретный ряд, характеризующий изменение во време-
ни частости ошибок, обнаруженных кодовыми методами; /л(/) - регулярная
составляющая процесса (тренд), претерпевающая медленные изменения в
основном из-за сезонных и суточных изменений условий распространения
коротких волн; ^(г) - случайная составляющая, отражающая статистическое
рассеяние значений ряда и описываемая некоторой вероятностной моделью.
Стохастическая составляющая временного ряда, характеризующего
случайные процессы в КВ радиоканале, зависит от статистики появления
298
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
сигналов от соседних станций, индустриальных помех, грозовых разрядов и
других непредсказуемых факторов. Для прогнозирования из наблюдаемого
временного ряда выделяют наилучший в определенном смысле тренд m(t) с
экстраполяцией его значения на некоторое время вперед. Для построения до-
верительных интервалов прогноза вычисляют отклонение fyf) = st - m(f).
Краткосрочное прогнозирование, учитывающее старение данных, реализует-
ся в моделях, строящихся на основе вычисления адаптивной скользящей и
экспоненциальной средних. В модели с трендом, определяемым по скользя-
щей средней, рассчитывается математическое ожидание процесса по конеч-
ному числу отсчетов N, называемому интервалом сглаживания ряда
= + ?,+1=Ч- <8-58)
В (8.58) поправка — [s, характеризует степень обновления ин-
TV
формации, а адаптивная скользящая средняя Mt_\ - инерцию развития. С уве-
личением интервала сглаживания вес поправки — [$z - s ] к предыдущему
значению средней Mt_\ падает. Однако при этом всем N отсчетам, участвую-
щим в определении среднего, приписан одинаковый вес UN. Чтобы влияние
прошлых наблюдений затухало по мере удаления от момента, для которого
определяется среднее, вводят специальную систему весовых коэффициентов,
приписываемых отсчетам временного ряда в соответствии со степенью их
«новизны».
Модель, в которой используется рекуррентная процедура вычисления
экспоненциального среднего, можно представить в виде динамического (по-
шагового) процесса
Q, = Q-1 + «U “ Q-i)’ ?г+1 = Qi > (8.59)
где а - коэффициент сглаживания ряда, характеризующий вес текущего на-
блюдения при расчете экспоненциальной средней.
Согласно (8.59) значение экспоненциальной средней формируется под
влиянием всех предшествующих отсчетов ряда от его начала до момента t
включительно с учетом погрешности прогноза et =st — 6/-i =$, на преды-
дущем шаге. Модель с вычислением экспоненциального среднего учитывает
старение данных при появлении новых отсчетов временного ряда и выбором
коэффициента а позволяет изменять свою инерционность, приводя ее в наи-
лучшее соответствие отображаемому процессу. Качество работы модели на
интервале наблюдений можно оценить вычислением доверительных ин герва-
лов прогнозируемого значения ряда
Vh) = ?'+>±3<7*’ f8‘60)
где
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
299
1
7V-1
N 1 ( N
Ул2-- Уа
tv
(8.61)
Структурная схема анализатора АПАКС для оценивания и прогнозиро-
вания качества канала связи на сеанс вперед, реализующего модель с трендом
(определяемым по экспоненциальной средней), показана на рис. 8.15. Исполь-
зуя кодовые признаки передаваемого сигнала, анализатор АПАКС опознает
1 расформированные под действием помех кодовые комбинации и формирует
импульсы ошибок. Вычисления по (8.59)-Г8.61) в АПАКС осуществляются с
помощью микропроцессорного контроллера МПК, построенного на базе ком-
плекта серии К580. Во входном устройстве ВУ АПАКС двухполярные теле-
графные посылки с выхода РПУ преобразуются в однополярный сигнал, уро-
вень которого определяется используемой серией микросхем. Выделитель
фронтов ВФ генерирует импульсы малой длительности в моменты начала и
конца элемента телеграфного сигнала, по которым устройство тактовой син-
хронизации УТС вырабатывает опорные импульсы, соответствующие идеаль-
ному положению границ элементов сооощения, и стробирующие импульсы,
расположенные по времени в середине телеграфной посылки. Импульсы с вы-
хода УТС подаются на регенератор Р, восстанавливающий телеграфные по-
сылки с выхода ВУ. Регенерированные сигналы поступают на устройство цик-
лового фазирования УЦФ, состоящее из устройства выявления ошибок УВО,
выделителя признака фазирования ВПФ и устройства автоматики У А
Рис. 8.15
300
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Устройство УЦФ может находиться в двух режимах: фазирования и ра-
бочем. Режим фазирования устанавливается при включении АПАКС им-
пульсом запуска, который от МПК через параллельный порт ПП поступает на
УА. При этом УА отключает выход УВО от счетчика ошибок СО и включает
устройство ВПФ; УВО определяет ошибочную кодовую комбинацию и пере-
сылает сигнал об ошибке на вход выделителя ВПФ. Выделитель анализирует
три поступивших сигнала от УВ() и, если хотя бы один из них оказывается не
нулевым, выдает импульс, блокирующий на один такт вход УЦФ, при этом
принимаемая последовательность сдвигается на одну значащую позицию и
цикл фазирования возобновляется. Если все три кодовые комбинации окажутся
безошибочными, то на выходе ВПФ появляется импульс, который, воздействуя
на УА, переводит УЦФ в рабочий режим, подключает СО, запускает счетчик
СП, задающий сеанс измерений, равный I О5 элементов сигнала.
В рабочем режиме импульсы ошибок поступают в СО и через парал-
лельный порт ПП информация считывается в МПК, программно реализую-
щий вычисления по (8.59)—(8.61). Прогноз качества канала связи, тенденция
его изменения и текущее число ошибок отображается на индикаторе И. Если
число ошибок за сеанс превышает задаваемое МПК пороговое значение, то
МПК посылает через ПП импульс в УА, тем самым переводя УЦФ в режим
фазирования, а также вырабатывает сигнал аварии, отображаемый на И; МПК
позволяет обслуживать через ПП до 100 каналов. Структурная схема алго-
ритма работы МПК для одного канала приведена на рис. 8.16.
Рассмотрим применение АПАКС на действующем радиоприемном
центре (ПРЦ) для эксплуатационного автоматизированного контроля качест-
ва принимаемых сигналов. Оценка текущего состояния канала связи и про-
гнозирование его изменения в будущем позволяют решить задачу создания
автоматизированной системы управления ПРЦ.
Укрупненная структурная схема варианта автоматизированной системы
управления ПРЦ приведена на рис. 8.17. На ЭВМ, входящую в состав устрой-
ства управления УУ, поступает информация от контрольно-коммутационных
устройств телеграфных сигналов ККУТ и аналоговых сигналов ККУА, от
устройства контроля антенно-фидерного тракта УК АФТ, измерителя коэф-
фициента бегущей волны ИКЬВ и от контрольно-измерительных приборов
КИП, имеющих выходную шину данных для передачи результатов измере-
ний в УУ в цифровом виде. Через местную систему дистанционного управле-
ния СДУ управляющее устройство воздействует на объекты управления:
РПУ, ККУА, ККУТ, дистанционно управляемый антенный коммутатор ДУК,
имитатор сигнала ИС и коммутатор К. Автоматический контроль качества
приема сигнала с прогнозированием его состояния на будущее обеспечивает-
ся устройствами ККУТ и ККУА, которые предназначены также для опера-
тивного резервирования РПУ или аппаратуры уплотнения радиоканалов
АУРК. Для сквозного контроля всех технических средств приемной части
радиоканала с помощью К на вход широкополосного антенного усилителя
ШАУ можно подключить имитатор сигнала ИС. Телефонные и телеграфные
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
301
сигналы через линейный коммутатор ЛК и КРОСС-аппаратную по соедини-
тельным линиям подаются на аппаратуру преобразования сигналов.
Рис. 8.16
На рис. 8.18 показана структурная схема устройства ККУТ, состоящего
из N идентичных блоков по числу обслуживаемых им РПУ, коммутатора
2Nxl и микропроцессорного контроллера МПК. Радиоприемные устройства
работают в режиме сдвоенного приема. Каждый из N блоков ККУТ коммути-
рует подканалы И\ и i/2 с помощью двух мультиплексоров 8x1, управляемых
по шине ШУ сигналами от СДУ. При этом автоматически выбирается либо
основной РПУ, либо при его отказе один из семи резервных РПУ ресурса об-
служиваемой группы радиолиний. Телеграфные сигналы можно также ком-
мутировать с помощью органов ручного управления ОРУ //1 и /72, что позво-
ляет использовать ККУТ на существующих ПРЦ как самостоятельное функ-
ционально законченное устройство. На выходе каждого блока ККУТ включе-
ны тональный модулятор ТМ (4=2 кГц) и импульсный формирователь
ИФ (±20 В), сигналы с которых подаются на линейный коммутатор ЛК. Со-
стояние коммутируемых каналов контролируется с помощью АПАКС (на
рис. 8.18 АКИКК) в каждом блоке ККУТ. Счетчики ошибок АПАКС всех N
блоков ККУТ циклически опрашиваются МПК, вычисляющим текущую
оценку качества канала и отображающим информацию на индикаторе со-
стояния канала ИСК.
Как указывалось выше, используемый МПК позволяет обслужить од-
новременно до 100 каналов связи. Он имеет выход на УУ (см. рис. 8.18), что
позволяет использовать информацию о состоянии канала связи для автомати-
зированных управлений на ПРЦ. Помимо этого в ККУТ можно по командам
СДУ или ОРУ подключить любой из 2N обслуживаемых телеграфных кана-
лов к КИП.
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
303
От РПУ основных
Рис. 8.18
На линейный коммутатор
304
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
8.8. Устройство контроля качества
дискретного канала связи
Устройство производит автоматическое измерение в дискретных кана-
лах связи характеристик группирования ошибок [169]. В результате повыша-
ется точность оценки характеристик группирования ошибок в дискретных
каналах связи с изменяющимися во времени параметрами, в которых для по-
вышения достоверности информации применяется адаптивное управление
длиной помехозащитного кода в зависимости от длительности пакетов
(групп) ошибок в принимаемой информации. Это, в свою очередь, позволяет
измерять характеристики группирования ошибок, понимая под пакетом оши-
бок группу ошибочно принятых единичных элементов, отделенных друг от
друга не менее чем (обычно £,= 10) безошибочными элементами дискрет-
ного сигнала. Такое определение группы (пакета) ошибок более широкое, чем
использовалось в устройстве по схеме рис. 8.13. Структурная схема устрой-
ства изображена на рис. 8.19.
Устройство содержит блок 1 согласования; блок 2 выявления ошибок;
блок 3 анализа пакетов ошибок, состоящий из первой схемы НЕ 4, первого
триггера 5, первой схемы И 6, схемы И-НЕ 7, второй схемы И 8, первого
счетчика 9, второго триггера 13, третьей схемы И 14, второго счетчика 24,
второй схемы НЕ 25, элемента 26 задержки, первой схемы ИЛИ 27, четвертой
схемы И 28 и второй схемы ИЛИ 29; счетчик общего числа ошибок 10; дат-
чик сигнала сброса 11; блок управления 12; счетчик длины пакета ошибок 15;
счетчик числа пакетов ошибок 16; первый и второй блоки деления 17 и 18
соответственно; первый и второй дешифраторы 19 и 20 соответственно; пер-
вый и второй блоки ключей 21 и 22 соответственно; блок индикации 23;
счетчик ошибок в пакете 30.
Блок 1 предназначен для преобразования уровней сигнала, поступаю-
щего с выхода дискретного канала, в необходимые для срабатывания цифро-
вых схем логические уровни и состоит из буферного каскада, выполненного
на ОУ К553УД2, и оптотранзисторного ключа АОТ110А Блок 2 предназна-
чен для выявления ошибок в принимаемой информации с использованием
тестовых, кодовых или косвенных методов и может быть реализован аппа-
ратно на цифровых микросхемах или программно с использованием микро-
процессорного контроллера. Блоки 4-8, 10, 13-16. 25-30 реализованы на
стандартных микросхемах серии К555.
Счетчики 9, 24 представляют собой стандартные двоичные реверсив-
ные счетчики с входами параллельной загрузки серии К555, причем, изменяя
логические уровни на этих входах, т.е. изменяя значение Lj, можно модифи-
цировать критерий определения пакета ошибок, что позволяет с помощью
рассмотренного устройства контролировать парамегры группирования как
смежных ошибок (когда L, = 1), так и ошибок, разделенных L < L} безоши-
бочными интервалами.
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
305
20 - 5869
Рис. 8.19
306
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Датчик 11 сигналов сброса представляет собой счетчик с переменной
емкостью, реализованный на микросхемах серии К555, при этом, изменяя
емкость счетчика, можно менять продолжительность сеанса контроля канала.
Блок 12 предназначен для формирования сигнала управления блоками деле-
ния и представляет собой триггер серии К555. Операции вычисления коэф-
фициента группирования и средней длительности групп ошибок (блоки 17, 18
деления), а также отображения результатов вычисления (дешифраторы 19, 20,
блоки 21, 22 ключей, блок 23 индикации) осуществляются с помощью мик-
роЭВМ «Электроника ДЗ-28».
Блок сопряжения с микроЭВМ (на схеме не указан) построен согласно
алгоритму ввода-вывода микроЭВМ ДЗ-28. Использован принцип работы с
запросом на прерывание программы. Блок-схема устройства сопряжения
приведена на рис. 8.20. Устройство работает следующим образом. По окон-
чании сеанса измерений блок 12 управления из устройства контроля качества
дискретного канала формирует сигнал «Запрос на прерывание», который по-
ступает в микроЭВМ. После этого микроЭВМ на шине управления формиру-
ет адреса периферийных устройств, которые декодируются дешифратором
адреса. Сигналы с последнего поступают на устройство контроля качества и
шинные формирователи. Данные со счетчиков через шинные формирователи
поступают на шину ввода. Ввод информации производится по сигналам «ВВ»
и «СИП», причем сигнал «ВВ» формируется в микроЭВМ, а сигнал «СИП» -
в устройстве сопряжения. Блок сопряжения реализован на микросхемах се-
рии К155 и шинных формирователях К589АП26.
Рис. 8.20
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
307
Устройство для контроля качества дискретных каналов работает сле-
дующим образом. Сигналы из дискретного канала через блок 1 согласования
поступают на блок 2, который выделяет ошибки. При обнаружении ошибки
на выходе блока 2 вырабатывается импульс, который поступает на счетчик 10
общего числа ошибок, где эти импульсы накапливаются. Одновременно эти
импульсы поступают на блок анализа пакетов ошибок 3. Если ошибка будет
одиночной (т.е. интервал между соседними импульсами ошибок превышает
величину Lj тактов, выбираемую в соответствии с критерием определения
пакета ошибок), то на выходах блока 3 импульсов не будет. В случае появле-
ния пакета ошибок (с интервалом между ошибками в пределах пакета менее
L,) на первом выходе блока 3 появится импульс, сигнализирующий об обна-
ружении пакета ошибок. Эти импульсы на интервале анализа накапливаются
счетчиком 16 числа пакетов ошибок. Количество импульсов на втором выходе
блока 3 будет соответствовать длине обнаруженного пакета (в такт axj и будет
фиксироваться счетчиком 15 длины пакета ошибок. Количество импульсов на
третьем выходе блока 3 будет соответствовать количеству ошибок в обнару-
женном пакете и будет подсчитываться счетчиком 30 ошибок в пакете.
Принцип работы блока 3 анализа пакетов ошибок поясняют временные
диаграммы на рис. 8.21 (диаграммы показаны для Ц=3).
20*
308
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Первый импульс ошибки с выхода блока 2 выявления ошибок (эпюра б)
поступает через схему И-НЕ 7 на вход параллельной записи счетчика 24
(эпюра д), записывая в него двоичный код числа L,, и через первую схему НЕ
4 - на тактовый вход первого триггера 5, переводя его в единичное состояние
по прямому выходу (эпюра в), и одновременно на вход параллельной записи
счетчика 9. записывая в него двоичный код числа Ц. Уровень логической
единицы с прямого выхода триггера 5 (эпюра в) снимает блокировку по вхо-
ду установки второго триггера 13, разрешает прохождение через схему сов-
падения И 8 импульсов ошибок с выхода блока 2, следующих за первым с
интервалом LcL, (эпюра м), а также прохождение через схему И 6 импульсов
тактовой синхронизации (эпюра а) на вход вычитания счетчиков 9 и 24 (эпю-
ра г), под воздействием которых значение записанного в счетчиках 9 и 24
двоичного кода последовательно уменьшается от L, до нуля.
Если очередной импульс ошибки с выхода схемы НЕ 4 поступил через
интервал L<L„ то этим импульсом в первый счетчик 9 по входу параллельной
записи повторно записывается двоичный код числа и декремент кода
счетчика 9 начинается вновь со значения L, (момент времени rjj Если же им-
пульс ошибки поступит через интервал L>L, (моменты /э или г3), то значение
кода в счетчике 9 достигнет нулевого и импульс с выхода счетчика поступит
на вход сброса первого триггера 5, возвращая его в состояние «0» по прямому
выходу (эпюра в). Уровень логического нуля с прямого выхода триггера 5
блокирует по первому входу схему совпадения И 8 и по входу установки
триггер 13, устанавливая его в «нулевое» состояние по инверсному выходу.
При достижении нулевого значения двоичного кода в счет чике 24 импульс с
ei о выхода через вторую схему НЕ 25 (эпюра е) поступает на тактовый вход
второго триггера 13 и, если на входе установки триггера присутствует уро-
вень логической единицы (момент времени Г|), переводит его в единичное
состояние по инверсному выходу (эпюра ж), что соответствует обнаружению
пакета ошибок.
Если в момент поступления на тактовый вход триггера 13 импульса с
выхода схемы НЕ 25 на входе установки триггера присутствует уровень логи-
ческого нуля, то триггер 13 остается в прежнем «нулевом» состоянии по ин-
версному выходу (момент г3). Сигнал с инверсного выхода триггера 13, кото-
рый служит первым выходом блока 3 анализа пакетов ошибок, поступает на
первый вход схемы ИЛИ 27 (эпюра ж) и через элемент задержки 26 - на второй
вход схемы ИЛИ 27 (эпюра з), с выхода которой импульс положительной по-
лярности поступает на первый вход схемы совпадения И 14 (эпюра и), с выхо-
да которой, являющегося вторым выходом блока 3 анализа пакетов ошибок,
число импульсов тактовой синхронизации, равное длине пакета ошибок, по-
ступает на второй вход схемы И 28 (эпюра к), на первый вход которой подает-
ся сигнал с прямого выхода триггера 13. Выделенный схемой И 28 импульс
(эпюра л), поступающий на первый вход схемы ИЛИ 29, добавляется в ней с
последовательностью импульсов с выхода схемы совпадения И 8 (эпюра м),
образуя на выходе схемы ИЛИ 29, являющемся третьим выходом блока 3 ана-
8. Контроль качества радиоканалов в системвх КВ радиосвязи
309
лиза пакетов ошибок, последовательность с числом импульсов, равным коли-
честву ошибок в обнаруженном пакете (эпюра н).
По окончании интервала анализа датчик 11 вырабатывает сигнал, по
которому считывается информация со счетчиков 10, 15, 16 и 30, одновремен-
но подготавливая их к новому сеансу измерений. Одновременно сигнал с
датчика 11 подается на блок управления 12, который формирует сигнал
управления блоками 17 и 18 деления. В блоке 17 происходит деление двоич-
ного кода, поступившего со счетчика 15 длины пакета ошибок, на двоичный
код, поступивший со счетчика 16 числа пакетов ошибок, а в блоке 18 проис-
ходит деление двоичного кода, поступившего со счетчика 30 ошибок в паке-
те, на двоичный код, поступивший со счетчика 10 общего числа ошибок. Ре-
зультаты деления через соответствующие дешифраторы 19, 20 и далее через
блоки ключей 21, 22 поступают на индикатор 23, на котором отображаются
значение показателя группирования ошибок, а также значение средней дли-
тельности группы ошибок.
Рассмотренное устройство позволяет получить выигрыш в оперативно-
сти вычисления показателя группирования ошибок и средней длительности
группы ошибок, а также повысить точность оценки качества за счет вычисле-
ния средней длительности группы ошибок, оно также позволяет расширить
область применения за счет вычисления параметров группирования ошибок
при определении окончания пакета ошибок по критерию L, безошибочных
интервалов.
Использование устройства по схеме рис. 8.19 возможно как для визу-
альной оперативной оценки качества дискретных каналов, так и в адаптив-
ных системах повышения достоверности за счет вариации кодов и скорости
передачи при изменении показателей группирования ошибок: коэффициента
группирования и средней длительности групп ошибок.
8.9. Автоматизированная система сбора
и обработки информации
В предыдущих параграфах данной главы были рассмотрены различные
методы и устройства оценки качества КВ КС. Было отмечено, что наиболее
полную информацию о качестве КС можно получить при совокупной обра-
ботке результатов оценивания первичных и вторичных характеристик сигна-
лов и помех. Совокупная обработка дает достаточную информацию для вы-
несения решения о качестве КС и прогноза его состояния на ближайшее бу-
дущее. Необходимо учитывать также, что при современном уровне развития
техники автоматизация и адаптация системы связи немыслимы без примене-
ния вычислительных средств: микропроцессоров и ЭВМ.
Таким образом, система оценки качества автоматизированной системы
КВ радиосвязи с адаптивным управлением должна представлять собой ком-
плексный анализатор, включающий в себя ряд датчиков, которые оценивают
310
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
канал связи по различным параметрам принимаемых информационных сиг-
налов. Такой комплексный анализатор целесообразно строить по блочно-
унифицированному принципу с использованием микропроцессоров или мик-
роЭВМ. Его работой должен управлять компьютер в центре управления и
адаптации всей автоматизированной системы КВ радиосвязи.
Принцип работы системы оценки качества каналов связи можно пояс-
нить с помощью структурной схемы рис. 8.22. Качество оценивается в иден-
тичных блоках контроля БКК каждого канала. Система включает в себя БКК
всех каналов, микропроцессор контроля качества МПКК, программу адапта-
ции центрального компьютера. В БКК входят приборы-датчики, предназна-
ченные для оценки состояния канала, например, измерители отношения сиг-
нал-помеха ИСП, частости ошибок ИЧО (при использовании обнаруживаю-
щих кодов при передаче дискретной информации), уровня сигнала или на-
пряженности поля ИНП, анализатор ВИ двоичных сигналов АВИ, может
быть включен также анализатор группирования АГр. В состав БКК также
входит микропроцессор МППОИ, предварительно обрабатывающий инфор-
мацию с датчиков качества, который позволяет создать БКК с широкими
функциональными возможностями и гибким управлением. Блоки БКК всех
каналов связаны с МПКК, на который в цифровом коде поступают сигналы
от МППОИ о качестве каждого канала связи. В МПКК обрабатываются по-
лученные сигналы путем сравнения их с некоторыми, заранее введенными в
память МПКК пороговыми значениями данных параметров. Если значения
измеренных параметров находятся в допустимых пределах, то МПКК пере-
ходит к опросу следующего БКК. Если же измеренные значения выходят за
пределы допустимых, то вырабатывается сигнал, по которому начинает
функционировать программа адаптации компьютера центра управления сис-
темы радиосвязи. Микропроцессор МПКК организует программу контроля
путем последовательного опроса всех работающих в данное время каналов
связи. Сведения о занятости каналов поступают в МПКК от центрального
компьютера.
В систему оценки качества включена и подсистема наклонного зонди-
рования ионосферы, данные с которой используются в программе адаптации
компьютера центра управления системой связи для распределения рабочих
частот. При этом помимо активного зондирования может осуществляться и
пассивное, дающее данные о помеховой обстановке в выбранном диапазоне
частот (см. § 7.2-7.4).
Экспериментальный макет автоматизированной системы сбора и обра-
ботки данных (АССОД) [26] был разработан и построен на базе специализи-
рованной управляющей микроЭВМ «Электроника ДЗ-28», выполняющей
роль МППОИ (см. рис. 8.22). По существу АССОД - это блок БКК, на схеме
рис. 8.22. Структурная схема АССОД, представленная на рис. 8.23, включает
в себя в качестве датчиков: ИЧО, АВИ и АГр, объединенных общей системой
тактовой синхронизации СТС; ИСП, дешифратор адресов и команд ДАК,
блок сопряжения БС и собственно микроЭВМ. Перед запуском программы в
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
311
диалоговом режиме вводятся исходные данные о дате, начальном номере за-
мера, числе замеров в текущем сеансе измерений, номере трассы, способе
регистрации данных, числе и составе опрашиваемых измерителей качества.
После этого осуществляется запуск программы.
Рис. 8.22
Рис. 8.23
Измеритель отношения сигнал-помеха ИСП вырабатывает медленно
меняющееся напряжение, пропорциональное этому отношению на входе при-
емника [50]. Для ввода его данных в микроЭНМ используется АЦП, преобра-
зующий напряжение с выхода ИСП в цифровой код. При передаче тест-
312
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
сигналов измеритель частости ошибок ИЧО регистрирует методом стробиро-
вания неправильно принятые телеграфные символы. При несовпадении по
знаку принятой посылки с эталонной ИЧО вырабатывает импульс, который
фиксируется счетчиком в блоке БС. Другой счетчик фиксирует общее число
переданных посылок. При передаче случайного текста ошибки можно обна-
ружить по выявленным запрещенным комбинациям в принимаемой кодовой
последовательности. Анализатор временных искажений АВИ формирует на
своем выходе цифровой код, значение которого пропорционально отклоне-
нию фронтов посылок от их номинального положения Для работы АВИ
используют сигнал рассогласования в виде кода, поступающего с выхода
цифрового фазового детектора СТС. Формирует АВИ пять временных зон с
шагом в 10 % длительности элементарной посылки. Фронты продетектиро-
ванных телеграфных сигналов, попадающие в каждую временную зону,
подсчитываются счетчиками БС. Анализатор группирования АГр на основе
регистрации безошибочных интервалов по измерениям сверхпороговых
временных искажений (СПВИ) позволяет получить сведения о средней дли-
тельности групп ошибок и о кратности ошибок в кодовых комбинациях за-
данной длительности; БС выполняет функции сопряжения датчиков с мик-
роЭВМ и мультиплексирования данных. Работой всех датчиков и БС управ-
ляет программа сбора и предварительной обработки информации микро-
ЭВМ через ДАК.
По сигналу опроса извне микроЭВМ выдает на шину вывода Ш. Выв.
информацию о частости ошибочно принятых символов за период опроса, ста-
тистике ВИ, частости СПВИ, средней длительности групп ошибок, кратности
ошибок в кодовой комбинации заданной длины, среднем значении и стати-
стике отношения сигнал-помеха за период опроса данного БКК. Путем анали-
за и сравнения значений полученных параметров с допустимыми (уровнями
прогнозирования), можно судить о качестве канала связи.
Данные в АССОД могут регистрироваться и документироваться либо
на магнитной ленте, либо на бумаге с помощью электрической пишущей ма-
шинки, либо на перфоленте с помощью перфоратора. Зарегистрированные
данные обрабатываются далее в микроЭВМ с помощью программы статисти-
ческой обработки «Проба-43т». По этой программе вычисляются гистограм-
мы распределений временных искажений, отношения помеха-сигнал, вероят-
ность ошибок, вероятность СПВИ, коэффициент группирования, средняя
длительность группы ошибок, коэффициенты корреляции между вероятно-
стями ошибок и СПВИ, между вероятностью ошибок и средним за сеанс от-
ношением помеха-сигнал, характеристики надежности связи. Эти характери-
стики вычисляют либо за каждый сеанс измерений, либо по нескольким сеан-
сам. В этом случае получаются интегральные или обобщенные статистиче-
ские характеристики КВ канала связи.
Технико-экономический эффект от применения АССОД выразился в
следующем: 1) значительно уменьшилась численность персонала для обслу-
живания эксперимента; 2) производительность труда возросла, так как опера-
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
313
тору не нужно периодически считывать и документировать данные с прибо-
ров, а в дальнейшем вводить их в ЭВМ для обработки; 3) появилась возмож-
ность обрабатывать статистические данные измерений вс время перерывов
сеансов связи или во время следующего замера. Это позволяет вносить кор-
рективы в эксперимент уже на протяжении одного сеанса связи. Тем самым
сокращаются расходы на аренду технических средств и время получения на-
дежных результатов.
Более широкими возможностями обладает анализатор характеристик
ДКМ КС (АХДКС), позволяющий комплексно исследовать и контролировать
статистические характеристики КС, отражать их в удобной для пользователя
форме и хранить информацию во внешнем запоминающем устройстве. Ана-
лизатор АХДКС измеряет уровень сигнала, отношение мощностей сигнала и
помехи на входе приемника, амплитуды ВИ, массы ВИ, длительности вре-
менных интервалов между ошибками, СПВИ, сверхнормативные занижения
уровня сигнала или отношения сигнал-помеха, частости ошибок или СПВИ,
частости искаженных кодовых комбинаций. Прибор также выделяет пакеты
ошибок и СПВИ, измеряет их длину и временные интервалы между ними;
предусмотрена возможность подключения дополнительных датчиков. На
устройство отображения АХДКС выводятся следующие статистические ха-
рактеристики измеряемых параметров сигнала: функции плотности вероятно-
сти, автокорреляционные и взаимокорреляционные функции, числовые ха-
рактеристики распределений, специальные характеристики. Программные
средства позволяют производить проверку статистических гипотез относи-
тельно вида экспериментальных распределений вероятностей.
Прибор АХДКС состоит из четырех составных частей: автоматизиро-
ванного РПУ (АРПУ), измерительно-коммутационной части (ИКЧ), вычис-
лительной части и части управления и отображения информации. Струк-
турная схема АХДКС показана на рис. 8.24. В ИКЧ входят: устройство вы-
явления ошибок УВО, устройство выявления искаженных кодовых комби-
наций УВИКК, измеритель временных искажений ИВИ, измеритель интер-
валов между выбросами ИИМВ, устройство выявления пакетов УВП, изме-
ритель массы искажений ИМИ, измеритель уровня сигналов ИУС, измери-
тель отношения сигнал-помеха ИСП, измери гель частости ошибок ИЧО,
измеритель частости СПВИ ИЧСПВИ, формирователь временных интерва-
лов ФВИ. В ИКЧ входят также устройства тактовой УТС и цикловой УЦС
синхронизации и датчик тестовых сигналов ДТС; в состав ИУС и ИСП
включены аналого-цифровые преобразователи АЦП. Информация с выхо-
дов всех измерителей поступает в цифровом коде на входы управляемого
коммутатора УК, осуществляющего необходимые для конкретных измере-
ний соединения.
В качестве УТС используется устройство тактовой синхронизации вы-
пускаемого промышленностью прибора ИК-2У, посимвольно фазирующее
опорный и принимаемый дискретные сигналы. К отличительным признакам
УТС можно отнести: достаточно быстрое вхождение в синхронизм, высокую
314
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
помехоустойчивость при воздействии сильных помех, автоматическую ком-
пенсацию разницы в скоростях манипуляции принимаемого и опорного сиг-
налов, широкий набор скоростей манипуляции. Опорное колебание с выхода
УТС используется для УЦС, ДТС, УВО, УВИКК, ИМИ, ИИМВ, УВП и ИВИ.
Перестройка Измерительно-коммутационная Вычислительная
часть часть
Рис. 8.24
8 Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи
315
В вычислительную часть АХДКС входят специализированные микро-
процессоры для вычислений: функций плотности и распределения вероятно-
сти (СМП ФПВ), авто- и взаимокорреляционных функций (СМП КФ), гради-
ента (СМП Г), общего назначения для решения вспомогательных задач (МП
ОН). В качестве части управления и отображения информации АХДКС мож-
но использовать стандартную микроЭВМ (МК ЭВМ УОИ).
Для работы ИВИ используется сигнал рассогласования с выхода циф-
рового фазового детектора УТС, который пропорционален смещению границ
элементарных посылок принимаемого сигнала относительно положения им-
пульсов опорной последовательности, вырабатываемой УТС. Измеритель
ИВИ оценивает значения ВИ каждого элемента дискретного сигнала и фик-
сирует максимальное его значение за сеанс измерения. Выходная информа-
ция ИВИ представлена параллельным двоичным кодом.
Датчик ДТС совместно с У1 (С обеспечивает работу устройств УВО и
ИМИ. Датчик ДТС генерирует следующие тест-сигнаты: 1:1, 1:3, 1:7, 1:30
и рекуррентную тестовую последовательность длиной 511 элементов, необ-
ходимые для исследования КВ КС тестовыми методами. Устройство УЦС
производит цикловое фазирование принимаемого и вырабатываемого ДТС
сигналов.
Устройство УВО вырабатывает сигнал ошибки при отличии знаков
элементов принимаемого дискретного сигнала и эталонного тестового; в
УВО реализован метод регистрации стробированием; УВИКК вырабатывает
сигнал ошибки, если принятая кодовая комбинация не совпадает ни с одной
из разрешенных. На интервале длительности каждого элемента сигнала ИМИ
вычисляет суммарные искажения, обусловленные как наличием краевых ис-
кажений, так и дроблениями сигналов. Этот измеритель можно рассматри-
вать как устройство выявления ошибок, работающее по принципу интегриро-
вания, если решение о наличии ошибки в данном бите принимаемого двоич-
ного сигнала выносится на основе сравнения кода с его выхода с некоторым
заданным порогом. Устройство УВП определяет начало и конец пакета оши-
бок или СПВИ. Критерием обнаружения пакета является наличие интервала
между ошибками или СПВИ, меньше заданного извне (от управляющей МК
ЭВМ) по шине «критерий пакета».
Измеритель ИУС преобразует сигнал на выходе АРУ приемника в про-
порциональный ему параллельный двоичный код, в основе работы ИСП ле-
жит нелинейное преобразование смеси полезного сигнала и совокупности
помех в амплитудном ограничителе [50]. Напряжение с выхода ИСП, про-
порциональное отношению сигнал-помеха, с помощью АЦП преобразуется в
цифровой код. Измеритель ИИМВ измеряет временные промежутки между
соседними ошибками, СПВИ, пакетами ошибок либо между сверхнорматив-
ными занижениями уровня сигнала и отношения сигнал-помеха. При этом
уровень анализа задается извне от управляющей МК ЭВМ УОИ по шине
«уровень анализа». Для отсчета интервалов используют опорную последова-
тельность с частотой манипуляции, вырабатываемой УТС.
316
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Измеритель ИЧО подсчитывает число ошибок по элементам, обнару-
женных за сеанс измерений; ИЧСПВИ фиксирует число СПВИ за сеанс изме-
рений. Порог регистрации СПВИ задается от управляющей МК ЭВМ УОИ по
шине «порог».
В состав ИКЧ может входить устройство записи считывания реализа-
ций на магнитной ленте УЗСМЛ, которое позволяет производить многократ-
ную и многоплановую обработку принимаемого сигнала без постоянной пе-
редачи их по КВ КС. После полной обработки записанная на МЛ реализация
может быть использована в качестве обучающей выборки при испытаниях и
исследованиях измерительной аппаратуры и модемов. Для формирования
длительности сеансов измерения, а также для отсчета текущего времени слу-
жит формирователь временных интервалов ФВИ. Выходами УК являются
входы специализированных микропроцессоров вычислительной части, ин-
формация с которых снимается с помощью управляющей МК ЭВМ УОИ, где
она преобразуется в вид, удобный для хранения и отображения.
Автоматизированное радиоприемное устройство, входящее в состав
АХДКС, должно отвечать требованиям ГОСТа на профессиональные магист-
ральные падиоприемные устройства, иметь систему автоматической элек-
тронной настройки, шину дистанционного управления и обеспечивать воз-
можность подключения внешних устройств к выходу детектора АРУ и к вы-
ходу УПЧ.
Функционирование АХДКС должно осуществляться в три этапа:
1. Подготовительный этап, в процессе которого пользователь с пульта
управления (клавиатуры) управляющей МК ЭВМ УОИ вводит перечень гре-
буемых статистических характеристик КВ КС, частоту и режим работы при-
емника, а также способ хранения и отображения информации. В соответствии
с заданным алгоритмом по командам с микроЭВМ настраивается приемник
(по шине «перестройка»), устанавливаются необходимые соединения с по-
мощью УК, инициализируются нужные СМП, устройства хранения и ото-
бражения информации.
2. Измерительный этап, который начинается по команде пользователя
(или по программе-расписанию сеансов измерения), охватывает процессы
непосредственно измерения и обработки измерительной информации в СМП,
результатом которых является получение требуемых статистических харак-
теристик и их запоминание в ячейках ОЗУ. Этот этап заканчивается с посту-
плением в управляющую микроЭВМ сигналов готовности от всех СМП.
3. Этап отображения и документирования информации, в процессе
которого управляющая микроЭВМ последовательно считывает данные из
ОЗУ СМП, окончательно обрабатывает и преобразует к виду, удобному для
отображения. Если измерения производятся по программе-расписанию, то
информация, полученная в каждом сеансе, запоминается во внешних устрой-
ствах хранения и выводится на УОИ по окончании программы. Кроме того,
получаемые статистические характеристики могут документироваться путем
их распечатывания с указанием даты и времени замера.
8. Контроль качества радиоканалов в системах КВ радиосвязи 317
Следует отметить, что при использовании АХДКС совместно с дистан-
ционно управляемым приемником можно организовать «пассивное» зонди-
рование выбранного поддиапазона частот путем программной перестройки
приемника и непрерывного измерения уровня сигнала с помощью ИУС. Раз-
работка и испытания АССОД и АХДКС позволили ближе подойти к созда-
нию автоматизированных датчиков оценки качества связи, резко повысить
производительность труда при проведении эксперимента, устранить субъек-
тивные ошибки операторов, оперативно менять в широких пределах про-
грамму проведения экспериментальных исследований. Последнее обстоя-
тельство крайне важно, так как сложным вопросом при создании систем с
адаптивным управлением является выбор датчиков качества функционирова-
ния всей системы.
Высокая степень корреляции первичных и вторичных статистических
характеристик радиотелеграфных сигналов позволяет оценивать качество
передачи дискретной информации в автоматизированной системе КВ ра-
диосвязи по вторичным статистическим характеристикам, в частности,
по характеристикам ВИ. Основными преимуществами контроля по ВИ яв-
ляются оперативность контроля качества КС в процессе информационного
обмена, простота его реализации, возможность полной автоматизации на
основе применения микропроцессорной техники.
Наиболее полюю информацию о качестве канала можно получить на
основании совместного анализа его первичных и вторичных характеристик,
что дает возможность выявить причины снижения верности принимаемой
информации и указать пути для ее поддержания на заданном уровне. Ис-
пользуемые для этой цели системы и устройства оценки качества канала
позволяют реализовать преимущества частотной адаптации при мини-
мальном времени задержки на обработку и анализ результатов измерений.
9. ВЫНЕСЕННЫЙ РЕТРАНСЛЯЦИОННЫЙ ПУНКТ
9.1. Укрупненная структурная схема ретранслятора
В системе радиосвязи с ВРП абонентские радиостанции связываются
друг с другом через вынесенный из зоны ретрансляционный пункт. При вы-
боре структурной схемы ретранслятора необходимо учитывать, что ретранс-
лятор должен [123]:
1) быть единой системой, весь комплекс оборудования которого опти-
мальным образом отвечает его целевой функции - минимизации средних ма-
териальных потерь пользователя или текущего риска;
2) быть автоматизированным и адаптивным центром зоновой системы
радиосвязи;
3) обеспечивать связью до нескольких десятков одновременно рабо-
тающих радиолиний.
Ретранслятор в системе связи с ВРП должен устранять основные недос-
татки известных ретрансляторов: отсутствие при ретрансляции автоматиче-
ской оценки качества каналов связи и адаптации параметров трактов
ретранслятора к изменяющемуся состоянию ретранслируемых каналов;
функции приема, преобразования, усиления и переизлучения сигналов вы-
полняются без управления ретранслируемыми абонентскими радиостанциями
и их адаптации.
Достаточно очевидно, что оборудование ретранслятора необходимым
числом индивидуальных передатчиков и приемников не обеспечит должной
технико-экономической эффективности ретранслятора. Выпускаемые про-
мышленностью магистральные КВ приемники и передатчики в основном рас-
считаны на индивидуальную работу без должного учета наличия коллективных
трактов радиоцентров, а таковым, по существу, является ретранслятор. К тому
же большинство этих приемников и передатчиков недостаточно автоматизиро-
ваны для эффективного осуществления адаптивных управлений.
Таким образом, создание ретранслятора сочетанием существующих ти-
повых приемного и передающего радиоцентров КВ радиосвязи не решает по-
ставленной задачи [103, 123]. По-видимому, она может быть решена на осно-
ве максимального и оптимального использования коллективного для многих
ретранслируемых радиолиний (радиоканалов) оборудования.
К основным функциям ретранслятора относят: прием от зоновых ра-
диостанций информационных сигналов, сигналов служебной связи и наклон-
ного зондирования; оценивание и прогнозирование качества каналов связи
и коррекцию принимаемых сигналов; передачу информационных сигналов
и сигналов служебной связи к зоновым абонентским радиостанциям; управ-
9. Вынесенный ретрансляционный пункт 319
ление техническими средствами ретранслятора и зоновых радиостанций;
адаптацию отдельных радиолиний и системы в целом к изменяющимся усло-
виям связи (нагрузке, помехам, условиям распространения и другим факто-
рам,; связь данной системы с внешними.
Функции ретранслятора определяют и его состав, в который должны
входить: тракты приема и передачи информационных сигналов с соответст-
вующими антенно-фидерными устройствами при максимальном использова-
нии коллективного оборудования; система индивидуальных трактов низкой
частоты; устройства оценки и прогноза качества каналов, включая систему
наклонного зондирования ионосферы; тракты служебных каналов управления
радиостанциями сети; специализированная ЭВМ для автоматического адап-
тивного управления работой ретранслятора и обслуживаемой сети; микро-
процессорные контроллеры, управляющие коммутацией и адаптацией всех
трактов и оборудования ретранслятора по командам, получаемым от ЭВМ,
которая, в свою очередь, получает и обрабатывает информацию о работе всех
элементов ретранслятора и обслуживаемой сети. Возможная структурная
схема ретранслятора приведена на рис. 9.1.
Рис. 9.1
Сигнал от зоновой радиостанции принимается антенной и подается на
приемник ВРП, который может содержать коллективную и индивидуальную
части. Индивидуальная часть приемника состоит из преобразователей часто-
320
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ты, УПЧ со сменными фильтрами и демодуляторов. Телеграфные сигналы с
выхода демодулятора, как правило, подаются на регенератор. Приемный
тракт управляется микропроцессорными контроллерами. До регенерации
сигналы анализируются в системе контроля качества (см. гл. 8), результаты
анализа используются в микропроцессорном устройстве контроля.
С помощью оконечного оборудования производят следующие операции:
1) выделение и введение сигналов служебной связи, передаваемых да-
лее по каналу служебной связи на передающую станцию ВРП и станции зоны
(устройство выделения и введения в оконечном оборудовании управляется
микропроцессорным контроллером и через него связано с ЭВМ-1);
2) выделение и введение сигналов связи с внешними системами с по-
мощью оконечного устройства системы внешней связи (СВС);
3) формирование сигналов основной и служебной информации, переда-
ваемой далее по линии связи на передающую часть ВРП.
Передающую часть ретранслятора строят из необходимого числа воз-
будителей и линейных усилителей требуемой мощности. Возбудители и пе-
редатчики должны содержать связанные с ЭВМ-1 микропроцессорные кон-
троллеры, управляющие всеми возбудителями и линейными усилителями,
настраивающие режимы, непрерывно и периодически контролирующие каче-
ственные показатели и производящие диагностику.
Поскольку и ретранслятор, и абонентские центры при зоновом по-
строении будут работать с корреспондентами, находящимися в достаточно
узком диапазоне углов направленности антенных систем, то для излучения
сигналов от нескольких передатчиков можно использовать одну-две антенны.
Отпадает необходимость в сложных и не всегда надежных антенных комму-
таторах. Для сокращения числа используемых рабочих частот целесообразно
организовать передачу через один передатчик от одного до четырех каналов
связи.
Кроме собственно ретрансляции ретранслятор адаптивно управляет ра-
ботой радиостанций обслуживаемой сети и своими параметрами (характери-
стиками). Для этого в состав ретранслятора вводят ЭВМ 1 и ЭВМ-2, причем
задачи обслуживания заявок на организацию связи и управление сетью зоно-
вых радиостанций решает ЭВМ-1, имеющая пульт управления системы, а во-
просы выбора рабочих частот, обработки и коммутации сообщений - ЭВМ-2.
На ретрансляторе можно предусмотреть возможность запоминания ин-
формации, принимаемой от отдельных радиостанций зоны, которая по мере
необходимости передается с ВРП абоненту в зону. Такой режим работы воз-
можен, например, при неблагоприятных условиях функционирования от-
дельных каналов.
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
321
9.2. Структура приемной части ретранслятора
Как уже отмечалось, приемная часть ретранслятора может быть реали-
зована в двух вариантах. Первый из них основан на максимальном использо-
вании коллективного оборудования (в сочетании с индивидуальными тракта-
ми) для многих радиолиний «зона - ретранслятор», второй - на сочетании
индивидуальных приемников для каждой радиолинии.
При использовании на ВРП индивидуальных радиоприемных устройств
(РПУ) каждая радиолиния «зона - ВРП» имеет отдельный радиоприемник. При
этом структура приемной части во многом соответствует структуре приемных
КВ центров, находящихся в эксплуатации [151]. Эффективность и надежность
радиосвязи в таких приемных центрах существенно зависит от качества и на-
дежности приемного оборудования, в первую очередь от используемых РПУ.
Построение и особенности современных профессиональных РПУ ДКМ диапа-
зона подробно рассмотрены в гл. 10, а примеры их реализации - в 1л. 11.
Рассмотрим структуру приемной части ВРП при использовании кол-
лективного оборудования. В состав коллективного оборудования входят ан-
тенные устройства, аттенюаторы Атт, распределители мощности РМ, антен-
ные коммутаторы АК и широкополосные антенные усилители ШАУ, необхо-
димые для коллективного использования антенн и компенсации затухания
в РМ и АК. Индивидуальная часть главного тракта приема ГТП состоит из
преселектора и трактов промежуточных частот.
Ослабление побочных каналов приема и влияния сильных внеполосных
помех, порождающих нелинейные шумы [80], до такой степени, что их мож-
но практически не учитывать, достигается применением в преселекторе про-
стых фильтрующих систем при условии выбора достаточно высокой первой
промежуточной частоты, хорошей фильтрации в тракте ее усиления до вто-
рого преобразования и обеспечения высокой линейности усилителя радио-
частоты УРЧ и преобразователя частоты ПрЧ1. В большинстве современных
приемников в преселекторах используют фильтры, настраиваемые на частоту
принимаемого сигнала. Такие преселекторы в основном определяют время
вхождения в связь, габариты и стоимость магистральных КВ радиоприемных
устройств. Важность этих показателей очевидна при разработке автоматизи-
рованного адаптивного ретранслятора.
Можно использовать в радиочастотном тракте ретранслятора для каж-
дого принимаемого сигнала не плавно настраиваемые, а переключаемые
сравнительно узкополосные фильтры, перекрывающие в совокупности весь
ДКМ диапазон, но такая структура преселектора приведет к чрезвычайно
большой аппаратурной избыточности. Дальнейшим естественным шагом яв-
ляется использование отдельного фильтра для группы сигналов с частотами,
попадающими в полосу пропускания данного. Такая структура приводит к
резкому сокращению числа фильтров и усилителей. Поскольку в типовые
высокочастотные (ВЧ) тракты существующих приемных КВ радиоцентров,
кроме индивидуальных УРЧ, имеющихся в преселекторах приемников,
21 - 5869
322
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
включаются еще и ШАУ, то в ВЧ тракте образуется цепочка из двух ступеней
усиления: типового ШАУ, усиливающего всю полосу ДКМ диапазона, и
сравнительно узкополосного настраиваемого УРЧ.
Рассмотрение такого тракта с точки зрения линейных шумов приводит
к выводу, что если усиление по мощности первой ступени (ШАУ) сделать
достаточно большим, то второй ступени (УРЧ) не потребуется, следователь-
но, усилительные функции преселектора могут быть переданы из индивиду-
альных трактов приема в коллективный. Следует подчеркнуть, что усилите-
лем, позволяющим подключать несколько приемников к одной антенне, так-
же является ШАУ. Однако возможность исключения УРЧ и узкополосных
настраиваемых фильтров из преселектора требует специального рассмотре-
ния различных вариантов структурных схем ГТП. Помехозащищенность этих
вариантов можно оценить по критерию минимума суммарной интенсивности
линейных и нелинейных шумов, пересчитанных ко входу тракта [80]. Этот
критерий определяет эффективные чувствительность и селективность ГТП
приемного тракта ВРП.
Для получения минимума линейных шумов необходимо увеличить ко-
эффициенты передачи по мощности звеньев радиотракта, предшествующих
звеньям, вносящим потери мощности. При множестве сильных внешних по-
мех, действующих на входе ГТП, из-за нелинейных явлений в усилителях
и преобразователях частоты возникают нелинейные шумы. Основными нели-
нейными явлениями, определяющими интенсивность этих шумов, являются
блокирование, перекрестная модуляция и взаимная модуляция второго
и третьего порядков. Первое и второе явления определяются нелинейностями
третьего порядка. Общая интенсивность нелинейных шумов определяется шу-
мами взаимной модуляции второго и третьего порядков. Нелинейные шумы
прямо пропорционально зависят от коэффициентов передачи по мощности от-
дельных звеньев ГТП. Для минимизации нелинейных ш>мов необходимо
уменьшать коэффициенты передачи по мощности звеньев, предшествующих
нелинейным устройствам тем больше, чем меньший динамический диапазон
имеют эти устройства. Следовательно, требования к минимизации линейных и
нелинейных шумов ВЧ тракта взаимно противоположны. Отсюда следует вы-
вод о том, что существуют оптимальные коэффициенты передачи по мощности
как отдельных звеньев, так и всего приемного ВЧ тракта, при которых мини-
мизируется суммарная мощность линейных и нелинейных шумов [15,40].
В реальной быстроменяющейся помеховой обстановке уровни помех не
остаются постоянными, следовательно, и оптиматьный коэффициент переда-
чи по мощности является функцией времени. Он зависит также от числа од-
новременно подключаемых к антенне или ШАУ приемников. Поэтому необ-
ходимо непрерывно автоматически адаптировать коэффициент передачи
приемного тракта в целом и отдельных его звеньев. Это может быть сделано
с помощью ЭВМ и микропроцессорных контроллеров МП, используемых
в системе управления ретранслятором.
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
323
Из приведенных выше рассуждений также следует, что минимизация
шумов Г1П зависит от его построения, в частности от числа усилительных и
преобразовательных каскадов, их динамического диапазона и затухания эле-
ментов тракта, линейной селективности до и после преобразования частоты.
Возникает необходимость оптимального построения ГТП ретранслятора.
Причем построить его можно только разработкой всего приемного тракта,
т.е. его коллективной и индивидуальной частей как единой системы приема
множества сигналов с разными несущими частотами, спектральными поло-
сами, при наличии линейных и нелинейных помех.
Оценим варианты структурных схем ГТП, изображенных на рис. 9.2
[123]. Здесь ШАУ-Р - широкополосный антенный усилитель с разделенными
полосами пропускания типа антенного усилителя УТР-2 [5], ФАР - фазиро-
ванная антенная решетка, А - пассивная антенна. При расчетах принималось,
что все усилители имеют одинаковый динамический диапазон по интермоду-
ляционным продуктам третьего порядка Д2ь равный 80 дБ-мкВ. Остальные
исходные параметры узлов радиочастотного тракта приведены в табл. 9.1 и
9.2, где Ш - коэффициент шума, Ар - затухание, /„ и /в - нижняя и верхняя
частоты полосы пропускания А/Эф усилителя, МГц, Кг - коэффициент усиле-
ния по мощности.
21*
324
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Таблица 9.1
Узел Ш кр
ФАР 4 16 —
ШАУ 3 100 —
ШАУ-Р 4 100 —
АК РМ — — Г 4
УРЧ 5 25 —
Фидер (500 м) — — 4
Таблица 9.2
Узел fi л Д/эф
ШАУ 3 30 27
ШАУ-Р 3 4 1
4 6 2
6 9 3
9 14 5
14 20 6
20 30 10
УРЧ — — 0,3
Интенсивность линейных шумов и шумов интермодуляции рассчитана
по методике, изложенной в [151]. В [72, табл. 2.4] приведены средние уровни
помех кПВХ1 для различных участков ДКМ диапазона в полосах частот шири-
ной 100 кГц. Максимальные уровни входных напряжений помех в полосах
Д/эф для ШАУ и ШАУ-Р
^=аХ^Вх,ДЛф/(Ю0п). (9-1)
V ;=1
где Д/эф» кГц; п - число участков диапазона, попадающих в полосу Л/^ф-
Для варианта 1 ипвхДГ = 23 мВ, для вариантов 2-4 ц11Вху = 7,5 мВ.
Интенсивность шумов, обусловленная потерями мощности сигнала
в антенно-фидерном тракте (АФТ)
’'афт = 0 ~ ’/афт У’/афт ’ (9-2)
где Г)афт- коэффициент полезного действия (КПД) АФТ.
Для ФАР =1, УдФТ = 0; для пассивной антенны »7АФТ=О,2,
9. Вынесенный ретрансляционный пункт 325
Интенсивность шумов интермодуляции второго (для варианта 1) и
третьего (для всех вариантов) порядков
^3(,) = М.)/(^го^ф)’ <93)
где нв3(9) = ипвхД/./Д21 _ напряжение шумов, вызванных интермодуляцией на
входе усилителя; q - порядок интермодуляции; /? = 750м;
к = 1,38-Ю'23 Дж/град -постоянная Больцмана; То =293К.
Пересчитаем на вход АФТ интенсивность нелинейных шумов
vB3(9)BX = vb3(9)/t1aot (9‘4)
Суммарная интенсивность внутренних шумов
vi = v2 + v2 фт + v„'3(2)bx + v23(3)bx . (9.5)
Результаты расчета интенсивности внутренних шумов приведены в
табл. 9.3. Сумму линейных и нелинейных шумов можно минимизировать пу-
тем адаптивной регулировки затухания аттенюаторов тракта, управляемых
с помощью микропроцессорных контроллеров на основании оценки качества
каналов приема. Основную селекцию и усиление сигналов каждой радиоли-
нии производят в идентичных трактах преобразования частоты и усиления
промежуточной частоты. Их число должно соответствовать наиболее вероят-
ному числу одновременно организуемых связей. Использование многочас-
тотных синтезаторов частот резко сокращает число высокостабильных ис-
точников гетеродинного напряжения. Необходимо отметить, что общее число
фильтров основной селекции и демодуляторов для различных сигналов зна-
чительно уменьшается, если их не закреплять за каждым индивидуальным
трактом приема, а выбирать из общего набора, рассчитываемого исходя из
вероятности одновременного использования того или иного вида работы.
Таблица 9.3
Составляющие шумов Интенсивность шумов, кТ0, для вариантов ГТП
1 2 3 4
Линейные шумы v2 5,1 16,7 17,4 7,4
Шумы АФТ \/2фт - 4 4 -
Шумы интермодуляции, порядков: второго V23(2)bx 1453 - - -
.,2 третьего Vb3(3)bx 36300 19336 3,1 0,6
2 Суммарные шумы Vj- 37758 19357 24,5 8
326
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Из табл. 9.3 видно, что исключение УРЧ из ГТП и применение Ш W
с раздельными полосами пропускания дает значительный выигрыш по сум-
марной интенсивности шумов. Вариант 3 (с пассивной антенной) позволяет
автоматизировать существующие приемные радиоцентры (ПРЦ), не затраги-
вая антенного хозяйства центра.
Одно из наиболее эффективных средств повышения надежности радио-
связи в условиях воздействия сосредоточенных помех - адаптивное управле-
ние нулем диаграммы направленности приемной ФАР в азимутальной плос-
кости (вариант 4). Появление и широкое внедрение в технику связи микро-
процессоров позволяют достаточно просто реализовать сложные алгоритмы
настройки ФАР ДКМ диапазона.
Известен метод подавления сосредоточенных помех с помощью адап-
тивной антенной решетки не менее чем на 40 дБ, а в [129] упоминается уже
разработанный и реализованный фирмой Plessey (Великобритания) метод
управления ДН в ДКМ диапазоне с использованием двух антенн, разнесенных
на расстояние не более одной длины воины. Фирма вела также разработку сис-
темы с одной антенной, которая обеспечивает подавление помех до 40 дБ.
Использование ФАР для ПРЦ позволяет резко сократить площадь ан-
тенного поля, которое на магистральных ПРЦ занимает десятки гектар. Для
системы радиосвязи с ВРИ в месте расположения приемной части потребу-
ются одна-две ФАР для каждой обслуживаемой зоны, а также небольшое
число антенн для связи с ВРП других зоновых систем радиосвязи.
В приемном тракте ВРП может быть либо «прямая трансляция», либо
регенерация сигнала [103]. При «прямой трансляции» (рис. 9.3, а) информа-
ционный сигнал с выхода демодулятора (или с выхода УПЧ) приемного трак-
та подается на вход передатчика ВРП. Энергетику системы радиосвязи с ВРП
при «прямой трансляции» сигнала согласно [35] проанализируем по схеме
рис. 9.4. Абонентская радиостанция А зоны связана через ВРП с радиостан-
цией В. На рис. 9.4 приняты следующие обозначения: Р1Л, Pip - мощности
передатчиков для связи между абонентами А и В через ВРП; Р1АВ - мощность
передатчика радиостанции А для прямой связи с радиостанцией В; РПр Рпв -
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
327
мощности помех, отнесенные к полосе информационного сигнала, н? ВРП
и на входе радиостанции В; и $ - затухания на радиолиниях «радиостан-
ция А - ВРП» и «ВРП - радиостанция В».
Отношение сигнал-помеха ipB для приемника радиостанции В, где
производится демодуляция; при введенных обозначениях и при условии
Р1А ~Р1Р и У1=У2:
Суммирование помех на входе приемника радиостанции В сопровож-
дается при двухлучевом распространении радиоволн на пролетах четырехлу-
чевой структурой сигнала у приемной антенны радиостанции В, которая со-
держит лучи с относительными задержками т3 и 2т3, где т3 - относительная
задержка лучей на одном пролете. Следовательно, для получения заданного
качества приема нужно по крайней мере удваивать мощность передатчиков
радиостанции А и ВРП.
Более сложная схема тракта ВРП с регенерацией (рис. 9.3, б) примени-
ма при передаче дискретных сигналов. Регенераторы применяют для восста-
новления принимаемого сигнала, поскольку при прохождении первой поло-
вины радиотрассы между зоной и ВРП он подвергается искажениям в резуль-
тате воздействия помех, нестационарности радиоканала, многолучевости
принимаемого в пункте ретрансляции сигнала, флуктуации его параметров.
Возможны два варианта построения регенератора. Первый из них пре усмат-
ривает восстановление сигнала без демодуляции, т.е. операции фильтрации и
восстановления формы сигнала на радиочастоте, второй - с демодуляцией
сигнала и восстановлением непосредственно информационных посылок.
Второй вариант построения регенератора более предпочтителен, поскольку
позволяет с большей степенью точности восстанавливать сигнал, особенно
при применении помехоустойчивых кодов с исправляющей способностью.
Преимуществом этого варианта является также возможность использования
узлов регенератора в качестве как промежуточной, так и оконечной аппара-
туры При реализации второго варианта построения регенератора телеграф-
ные сигналы после демодуляции с выхода приемника Пр ВРП (рис. 9.3, б)
подаются на регенератор Perl, система синхронизации СС которого имеет
малую инерционность. Телеграфные сигналы на его выходе содержат мини-
мальное число ошибок (по сравнению с тем, что было бы при большой инер-
ционности СС), но изменяющуюся в некоторых пределах скорость телегра-
фирования. Регенератор Рег2, на который затем подаются телеграфные сиг-
налы, представляет собой регистр, записывающий сигналы с переменной
скоростью, считываются же сигналы с него с постоянной скоростью. Объем
памяти этого регистра пропорционален скорости телеграфирования и време-
ни перехода приема с одного луча на другой:
328
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
W = %vT.H7;.cp. (9-7)
где av - среднеквадратическое отклонение скорости телеграфирования; vTH -
номинальное значение скорости vT; Т3 ср - среднее значение квазипериода
замираний.
При гтн=200Бод, Тзср~10с и av =3-10“2 [124] объем памяти ре-
гистра должен быть 60 бит, а максимальная задержка телеграфного сигнала в
пункте ретрансляции Nn = 30 бит.
Телеграфные сигналы с постоянной скоростью vTH через передатчик П
передаются далее абоненту В, где они могут быть приняты и регенерированы
аналогично. Такое построение тракта ВРП минимизирует влияние участка
радиолинии «абонент А - ВРП» на условия приема в точке В.
Сравнительные оценки двух вариантов ретрансляции [124] показали,
что при оптимальной инерционности Perl выигрыш в уменьшении ошибок
по сравнению с простейшим вариантом построения ВРП составляет от не-
скольких единиц до нескольких сотен.
Регенератор Рег2 с нужными параметрами достаточно просто реализо-
вать с помощью микропроцессоров, однако применение на ВРП и в конечных
пунктах радиосвязей регенераторов, вносящих значительную задержку в
тракт радиосвязи, может сделать невозможным применение оконечного теле-
графного оборудования с обнаружением ошибок и автозапросом с повторе-
нием или резко снизить эффективную скорость передачи информации.
Структурная схема приемного тракта ВРП с объединенной ЭВМ пока-
зана на рис. 9.5. Принятые антеннами сигналы через аттенюаторы Атт, широ-
кополосные антенные усилители ШАУ-Р и распределители мощности РМ
подаются на индивидуальные тракты через блок коммутации БК1. Каждый
индивидуальный тракт состоит из аттенюатора Атт, первого преобразователя
частоты ПрЧ1, УПЧ1, второго преобразователя частоты ПрЧ2 и УПЧ2. С вы-
ходов индивидуальных трактов сигналы через блок коммутации БК2 подают-
ся на индивидуальные демодуляторы и регенераторы, после которых через
блок коммутации БКЗ они поступают в оконечную аппаратуру системы ра-
диосвязи.
Вариант построения многочастотного синтезатора, который может най-
ти применение в ретрансляторе, поясняется с помощью структурной схемы
рис. 9.6. Достоинство предлагаемого синтезатора в том, что в состав колец
ФАПЧ не входят преобразователи частоты, из-за которых обогащается спектр
сигнала, подаваемого на вход фазового детектора, а следовательно, и спектр
выходного сигнала. Это позволяет повысить чистоту спектра выходных сиг-
налов.
Синтезатор работает следующим образом. Эталонный генератор I выра-
батывает напряжение, частота F которого равна разности частот двух смежных
спектральных составляющих синтезируемой сетки частот. Генератор высокой
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
329
Рис. 9.5
частоты 2 вырабатывает напряжение, частота f которого соответствует ниж-
ней или верхней границе синтезируемой сетки частот. Управляемые генера-
торы l вырабатывают напряжения, частоты которых отличаются от час-
тоты генератора 2 соответственно на F, 2F, 3F, .... (N - l)f. Фазоинверто-
330
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ры 3 преобразуют однофазные напряжения, поступающие на их входы, в
ЛАфазные перед подачей его на соответствующие входы фазовращателей 4.
Фазоинвертор эталонной частоты 8 преобразует однофазное напряжение эта-
лонного генератора в ЛАфазное. Блоки ФАПЧ, содержащие фазовые детекто-
ры 5, фильтры нижних частот 6, управляемые генераторы 7, обеспечивают
подстройку управляемых генераторов соответственно на частоты
f + F, f+ 2F, f+ 3F, ...,/+(1V-1)F.
При частоте генератора 2, соответствующей нижней границе синтези-
руемой сетки частот, частоты генераторов равны соответственно
f + F, f+ 2F, f+3F, ...,/ + (/V-l)F; при частоте генератора 2, соответст-
вующей верхней границе синтезируемой сетки частот, частоты генераторов
71-7N'1 равны соответственно f — F, f — 2F, f-3F, ..., f — (N — \)F . Синтеза-
тор (рис. 9.6) предложен О.В. Головиным, А.В. Кротовым, Н.И. Чистяковым.
9.3. Структура передающей части ретранслятора
При рассмотрении структурной схемы передающей части ретранслято-
ра важными являются следующие особенности, вытекающие из необходимо-
сти создания ВРП адаптивным и автоматизированным: обеспечить большое
число каналов связи; широко и быстро маневрировать частотами; автомати-
чески изменять частоту, мощность, вид модуляции и др.
Закрепление за каждым каналом связи отдельного передатчика в
ретрансляторе и отдельной антенны приводит к чрезмерной сложности ВРП.
К тому же следует учитывать, что антенны ретранслятора должны быть на-
правлены в одну сторону - к обслуживаемой зоне. Это позволяет отказаться
от многих антенн и перейти к многоканальному передатчику и к одной ши-
рокополосной антенне.
Как показали предварительные расчеты, при использовании направлен-
ных антенн с усилением примерно 15...20 дБ необходимая мощность передат-
чика в ретрансляторе на один канал связи невелика, составляет 100...300 Вт.
При нескольких десятках каналов связи пиковая мощность всех каналов, объе-
диненных в одном передатчике, не превзойдет 10 кВт; реализовать такую
мощность в современных радиопередающих устройствах несложно.
Особенность системы радиосвязи с ВРП состоит в необходимости органи-
зовать большое число каналов, что обусловливает жесткие требования к нели-
нейным искажениям передатчика, и в произвольном распределении этих каналов
по всему ДКМ диапазону. Это не позволяет использовать стандартные передат-
чики. Необходимо также обеспечить возможно более высокий КПД передающих
устройств, так как при этом упрощается подбор электронных приборов, облегча-
ется задача охлаждения, снижается мощность, потребляемая от источников пи-
тания. Последнее особенно важно для мобильного ретранслятора.
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
331
Поскольку нелинейные искажения многоканального передатчика
должны быть малыми (вероятно, динамический диапазон должен быть не ме-
нее 36 дБ), а мощности получаются до 10 кВт, возникает необходимость раз-
работки для передатчиков ВРП широкополосных многоканальных с необхо-
димой степенью линейности мощных транзисторных усилителей радиочасто-
ты. Широкополосные усилители обычно строят по схеме усилителей с рас-
пределенным усилением (УРУ). Такие усилители могут перекрывать весь
ДКМ диапазон. При использовании режима класса А ценой очень низкого
КПД можно надеяться построить простейший вариант передатчика, состоя-
щий только из цепочки УРУ и не имеющий фильтрующей системы.
Переход к режиму класса В потребует специальных мер для подавле-
ния высших гармонических составляющих. В этом случае УРУ строят по
двухтактной схеме. Тщательное симметрирование и применение трансформа-
торной связи с нагрузкой позволяет существенно снизить уровень высших
гармонических составляющих. Дальнейшее ослабление гармоник может быть
достигнуто только с помощью фильтрующих систем.
Необходимость фильтрующих цепей в передатчике ретранслятора, ис-
пользующего большое число частот, случайно распределенных по всему ДКМ
диапазону, заставляет применить многоканальный метод его построения. Не-
перестраиваемые фильтры обеспечивают оптимальную полосу пропускания ка-
ждого канала с коэффициентом перекрытия в пределах 1,75... 1,8; следовательно,
число каналов в ДКМ диапазоне должно быть 4-5. Усилительные приборы каж-
дого канала должны рассчитываться с учетом пиковой мощности передаваемого
сообщения. Наличие нескольких каналов усиления, каждый из которых рассчи-
тан с учетом пиковой мощности, увеличивает требуемую мощность усилитель-
ных приборов. Необходимо выровнять уровни всех каналов, поступающих на
вход усилителя. Для более полного использования усилительных приборов и
повышения КПД передатчика целесообразно применить автоматическое регули-
рование режима усилителя в соответствии со статистикой передаваемого сооб-
щения. Следует использовать снабжение возбудителей частотами от общего для
всех или для группы возбудителей синтезатора частот.
Таким образом, передающую часть ВРП, так же как и приемную, целе-
сообразно строить, используя сочетание как индивидуальных, так и коллек-
тивных трактов. Поэтому многоканальные передатчики могут состоять из од-
ного многоканального или нескольких одноканальных возбудителей по числу
каналов связи, одного или нескольких широкополосных усилителей мощности
(ШПУ) и соответствующего числа антенн. Тогда структурная схема передаю-
щего тракта ВРП примет вид рис. 9.7. На этом рисунке: Вь В2, .... В„ - возбу-
дители; ЛС - широкополосный линейный сумматор напряжения; ПР1 - первый
преобразователь группового сигнала, транспонирующий его в область более
высоких частот. Так как исходный групповой сигнал размещается в диапазоне
2...30 МГц, то транспонировать его следует в диапазон свыше 60 МГц, чтобы
после ограничения в спектр полезного сигнала не попали составляющие зер-
кальных частот. Кроме собственно преобразователя (перемножителя) ПР1 со-
332
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
держит: полосовой фильтр, пропускающий транспонированный групповой
сигнал- ОГР - амплитудный ограничитель группового сигнала; ПР2 - второй
преобразователь группового сигнала, транспонирующий его в исходный диа-
пазон частот. Преобразователь снабжен фильтром нижних частот с частотой
среза 30...32 МГц; ПШПУ - предварительный ШПУ; ПСЗ - передатчик сигна-
лов зондирования, также входящий в состав передающего гракта ВРП; АК -
антенный коммутатор; МСЧ - многочастотный синтезатор частот; МП - мик-
ропроцессорные контроллеры, управляющие работой МСЧ, ЛС, ШПУ и АК.
9.4. Сопряжение приемной и передающей частей ВРП
При разработке ВРП возникают две серьезные проблемы: обеспечить
электромагнитную совместимость передающей и приемной частей ретранс-
лятора и совместную адаптацию приемных и передающих трактов от единой
ЭВМ. Рассмотрим эти вопросы более подробно.
ЭМС передающей и приемной частей ВРП. Как указывалось в гл. 2,
ЭМС в системе связи с ВРП может решаться вынесением передающей части
ВРП ближе к обслуживаемой зоне, применением высоколинейных приемо-
передающих трактов, минимизацией побочных излучений передатчика.
Пусть зона представляет собой квадрат размерами 500x500 км2 и ВРП нахо-
дится на расстояние 2500 км от ближней к нему границы.
Оценим, обеспечивают ли высоконаправленные антенны типа РГ, РГД,
БС на входе приемника ВРП достаточно большое отношение мощности сиг-
нала Рс, переданного из зоны, к мощности помехи Р„, создаваемой передат-
чиком ВРП (рис. 9.8), по методике, изложенной в [133]. Тогда
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
333
рс = (фр А,) F2(ф4, Д4) г2 мУр2а6 , (9 8)
Рп ЛерфСперФ^Чф2Л2)Г2(ф3Д3)гр>п2омУпУнерУс11 ’
где Pliep3, Рперр - мощности передатчиков абонентской зоновой радиостанции
и ВРП; Gnep3, 6перр - коэффициенты усиления антенн передатчика в зоне и
на ВРП: rpa6, гом - расстояния между приемником ВРП и зоновой радио-
станцией, приемным и передающим центрами ВРП; уп, у , усп - коэффи-
циенты, учитывающие различие в поляризации антенн передатчика и прием-
ника ВРП, изменение мешающего действия помехи из-за неравномерности
распределения по спектру мощности сигнала и помехи, ослабление мешаю-
щего действия помехи из-за несовпадения несущих частот соответственно;
р(ф, А)= - нормированная диаграмма направленности антенны
в горизонтальной F(<p) и вертикальной F(A) плоскостях; <р - азимутальный
угол (см. рис. 9.8), <р1=<р4-0°, ^>3=180°-^>2; А = arctg(2AB/r) - угол места,
hB - высота отражения радиоволн от ионосферы; У = ехр(-Г) - множитель
ослабления из-за потерь в ионосфере [152]; Г - интегральный коэффициент
потерь в ионосфере [152].
Рис. 9.8
Предположим, что уп = унср = усп = 1, Рпсрр = 10 кВт . Рперз = 100Вт,
Gnep p = Gnep.3 ’ '•раб = 3000 км ’ Гпом = 30 км, йв = 350 км ; тогда А, = А 4 = 13° ,
Д2 =А3=87,5°. Рассчитаем значение Рс/Рп для разных азимутальных углов
^2 ПРИ /ра6 =18МГц. Например, для ^2=80° минимальное значение Рс/Р„
получается на частоте 15,6 МГц, (7£/Рп)т.п =6,60-108; для ^>2=55°
334
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
(Pc/Pn)min =1,2-107 на частоте 12,7 МГц; для ^2=90° (^/Pn)min = 1,7-104 на
частоте 11 МГ ц.
Таким образом, для обеспечения ЭМС передающей и приемной частей
ВРП достаточно вынести передающие антенны вперед и в сторону от прием-
ных на расстояние, которое для Рс/Рп = 70 дБ составляет не более 30 км. При
увеличении расстояния между приемными и передающими центрами значе-
ния PjPa будут возрастать.
В качестве соединительной линии между приемным и передающим ра-
диоцентрами можно использовать однопролетную многоканальную РРЛ с
соответствующей аппаратурой уплотнения и системой защиты информации.
Таким образом, ЭМС в месте приема во многом зависит от уровней
сигнала и помех. Уровень сигнала в зоне приемной части ВРП зависит от со-
стояния ионосферы, от мощности излучения передатчика зоновой абонент-
ской радиостанции и от эффективности приемной антенны ВРП. Уровень по-
мехи в приемном тракте ВРП можно ослабить, применяя режекцию сильных
сосредоточенных помех. Следовательно, ЭМС на ВРП можно существенно
улучшить, адаптируя его приемный тракт; регулируя диаграмму направлен-
ности антенн и ослабляя сосредоточенные помехи. Улучшить ЭМС на ВРП
можно также с помощью разнесенного приема.
Эффективность приемных антенн определяется их конструкцией и точ-
ностью азимутальной ориентации. Конструкцию антенных сооружений не
следует считать параметром, приемлемым для адаптации, поскольку быстро
изменить ее в процессе связи нельзя. Однако регулировать пространственную
ориентацию диаграммы направленности системы антенн или сложной антен-
ной решетки можно электронными устройствами почти безынерционно.
Можно применить автоматическое наведение антенны на луч, предпочти-
тельный по интенсивности; в результате можно выбрать один луч, благодаря
чему уменьшается искаженность сигнала и снижается уровень радиопомех.
Возможен, кроме того, раздельный прием лучей с последующим фазировани-
ем и синфазным комбинированием сигналов; это должно давать эффект, по-
добный эффекту от разнесенных антенн, т.е. повышать устойчивость и поме-
хозащищенность приема.
Как известно, ионосфера в качестве отражателя волн очень далека по
своим свойствам от идеального зеркала; ее в самом грубом приближении
правильнее уподобить сильно измятому, диффузному и к тому же беспоря-
дочно колеблющемуся отражателю. По этой причине, наряду с многолучево-
стью и размытостью луча, наблюдаются колебания угла прихода волн в месте
расположения приемной антенны.
Наибольшего внимания, по-видимому, заслуживают угломестные из-
менения направленности прихода волн, в то время как по имеющимся дан-
ным колебания диаграммы направленности по азимуту от дуги большого
круга менее существенны [88]. Число лучей в вертикальной плоскости увели-
чивается с ростом протяженности трассы из-за наличия траекторий волн с
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
335
более чем одним скачком. В этом смысле рассматриваемые линии радиосвязи
с вынесенным из зоны обслуживания на расстояние около 3000 км ретранс-
лятором можно считать сравнительно благоприятными. Угол прихода волн в
вертикальной плоскости на трассе протяженностью до 3000 км колеблется
особенно сильно в ночное время и зимой, причем угол прихода основного
луча может составлять 10° и более. Для неосновного луча этот угол может
быть еще больше [150].
Ориентировать антенну в вертикальной плоскости можно посредством
размещения ряда антенн на дуге большого круга, соединяющего ВРП с зоно-
выми радиостанциями, и соответствующего фазирования сигналов из этих
антенн. Управлять фазовращателями можно микропроцессорами, а необхо-
димые данные для управления можно получать с помощью вспомогательного
обзорного приемника. Исследованы применимость антенны с регулируемой
диаграммой направленности 3 БС-2, имеющейся на ряде действующих при-
емных радиоцентров, а также антенны 4 Б ВМ - модифицированной четы-
рехсекционной продольной решетки и др. В [87] теоретически и эксперимен-
тально доказано, что адаптация этих антенн к изменяющимся условиям
приема путем управления диаграммой направленности в сочетании с автовы-
бором группы пространственных каналов, т.е. в сущности с разнесенным по
углу приемом, позволяет значительно улучшить помехоустойчивость радио-
связи.
Вопрос о выборе типов антенн и их размещении может быть решен
окончательно после исследований и разработок, в процессе которых должны
быть учтены и такие дополнительные условия, как возможность приема с по-
ляризационным и пространственным разнесением, живучесть, ремонтопри-
годность и др. В конечном счете весьма вероятно, что управление диаграм-
мой направленности и разнесенный прием будут осуществляться единым
электронным устройством адаптации; этот вопрос будет в дальнейшем до-
полнительно рассмотрен.
Вариант устройства управления антеннами, предложенный в [87], с не-
которым обобщением и развитием можно представить структурной схемой
рис. 9.9. Здесь 1 - устройство, в котором сигналы антенн фазируются и ком-
бинируются так, чтобы в результате были сформированы для каждого канала
несколько диаграмм направленности, различающихся пространственной ори-
ентацией (7 - устройство деления мощности сигналов и развязки каналов).
Выходы этого устройства подсоединяются параллельно на два электронных
коммутатора 2 и 3.
С коммутатора 3 сигнал подается на обзорный приемник 4, качество
сигналов с выхода которого анализирует устройство 5. Результаты анализа
вводятся в запоминающее устройство 6. Синхронное переключение в комму-
таторе 3 и переключение ячеек памяти устройства 6 осуществляет генератор
импульсов 7. Результаты измерения качества сигналов, получаемых с разны-
ми диаграммами направленности, сравниваются в решающем устройстве 8,
в котором определяется лучший из вариантов комбинирования антенн. В за-
336
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
висимости от выбранного варианта от решающего устройства 8 подается ко-
манда на дополнительное устройство, которое, в свою очередь, воздействует
на электронный коммутатор 2, устанавливая его в соответствующее положе-
ние. Через коммутатор 2 радиосигнал, принимаемый антенной с выбранной
диаграммой направленности, поступает в рабочий приемник 10.
Существенно уменьшить нелинейные эффекты в приемном тракте ВРП
и тем самым улучшить ЭМС на ретрансляторе можно режекцией сильных
помех до антенного усилителя - распределителя. В[162] предложено устрой-
ство режекции сильных сосредоточенных помех, принцип работы которого
поясняется схемой рис. 9.10.
Сигнал от антенны подается на блок сложения 1, где суммируется с п
противофазными сигналами частотно-зависимой обратной связи, снимаемыми
с выходов ключей 2. Сигналы обратной связи формируются из выходного сиг-
нала широкополосного усилителя 3. Для этого сигнал с выхода 3 через узкопо-
лосный фильтр 4 поступает на вход порогового устройства 5 и при превыше-
нии установленного порога, т.е. при появлении на выходе фильтра 4 узкопо-
лосной помехи, на D-входе триггера 8 появляется сигнал высокого уровня. Под
воздействием импульса, поступившего на С-вход триггера 8, на его выходе по-
является сигнал высокого уровня, который переводит ключ 2 в замкнутое со-
стояние, а устройство выборки-хранения 6 - в состояние «хранение».
Устройство 6 «запоминает» уровень напряжения от генератора ступен-
чатого напряжения 7 и подключает его к входу управления настройкой узко-
полосного фильтра 4, фиксируя тем самым его частоту настройки. Тактовый
генератор 9 и соединенные последовательно с ним счетчик 10 и дешифратор
11 формируют разделенные во времени тактовые импульсы для п каналов
9. Вынесенный ретрансляционный пункт 337
формирования частотно-зависимой обратной связи. Генератор ступенчатого
напряжения 7 вырабатывает сигнал, который через устройство 6 воздействует
на вход управления узкополосных фильтров 4 и плавно их перестраивает до
того момента, пока устройство 6 не перейдет в состояние «хранение». Если
сигнал на выходе фильтра 4 станет ниже порогового уровня, то на выходе 5
появится сигнал низкого уровня, и с приходом импульса на С-вход триггера 8
на его выходе образуется сигнал нужного уровня и данный канал обратной
связи перейдет в состояние перестройки фильтра 4. Данное устройство может
подавлять не одну, а одновременно п помех.
Повысить реальную селективность приемного тракта ВРП можно при-
менением устройства, позволяющего повысить точность фильтрации за счет
обеспечения одновременного подавления зеркальной помехи и паразитных
сигналов преобразования. Структурная схема подобного узкополосного
фильтра показана на рис. 9.11 [161]. Фильтр содержит входные преобразова-
тели частоты 1 и 2, выходные преобразователи частоты 3 и 4, сумматоры 5
и 13, гетеродин б, фазовращатели 8, 9 и 10 на -тг/4, фазовращатели 7, 11 и 12
на +л/4, полосовой фильтр 14. Выходной сигнал, проходя по двум каналам
обработки, имеет на выходах преобразователей 3 и 4 одинаковую фазу и
складывается в сумматоре 5. Помеха зеркального канала, пройдя теми же пу-
тями, имеет на выходах преобразователей 3 и 4 противоположные фазы
и компенсируется в сумматоре 5. При равенстве коэффициента передачи бло-
ков 3,4, 8,11 компенсируются также паразитные сигналы преобразования.
Улучшить ЭМС на ВРП можно, применяя различные варианты адап-
тивных радиолиний. Структурная схема адаптивной радиолинии, позволяю-
щей осуществлять адаптацию по частоте и скорости передачи информации,
показана на рис. 9.12 [163].
На приемной стороне корреспондента № 1 производится измерение
времени многолучевости т и отношения сигнал-помеха h2 соответственно в
измерителях времени многолучевости 12 и отношения сигнал-помеха 13. За-
тем измеренные величины сравниваются в схемах сравнения 16 и 17 с поро-
22 - 5869
338
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 9.12
говыми значениями h2op и т , хранящимися в регистрах 14 и 15. При
/i2 <h20p формирователь 10 по сигналу со схемы сравнения 16 вырабатывает
команду на смену частоты, которая через блок 5 дня объединения сигналов,
кодер 6 и модулятор 7 поступает в передатчик 8 и излучается в направлении
корреспондента № 2, обладающего аналогичным комплектом приемо-
передающего оборудования. Кроме того, происходит перестройка на новую
рабочую частоту первого блока перестройки частоты 11. На приемной сторо-
не корреспондента № 2 команда на смену частоты, пройдя через приемник 1,
демодулятор 2, декодер 3 и выделитель 9 управляющих команд, поступает на
вход второго блока 21 перестройки частоты. В результате этих перестроек
передающая сторона корреспондента № 2 и приемная сторона корреспонден-
та № 1 оказываются наст роенными на новую общую рабочую частоту, на ко-
торой снова измеряются значения т и h2. Если при h2 >/ir^p выяснилось, что
т > т , то такой исход сравнения также влечет за собой смену рабочей час-
тоты приемника корреспондента № 1 и передатчика корреспондента № 2.
Теперь предположим, что при h2 >h2IBp выполняется т<тгюр, тогда из-
меренное значение т поступает на вход функционального преобразователя 20,
который по нему вырабатывает значение скорости передачи информации.
Затем формирователь 10 вырабатывает управляющий сигнйЛ, по которому
переключается оконечный приемо-передающий блок 4, демодулятор 2 и де-
кодер 3 на новое значение скорости передачи информации. Кроме того,
управляющий сигнал о смене скорости передачи через передающий тракт
корреспондента № 1 поступает к корреспонденту № 2, у которого он выделя-
ется в выделителе 9 управляющих команд. Выделенная управляющая коман-
да перестраивает на новую скорость передачи информации оконечный прие-
мо-передающий блок 4, кодер 6 и модулятор 7. В результате на передающей
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
339
стороне корреспондента № 2 и на приемной стороне корреспондента № 1
оказывается установленной другая скорость передачи информации.
Таким образом, на основе измерения времени многолучевости и отно-
шения сигнал-помеха радиолиния адаптируется к изменяющимся условиям
распространения радиоволн и помеховой обстановке путем регулирования
скорости передачи информации и оперативной смены рабочих частот.
Разнесенный прием. Улучшить ЭМС на ВРП и повысить надежность
связи можно с помощью разнесенного приема. Для этого на ВРП необходимо
выбирать соответствующие антенные системы, способы обработки и комби-
нирования сигналов, вид разнесения и число парциальных каналов, базу раз-
несения. Наибольшее распространение получило пространственное разнесе-
ние приемных антенн. Эффективность этого способа существенно повышает-
ся с увеличением базы разнесения. Для организации пространственного раз-
несения можно создать вынесенный на значительное расстояние от ВРП от-
дельный приемный пункт (отдельная ветвь разнесения), принимающий сиг-
налы от абонентских радиостанций и транслирующий их по соединительной
линии на ВРП. Использование временного разнесения, при котором сигнал
передается повторно через определенное время, ограничивает пропускную
способность канала связи. Комбинировать сигнал и его копии можно при
этом только по вторичным параметрам, однако для реализации временного
разнесения требуется только один комплект антенн в радиоприемной части
ВРП. При наличии частотного резерва можно использовать частотное раз-
несение, которое требует двух комплектов приемников. Возможны и комби-
нированные методы разнесения.
Значительный интерес представляет поляризаг/ионное разнесение, при
котором плоскости двух приемных антенн взаимно перпендикулярны, в ре-
зультате антенны реагируют на ортогональные компоненты поля принимае-
мого радиосигнала. Из [18, 20, ПО] следует, что поляризационное замирание
глубиной 15...25 дБ в диапазоне обычно применяемых частот (0,8...0,95)
МПЧ наблюдается в течение 50...90% времени работы радиолинии. При этом
длительность замираний колеблется в пределах 1...30 с, а коэффициент кор-
реляции между огибающими амплитуд сигналов в каналах поляризационного
разнесения достигает 0,6. При этом были использованы простые дипольные
антенны. На ВРП можно применять более направленные антенны.
Экспериментальные оценки эффективности применения поляризаци-
онного разнесения с использованием остронаправленных антенн приведены в
[110]. Оценим ее с помощью контроля сверхпороговых временных искаже-
ний (СПВИ) детектированных телеграфных сигналов (см. гл. 8). Достовер-
ность приема оценивали по критерию СПВИ по методике, изложенной в [21,
53]. Согласно этой методике вводят градации качества связи к, приведенные
в табл. 9.4. В этой таблице PSn - частость СПВИ при пороге временных ис-
кажений Зп > О,4то (т0 - номинальная длительность элементарного сигнала).
22*
340
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Таблица 9.4
к 6 5 4 3 2 1
PSn <10’5 КГ’-.-КГ’ 10Л..КГ3 10~3...10~2 КГ2... КГ1 >10’*
Относительное время функционирования канала с Р5п, меньшей задан-
ной, принималось при испытаниях за меру надежности приема г]. Зависи-
мость т] (/йп) обобщенно характеризует качество связи на исследуемых ра-
диолиниях за время наблюдения.
При эксперименте использовали следующие типы антенн А и способы
разнесения Р [ПО]:
А1 - двойная антенна бегущей волны БС-2 (две включенные парал-
лельно симметричные горизонтальные решетки, которые на рис. 9.13 показа-
ны расположенными сверху) [77, 153].
А2 - двойная антенна бегущей волны БСВН-2 (две вертикальные па-
раллельно включенные несимметричные решетки, которые на рис. 9.13 пока-
заны расположенными снизу под полотнами БС-2).
АЗ - одиночная наклонная антенна бегущей волны БСНН (несиммет-
ричная решетка, расположенная под углом 45° к плоскости Земли - на
рис. 9.14 любая из двух ортогональных решеток).
Р1 - система пространственно разнесенного приема с автовыбором
приемников. Используются две антенны БС-2, разнесенные приблизительно
на 400 м.
Р2 - система поляризационного разнесенного приема с автовыбором
приемников с использованием антенн БС-2 и БСВН-2.
Рис. 9.13
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
341
А х
АА ^LjL^LiLiLiL L
И
TJ-------------------j7
Рис. 9.15
Рис. 9.14
РЗ - система поляризационно-разнесенного приема с авговыбором при-
емников на базе антенн БСНН. Первый вариант построения - с решетками,
сходящимися внизу (рис. 9.14).
Р4 - система поляризационно-разнесенного приема с автовыбором при-
емников на базе антенн БСНН. Второй вариант построения - с решетками,
сходящимися вверху (рис. 9.15).
Функции качества приема г] = ’ полученные в результате всех экс-
периментов, хорошо аппроксимируются логарифмически-нормальным законом
в диапазоне Р8п = 5105... 10~2. Аппроксимация экспериментальных функций
распределения была оценена по критерию Колмогорова с уровнем значимости
Р = 0,2. Оценка показала хорошее правдоподобие аппроксимации.
Согласно результатам эксперимента (табл. 9.5) поляризационно-
разнесенный прием с применением упомянутых антенн столь же эффективен,
как и пространственно-разнесенный прием на трассах разной протяженности
в различное сезонно-суточное время. Приемы на антенны БС-2, БСВН-2
и БСНН практически идентичны и по характеристикам группирования СПВИ
[42]. Этот и другие факты подтверждают гипотезу о равновероятном (в об-
щем случае) воздействии на КВ радиоприем замираний интерференционного
и поляризационного происхождения.
Антенна простой конструкции и с упрощенным способом монтажа,
предназначенная для приема (излучения) ортогонально-поляризованных ра-
диоволн, предложена О.В. Головиным, А.В. Кротовым и Н.И. Чистяковым.
Конструкция антенны представлена на рис. 9.16. Она состоит из двух несим-
метричных ромбических антенн 1 и 2, расположенных с двух сторон от опо-
ры 3 в плоскостях, находящихся под углами 45° по отношению к опоре и к
Земле, причем тупые углы этих ромбических антенн имеют общую точку
подвеса к опоре 3. Отводящие фидеры 4 и 5 соединены с нижними концами
проводов. При приеме не с двух, а с одного направления один из фидеров
может быть заменен резистором.
Во втором варианте по схеме рис. 9.17 на одной опоре подвешивается
две антенны предлагаемого типа, позволяющие обеспечить одновременный
прием с четырех или двух взаимно перпендикулярных направлений.
342
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Таблица 9.5
Режим Время суток Вид приема i]% при Р5п, не более Т8п при п
Ю'4 5 10“3 95% 70%
Эксперимент 1
Трасса - широтная дли- День А1 47 92,0 1-102 5-Ю’4
ной 4200 км. Сроки экс- А2 40 94,0 610'3 5-Ю-4
плуатации: август- АЗ 37 93,0 8-103 7-1 О’4
сентябрь 1968 г. Режим Р1 83 98,6 9-1 О'4 1,8-10’5
линии: vM = 188 Бод, ДЧТ- Р2 83 98,5 91О'4 2-10'5
1000. Число замеров при РЗ 78 97,5 1,7-10'3 5-Ю'5
приемах: одинарном Ночь А1 35 85 1,7-Ю'2 1-103
1736, сдвоенном 2256 А2 33 86 2-Ю'2 1.210’3
АЗ 35 87 2-Ю'2 1.1-103
Р1 67 95,5 4,5-10 ’ 1,5-Ю-4
Р2 62 95,5 4-Ю'3 2-1 О’4
РЗ 62 95 5-Ю'3 2-1Q-4
Эксперимент 2
Трасса та же. Сроки экс- День А1 21 94 6-103 9-1Q-4
плуатации: февраль-март А2 18 89 1,2-10'2 1,6-10'3
1970 г. Режим линии тот АЗ 22 94 6-103 9-10^
же. Число замеров при Р1 58 94 6-Ю’3 2,5-10'4
приемах: одинарном Р2 45 92 9,5-10'3 5-1Q-4
1745, сдвоенном 744 Р4 50 94 6-Ю'3 4-1 О'4
Ночь А1 10 80 2-10 2 2,5-10'3
А2 9 77 2,5-10'2 3-103
АЗ 12 83 1,5-М)’2 2-Ю'3
Р1 59 92 НО'2 2,5-10-4
Р2 46 94 7-10’3 4,5-1 О’4
Р4 59 91 1-10'2 4,5-10'4
Эксперимент 3
Трасса та же. Сроки экс- День А1 39 96,5 3,4-10'3 4,5-10’4
плуатации: март-апрель А2 35 96,7 3,3-10'3 5-Ю-4
1972 г. Режим линии тот АЗ 43 97,5 2,8-10'3 3,5-10‘4
же. Число замеров при Р1 71 98,2 1,6-1О'3 910'5
приемах: одинарном 310, Р2 77 98,5 1,2-10'3 5,5-10’5
сдвоенном 305 Р4 85 98,9 6,5 10-4 2-10’5
Экс перимент 4
Трасса - широтная дли- День А1 4 93 6,5-103 1,5-Ю'3
ной 6400 км. Сроки экс- А2 3 93 6,5-10‘3 2-Ю'3
плуатации: март-апре гь АЗ 9 95 5 10’3 1,2-103
Ю72 г. Режим линии: Р1 45 97,2 ЗЮ'3 3,5-10’4
ум = 200Бод, ДЧТ-1000. Р2 48 97,5 ЗЮ’3 3,5-10’4
Число замеров при прие- мах: одинарном 313, сдвоенном 314 Р4 51 97,7 З-Ю'3 ЗЮ’4
9. Вынесенный ретрансляционный пункт
343
Окончание табл. 9.5
Эксперимент 5
Трасса т? же. Сроки экс- плуатации: январь - фев- раль 1974 г. Режим линии тот же. Число замеров 1345 День А1 А2 АЗ 36 34 39 92 90 90 1 10’2 1,2-10'2 1,5-Ю2 8-104 91 О'4 8-10’4
Управляющая ЭВМ зоновой системы связи. Управляющая ЭВМ -
центр системы управления сетью зоновой радиосвязи - располагается на ВРП
и координирует работу всех корреспондентов сети. В соответствии с разрабо-
танным алгоритмом функционирования зоновой системы радиосвязи ЭВМ
выполняют следующие функции:
Управляющая ЭВМ-1 собирает, анализирует и хранит данные о теку-
щем состоянии абонентов сети (свободен, нуждается в связи, находится на
обслуживании, занят) в виде таблицы состояния и таблицы обслуживания;
обрабатывает поступающие в соответствии с алгоритмом обслуживания све-
дения о работе сети; использует поступающую информацию, осуществляет
адаптивное управление сетью зоновой радиосвязи.
Специальная ЭВМ-2 хранит данные о волновом расписании в зависимости
от времени года, суток и т.д., условиях распространения радиоволн на разных
частотах по данным системы оценки и прогноза качества канала связи; хранит
данные о работоспособности всех узлов и блоков ВРП, а также о состоянии ре-
зерва оборудования; обрабатывает и коммутирует сообщения на ВРП.
Проблема совместного управления приемной и передающей частями
ВРП может быть решена размещением управляющей ЭВМ-1 в месте располо-
жения приемной части ретранслятора. Это позволит свести к минимуму время
344
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
между принятием управляющего решения и началом его выполнения. Предла-
гаемая структурная схема приемной части ВРП с соответствующими микро-
процессорными контроллерами и управляющей ЭВМ показана на рис. 9.5.
Система управления оборудованием ВРП должна быть построена по
иерархическому принципу как распределенная мультимикропроцессорная
система управления. Микропроцессорные контроллеры синтезатора частот
(МП СЧ), аттенюаторов (МП Атт), блоков коммутации (МП БК1-МП БКЗ)
управляют работой коллективного и индивидуальных трактов приемной час-
ти BP] I и должны находиться рядом с управляемыми узлами. Часть инфор-
мации контроля используется этими МП на месте, а часть поступает в управ-
ляющую ЭВМ для дальнейшей обработки информации и принятия управ-
ляющих решений.
В состав ВРП должны входить тракты приема и передачи сигналов с
антенно-фидерными устройствами при максимальном использовании кол-
лективного оборудования, система индивисуальных трактов низкой часто-
ты, устройства оценки и прогноза качества каналов, тракты служебных
каналов управления радиостанциями сети, специапизированная ЭВМ для ав-
томатического адаптивного управления работой ретранслятора и обслу-
живаемой сети, микропроцессорные контроллеры, управляющие коммута-
цией и адаптацией всех трактов и оборудования ретранслятора.
Структура приемной части ретранслятора при использовании на ВРП
индивидуальных радиоприемных устройств предусматривает установку
отдельного радиоприемника для кажоой радиолинии «зона — ВРП». В случае
использования коллективного оборудования в его состав входят антенные
устройства, аттенюаторы, распределители мощности, антенные комму-
таторы и широкополосные антенные усилители; индивидуальная часть
главного тракта приема - преселектор и тракты промежуточных частот.
Передающую часть ВРП также целесообразно реализовывать соче-
танием индивидуальных и коллективных трактов. Поэтому многоканальные
передатчики могут состоять из одного многоканального или нескольких од-
ноканальных возбудителей по числу каналов связи, одного или нескольких ши-
рокополосных усилителей мощности и соответствующего числа антенн.
Рассмотрены структуры различных компонентов ВРП, проанализированы
вопросы электромагнитной совместимости и меры ее улучшения с помощью
частотного, временного и поляризационного разнесения.
10. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ РАДИОПРИЕМНЫЕ
УСТРОЙСТВА ДКМ ДИАПАЗОНА
10.1. Принципы построения и структурные схемы ПРПУ
Характерным свойством и показателем технического уровня новейших
профессиональных радиоприемных устройств (ПРПУ) ДКМ диапазона явля-
ется возможность их применения в автоматизированных и адаптивных сис-
темах связи. Это привело к разработке новых принципов построения, схем
и конструкций радиоприемного оборудования. Современные высокие требо-
вания оказались выполнимыми благодаря новой элементной базе и микро-
электронной техноло! ии. В ПРПУ широко используют цифровые методы об-
работки сигналов, микропроцессорное управление и контроль; современное
ПРПУ предназначено для работы как в режиме местного управления, так и
дистанционного и в автоматическом режиме. За последние годы были разра-
ботаны новые принципы построения, схемы и конструкции оборудования,
накоплен значительный опыт по созданию ПРПУ. Технический парк ПРПУ
к настоящему времени практически полностью обновился. Дадим краткую
характеристику основных этапов развития ПРПУ ДКМ диапазона [27, 54].
Первое поколение ПРПУ (1950-е гг.) - это ламповые приемники, вы-
полненные по дискретной технологии. В приемниках использовалась диапа-
зонно-кварцевая стабилизация частот гетеродинов, кварцевые фильтры в
трактах приема сигналов. Приемники имели механические узлы управления -
барабанные переключатели, блоки конденсаторов переменной емкости и т.д.
Обеспечивался либо беспоисковый бесподстроечный вход в связь, либо при-
ем с помощью сигналов узкополосной, с активной паузой частотной и двой-
ной частотной телеграфии, либо прием сигналов однополосной телефонии.
Второе поколение ПРПУ (1960-е гг.) - это, в основном, транзисторные
приемники с более высокими по сравнению с ПРПУ первого поколения тех-
нико-экономическими и эксплуатационными показателями. Приемники ис-
пользовали аналоговые синтезаторы частот, ряд процессов управления при-
емником стал автоматизированным, предусматривалась возможность дистан-
ционного управления. Приемные устройства стали четко разделять на от-
дельные функциональные блоки: главный тракт приема, синтезатор частот,
выходные блоки, блок питания. Приемники второго поколения обеспечивали
прием узкополосных сигналов и одной боковой полосы (ОБП). Для повыше-
ния надежности связи в ПРПУ использовались устройства пространственно
разнесенного приема. Однако вопросы автоматизации настройки на рабочую
частоту решались применением электродвигателей, большого числа механи-
ческих реле; при этом в приемниках сохранились механические узлы, бара-
346
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
банные переключатели и т.д. Все это привело к резкому усложнению схемо-
техники ПРПУ, увеличению их габаритов и массы. К тому же транзисториза-
ция приемников из-за резкого разброса параметров транзисторов потребовала
применения схем стабилизации, что усложняло блоки питания.
Приемники третьего поколения (1970-е гг.) стали широко использовать
интегральную схемотехнику. Это позволило устранить механические узлы,
обеспечить автоматическую электронную настройку с малым временем пере-
стройки (примерно 0,1 с), повысить эффективность систем авторегулирования
и разнесенного приема, использовать цифровую обработку сигналов, умень-
шить габариты и массу, повысить надежность работы. Новая элементная база
позволила улучшить электрические параметры ПРПУ, расширить динамиче-
ский диапазон до 100... 120 дБ, улучшить селективность, повысить чувстви-
тельность. Приемники третьего поколения применимы в автоматизированных
адаптивных системах связи и используются по настоящий день.
Приемники четвертого поколения - это ПРПУ сегодняшнего дня. Они
существенно не отличаются по основным электрическим параметрам. Так, со-
хранились требования по стабильности частоты (порядка 10-ь) и по чувстви-
тельности (коэффициент шума 5...7), возросло лишь требование по улучше-
нию реальной селективности и по уменьшению допустимого времени настрой-
ки. Однако наряду с этим выросли требования к надежности, к оперативной и
технической эффективности ПРПУ. В настоящее время наметилась тенденция
к расширению эксплуатационных показателей и функциональных возможно-
стей, что особенно характерно для отечественных ПРПУ. К приемникам чет-
вертого поколения можно отнести отечественные ПРПУ «Бригантина», «Гели-
ос», «Панорама» и др.
Основное требование, предъявляемое в настоящее время к ПРПУ и
важность которого будет только увеличиваться в будущем при разработке и
совершенствовании ПРПУ пятого поколения, - это его работа в адаптивной
системе в условиях полной неопределенности. При этом все процессы, обес-
печивающие адаптацию РПУ к постоянно меняющимся внешним условиям,
должны быть полностью автоматизированными. Наряду с традиционными
видами авторегулирования широко внедряются методы, обеспечивающие
самоприспосабливаемость приемника к условиям связи. Автоматизация про-
цессов управления приемом привела к появлению ряда новых схемотехниче-
ских решений. Например, сокращение времени настройки может вызвать не-
обходимость использования в РПУ широкополосного преселектора с фильт-
ровой настройкой, что, в свою очередь, накладывает очень жесткие требова-
ния на линейность первых усилительных и преобразовательных каскадов.
Обеспечение широкого динамического диапазона обусловливает применение
входного аттенюатора с автоматическим управлением. Эта задача достаточно
сложна, однако уже в настоящее время подобные аттенюаторы широко ис-
пользуют в современных РПУ. Совершенствуются методы разнесенного
приема. Широко используются частотно-адаптивная радиосвязь, программ-
ная перестройка частоты, адаптивная компенсация помех и т.д.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
347
Необходимо отметить, что нахождение оптимальных схем построения
функциональных блоков приемника проводится на основе методов проекти-
рования с использованием ЭВМ.
Реализовать автоматизированный ПРПУ можно лишь на современной
элементной базе - больших интегральных микросхем и микросборок, кварце-
вых и керамических высокоселективных фильтров, фильтров на акустиче-
ских поверхностных волнах, усилительных элементов с повышенной линей-
ностью, современных коммутационных приборов и т.д.
В настоящее время многие серийно выпускаемые приемники представ-
ляют собой аналоговые твердотельные устройства с широким применением
интегральных схем различной степени интеграции, в том числе больших и
монолитных интегральных схем, полевых транзисторов и диодов с «горячи-
ми» носителями. Прогрессирует технология изготовления ПРПУ по пути
полного устранения в приемнике разъемных и механических соединителей,
механических реле и узлов в преселекторе и т.д.
Быстрый переход РПУ из одного состояния в другое при работе в адап-
тивной системе, принятие решения о наиболее оптимальной его структуре
немыслимы без применения в РПУ микропроцессоров и мини-ЭВМ. В на-
стоящее время микропроцессорная техника широко используется в совре-
менных приемниках. В будущем микропроцессор станет основным узлом
приемника, который будет выполня гь практически все функции контроля и
управления. Гибкое выполнение этих функций возможно при использовании
центрального микропроцессора с визуальным дисплеем и блока ввода дан-
ных. Это позволяет отказаться от применения панелей управления с большим
числом дискретных переключателей, индикаторных лампочек и измеритель-
ных приборов. Для установки частот и других переключений используют
преимущественно клавишные переключатели. Современный ПРПУ имеет
возможность предварительной записи в запоминающем устройстве (ЗУ) оп-
ределенного числа каналов с их последующим выбором по определенному
заданному алгоритму.
Профессиональный приемник ДКМ диапазона в будущем - это цифро-
вое устройство. Широко внедряются методы цифровой обработки сигналов
при применении новых помехоустойчивых видов связи. В настоящее время
разработаны образцы ПРПУ с цифровой обработкой сигнала в цепях фильт-
рации, демодуляции, синтеза частот, выбора ширины полосы пропускания,
управления видом работы и т.д. Ведутся работы по внедрению цифровой
техники обработки сигналов во входных цепях приемников. Так, фирма
General, Dynamics Coip. (США) на базе высокоскоростной программируемой
микроЭВМ создала многоканальный цифровой высоконадежный приемник с
временным разделением каналов с малыми габаритами и стоимостью. Циф-
ровая обработка сигнала исключает уход частоты, старение и температурные
зависимости, присущие компонентам аналоговых приемников, улучшает тех-
нические и эксплуатационные характеристики ПРПУ, снижает их стоимость.
348
Системы и устройства коротковолновой ра^госвязи
Различные функции при цифровой обработке сигналов можно реализовать
одним и тем же процессором, лишь изменяя его программы.
При разработке ПРПУ пятого поколения [54] тщательно оптимизирует-
ся структура функциональной схемы приемника с учетом схем и параметров
всех ее блоков; оптимально распределяется усиление в главном тракте прие-
ма с использованием в нем высоколинейных элементов и эффективных атте-
нюаторов; обеспечивается автоматическое вхождение и ведение радиосвязи и
упрощается управление ПРПУ; применяются в качестве дисплея панели
управления матричные экраны с повышенной информативностью; миними-
зируется число клавиш управления.
Профессиональный радиоприемник - это устройство, которое должно
обладать широкими возможностями управления и контроля как с местного
пульта, так и на расстоянии. При этом дистанционное управление должно
идти как по проводам, так и с помощью служебной радиосвязи. С развитием
адаптивных систем связи особое значение приобретают ПРПУ с поисковыми
функциями и системы цифрового дистанционного управления. Разработаны
приемники, снабженные адресными блоками и устройствами внутренней па-
мяти, позволяющие использовать их в режиме активного дистанционного
управления.
Профессиональный приемник должен отличаться высокой универсаль-
ностью. Все функциональные блоки должны быть конструктивно закончен-
ными, что позволит при различной их компоновке значительно расширить
применимость РПУ. Приемники должны быть снабжены дополнительными
функциональными блоками, расширяющими их функциональные возможно-
сти и улучшающими технические характеристики, иметь малые массу и габа-
риты, обладать высокими прочностью и вибростойкостью, возможностью
работы в различных климатических условиях. Высокие требования предъяв-
ляются к современным ПРПУ по потребляемой мощности, стоимости, повы-
шению надежности и т.д.
В профессиональном РПУ (рис. 10.1) можно выделить следующие ос-
новные функциональные блоки: главный тракт приема ГТП, синтезатор час-
тот СЧ, блок управления БУ, выходные устройства ВУ и блок питания БП.
Функция ГТП - осуществлять предварительную селекцию, усиление и пре-
образование сигнала. Синтезатор частот вырабатывает гетеродинные и опор-
ные напряжения. Выходные устройства обеспечивают оптимальную или
близкую к ней обработку принимаемого сигнала. Тип выходного устройства
определяется видом принимаемого сигнала. Блок управления осуществляет
все функции управления и контроля за работой приемника как с местного
пульта, так и на расстоянии. На местном пульте управления отражается вся
информация о состоянии РПУ: частота настройки, ширина полосы пропуска-
ния, параметр цепи АРУ, тип демодулятора и т.д.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
349
Рис. 10.1
10.2. Характеристики современных ПРПУ
Не существует единого универсального показателя, который полно-
стью характеризовал бы реальные ПРПУ. Существующие ГОСТы и рекомен-
дации МЭК предусматривают целый ряд параметров, используемых для их
оценки. Рассмотрим эти параметры.
Виды работ. Профессиональные РПУ ДКМ диапазона принимают раз-
личные виды телефонных и телеграфных сигналов. Как было показано
в § 1.3, в ДКМ диапазоне применяют различные виды сигналов с амплитуд-
ной, частотной и фазовой манипуляцией, используют некоторые виды пере-
дачи телефонных сигналов.
Диапазон принимаемых частот. Для коротковолновой радиосвязи от-
веден диапазон частот 1,5...30 МГц [28]; однако в целом ряде РПУ диапазон
принимаемых частот несколько отличается от рекомендованного, в особен-
ности из-за расширения в область частот ниже 1,5 МГц.
Коэффициент шума и чувствительность. Коэффициент шума - это
отношение мощности шума на выходе приемника к мощности шума, которая
была бы на его выходе только из-за шумов согласованного источника сигна-
ла. Под чувствительностью обычно понимают способность приемника при-
нимать слабые сигналы и воспроизводить их с соответствующим уровнем и
необходимым качеством. Согласно рекомендациям МЭК под максимальной
чувствительностью подразумевают наименьшее значение напряжения вход-
ного сигнала (выраженное через ЭДС или мощность несущего колебания
в антенне), поданного через эквивалент антенны на вход приемника, при ко-
тором на его выходе получается определенная мощность при заданном каче-
стве приема. Если усиление в приемнике достаточно для получения необхо-
димого выходного уровня, то максимальная чувствительность ограничивает-
ся шумами РПУ. В противном случае при недостаточном усилении чувстви-
тельность ограничивается усилением РПУ. Для сравнения приемников по
чувствительности удобно пользоваться предельной чувствительностью, под
350
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
которой понимается такой уровень сигнала в антенне, при котором отноше-
ние сигнал-шум на выходе приемника равно единице.
Использование современных полупроводниковых приборов позволило
реализовать в профессиональных приемниках ДКМ диапазона малые значе-
ния коэффициента шума. Однако построение РПУ с очень малым уровнем
шума не всегда целесообразно. Это связано с тем, что уровень внешних шу-
мов (атмосферных, космических, искусственных) в ДКМ диапазоне таков,
что чаще всего не требуется проектировать РПУ с коэффициентом шума
меньше 10 дБ, исключая РПУ, предназначенные для верхней части ДКМ диа-
пазона [26]. Значительное уменьшение коэффициента шума, как правило,
приводит к ухудшению селективности приемника. Для большинства совре-
менных ПРПУ коэффициент шума лежит в пределах 7... 10 дБ.
Селективность - это способность приемника отделязь полезный сиг-
нал от мешающих. Селективность основана на использовании признаков раз-
личия между полезными и мешающими сигналами.
Селективность, определяемая только характеристиками частотных
фильтров радиоприемника без учета нелинейных явлений, называется одно-
сигнальной. Количественно односигнальная селективность оценивается от-
ношением уровня испытательного сигнала на частоте помехи к его значению
на частот е полезного сигнала при неизменной настройке и одинаковом вы-
ходном напряжении.
Односигнальная селективность может характеризовать ослабление по-
мех по соседнему и зеркальному каналам, по каналу на промежуточной час-
тоте и по комбинационным каналам поиема, образованным в результате
взаимодействия напряжений помех и гармоник местных гетеродинов. Типо-
вые нормы на ослабление по побочным каналам 100... 120 дБ.
В реальных условиях на входе РПУ действуют помехи с такими уров-
нями, при которых сказывается нелинейность тракта приема. Прием обычно
происходит в условиях, когда малый по уровню полезный сигнал принимает-
ся на фоне одной или нескольких значительных по уровню внеполосных по-
мех. Это объясняется тем, что в ДКМ диапазоне одновременно действует
достаточно много различных радиостанций. К тому же в соответствии с ре-
комендациями МЭК весь земной шар разбит на определенные зоны. В наибо-
лее удаленных друг от друга зонах в ДКМ диапазоне используют для связи
одни и те же частоты. Однако сигналы наиболее мощных радиостанций этих
зон все же мешают друг другу. Поэтому в довольно узкой полосе может про-
слушиваться одновременно до десяти ра (личных станций. Это обусловлива-
ется также многолучевостью распространения радиоволн в ДКМ диапазоне.
Для оценки селективности приема в нелинейной области при двух и
более входных сигналах используется многосигнальная селективность, ха-
рактеризующая способность приемника выделять полезный сигнал в реаль-
ных условиях, при одновременном действии полезного сигнала и помех. Не-
линейные эффекты могут резко снижать достоверность передаваемого сооб-
щения, т.е. ухудшать помехоустойчивость приема.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
351
Среди различных нелинейных эффектов основными являются генера-
ция гармоник, сжатие, перекрестная модуляция, блокирование, интермодуля-
ция, амплитудно-Фа ювая конверсия, подавление слабого сигнала при детек-
тировании и др. [28].
Стабильность и точность частоты настройки. Нестабильность и не-
точность настройки РПУ может привести к резкому снижению достоверности
принимаемого сообщения, ухудшению надежности связи, усилению влияния
помех. Высокая стабильность и точность установки частоты облегчают бы-
строе нахождение канала связи в условиях сильной загруженности ДКМ диа-
пазона, что особенно важно при дистанционном управлении приемником.
Главной причиной частотной нестабильности является изменение час-
тот гетеродинов. Поэтому основное внимание при проектировании высокока-
чественных ПРПУ направлено на обеспечение высокой стабильности гетеро-
динных частот, особенно в первых преобразователях частоты.
Изменение частоты настройки может быть вызвано и нестабильностью
параметров электрических цепей, которая приводит к появлению переменных
фазовых сдвигов. Допустимая стабильность частоты, которая должна обеспе-
чиваться радиоприемником, существенно зависит от вида принимаемого сиг-
нала. Учет последнего дает возможность определить тип опорного генератора
для использования в проектируемом РПУ.
Высокие требования к стабильности частоты настройки привели к соз-
данию и применению в современных РПУ высокостабильных синтезаторов
частот (СЧ) со стабильностью 10'7...10‘9. Выполняют СЧ с дискретным шагом
установки частоты (обычно 1,10 или 100 Гц). В ряде приемников предусмот-
рена дополнительная плавная перестройка в пределах дискретного шага.
В этом случае стабильность настройки определяется стабильностью интерпо-
ляционного генератора.
Время настройки на принимаемую частоту. При работе РПУ в авто-
матизированных и адаптивных системах связи большое значение имеет время
настройки приемника на требуемую рабочую частоту. Под временем настрой-
ки понимают интервал между сигналом к настройке и моментом полной готов-
ности приемника к приему требуемой частоты в эксплуатационном режиме.
Допустимое время настройки во многом определяет выбор системы на-
стройки приемника, а следовательно, и основные схемные и конструктивные
решения РПУ в целом. Для современных ПРПУ время настройки (время пе-
рестройки) лежит в пределах 10...20 мс. Имеется тенденция к уменьшению
времени настройки.
Помехоустойчивость. Рассмотренные выше показатели РПУ характе-
ризуют свойства его отдельных каскадов. Более общим параметром приемни-
ка является его помехоустойчивость, поскольку она позволяет оценить его
свойства в целом, с учетом линейной и нелинейной частей.
В общем виде под помехоустойчивостью понимают способность при-
емника обеспечивать нужное качество приема при действии различных видов
помех. Оценивать помехоустойчивость РПУ можно с помощью либо энерге-
352
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
тического, либо вероятностного критерия качества. В первом случае качество
приема оценивается величиной, показывающей изменение отношения мощ-
ностей сигнала и помехи при их прохождении через РПУ.
Энергетическая оценка помехоустойчивости имеет ясную физическую
трактовку, но не дает возможности полностью оценить помехоустойчивость,
так как бывает трудно различить в спектре выходного сигнала, какие состав-
ляющие относятся к полезному сигналу, а какие к помехе.
Более полная оценка помехоустойчивости РПУ достигается использова-
нием вероятностного критерия. Так, помехоустойчивость РПУ дискретных со-
общений оценивается с помощью вероятности ошибки приема радиотелеграф-
ных сигналов при действии различных видов помех. Количественно помехо-
устойчивость определяется таким отношением сигнала и помехи на входе
РПУ, при котором сообщение принимается с заданной вероятностью ошибки.
Для оценки помехоустойчивости приемников ЧТ при внеполосных со-
средоточенных помехах используют многосигнальную селективность (МСС),
определяемую отношением мощности (или средней амплитуды) сигнала к
суммарной мощности (или средней амплитуде) сосредоточенных помех, при
котором в принятом сообщении обеспечивается требуемая вероятность
ошибки. Важным частным случаем МСС является двухсигнальная селектив-
ность (ДСС), при которой помехоустойчивость оценивается при действии
одной помехи.
Коэффициент потерь приема. С помощью этого коэффициента можно
дать интегральную оценку качества приемника с учетом отдельных показате-
лей, условий работы и внешних приборов (антенны, фидерных разветвителей
и т.д.). Выбор лучшего сводится к сопоставлению стоимости и коэффициен га
потерь приема. При равных коэффициентах потерь приема лучшим считается
тот приемник, который стоит дешевле.
10.3. Главный тракт приема
Принципы построения главного тракта приема. Главный тракт
приема является одним из важнейших узлов РПУ. Многие качественные по-
казатели всего РПУ определяются характеристиками ГТП. К таким показате-
лям относятся чувствительность и коэффициент шума, динамический диапа-
зон, регулировка усиления по промежуточной частоте, селективность и т.д.
В значительной степени от построения ГТП зависит и время настройки при-
емника. Заметное влияние оказывают характеристики ГТП на помехоустой-
чивость, стабильность частоты настройки, линейные искажения и т.д.
Схема ГТП существенно зависит от построения всего РПУ. Для совре-
менных РПУ характерно многократное преобразование частоты, позволяю-
щее реализовать высокую селективность как по соседнему, так и по зеркаль-
ному каналу. Это достигается выбором высокой первой и более низких по-
следующих промежуточных частот (ПЧ). Необходимо учитывать, что много-
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
353
кратное преобразование частоты связано с появлением дополнительных по-
бочных каналов приема.
Существует ряд вариантов схем ГТП, однако среди них для современ-
ных ПРПУ можно выделить два основных.
Рис. 10.2
Первый вид ГТП с широкополосным трактом первой ПЧ показан на
рис. 10.2, а. Усилитель первой ПЧ не перестраивается при изменении частоты
настройки УВЧ. Ширина полосы пропускания УПЧ1 в этом случае должна
быть такой, чтобы пропустить все возможные значения первой ПЧ, т.е. рав-
няется ширине поддиапазона (примерно 1...2 МГц). Первая ПЧ, как правило,
выбирается выше диапазона принимаемых частот.
Чтобы избежать появления зеркального канала по второй ПЧ при широ-
кой полосе пропускания УПЧ1, необходимо брать высокую вторую ПЧ. Но
при этом для обеспечения хорошей фильтрации соседнего канала возникает
необходимость в третьем преобразовании частоты. При широкополосном
УПЧ1 резко возрастают требования к линейности тракта усиления и селектив-
ности преселектора для борьбы со всевозможными нелинейными эффектами
при приеме. Преселектор ГТП, построенный по схеме рис. 10.2, а, может быть
как перестраиваемым, так и неперестраиваемым. В неперестраиваемом пресе-
лекторе диапазон принимаемых частот перекрывается рядом неперестраивае-
мых фильтров с запасом по взаимному перекрытию. Разновидностью рассмот-
ренной схемы является схема с неперестраиваемым широкополосным пресе-
лектором, содержащим ФНЧ, граничная частота которого равна верхней часто-
те принимаемого диапазона (30 МГц). При высокой первой ПЧ (более 35 МГц)
фильтр НЧ подавляет частоты комбинационных каналов. Однако в этом случае
возрастают требования к линейности тракта УВЧ и преобразователя.
23 - 5869
354
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Разработка высокостабильных синтезаторов частот, а также кварцевых
и керамических фильтров с высокой прямоугольностью частотных характе-
ристик и с малыми уровнями побочных каналов привела к построению ГТП
второго вида (рис. 10.2, б). В этом широко распространенном варианте при
перестройке приемника во всем диапазоне частот первая и вторая ПЧ оста-
ются постоянными.
Известно, что для увеличения селективности приемника основную се-
лекцию необходимо осуществлять ближе к входу приемника. При постоян-
ной первой ПЧ основную селективность можно обеспечить уже в УПЧ1. Это
удается при использовании современных высокочастотных кварцевых и мо-
нолитных фильтров. Полоса пропускания фильтров в УПЧ1 выбирается ис-
ходя из ширины спектра принимаемого сигнала с учетом нестабильности
частот несущей сигнала и гетеродина. Поскольку основная селективность
обеспечивается в УПЧ1, задача трактов второй ПЧ - усилить принятый сиг-
нал, что можно сделать с помощью обычных апериодических усилителей
с соответствующей дополнительной низкочастотной фильтрацией.
При реализации этого варианта необходимы высокие стабильность час-
тот и спектральная чистота напряжений гетеродинов. Кроме того, для обес-
печения приема различных видов сигналов необходимо иметь в тракте пер-
вой ПЧ либо фильтры с переменной полосой пропускания, либо сменные
фильтры с полосами пропускания, соответствующими различным видам при-
нимаемых сигналов. В ряде РПУ кварцевый фильтр в тракте первой ПЧ обес-
печивает предварительную селекцию, его полоса пропускания выбирается по
самому широкополосному принимаемому сигналу. Окончательная расфильт-
ровка обеспечивается с помощью сменных фильтров в тракте второй ПЧ.
Преселектор в ГТП с постоянными значениями первой и второй ПЧ может
быть как перестраиваемым, так и фильтровым.
Правильный выбор схемы преселектора во многом определяет такие
важнейшие характеристики РПУ, как чувствительность и селективность. Из-
вестно, что чувствительность приемника определяется его коэффициентом
шума Шпр. Общий Шпр зависит от коэффициентов шума и коэффициентов
передачи отдельных каскадов приемника, причем в наибольшей степени ШЛр
определяется коэффициентами шума входного устройства и У РЧ; поэтому от
правильного выбора каскадов преселектора с точки зрения шумов и усиления
во многом зависит чувствительность всего РПУ. Для получения минимально-
го ШПр необходимо в преселекторе использовать малошумящие усилитель-
ные элементы.
Другое важное требование, предъявляемое к преселектору, - это ли-
нейность его амплитудной характеристики. Есть три основных пути борьбы с
нелинейными эффектами. Первый - это применение высокоэффективных се-
лективных цепей до первого усилительного элемента. Второй - обеспечение
минимального усиления каскадов до фильтра основной селекции. С этой точ-
ки зрения, усиление сигнала в преселекторе должно быть минимальным, что
приводит к возрастанию влияния шумов последующих каскадов на общие
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
355
шумы приемника и в конечном счете - к ухудшению его чувствительности.
Таким образом, требования к получению хорошей линейности и высокой
чувствительности противоречат друг другу. Третий путь, дополняющий пер-
вые два, состоит в применении в УРЧ преселектора всех возможных способов
снижения нелинейных эффектов.
Характерной деталью преселектора современных РПУ является атте-
нюатор, включаемый, как правило, между антенной и УРЧ приемника. Этот
аттенюатор обеспечивает снижение уровня входного сигнала на 30...40 дБ
ступенями - обычно по 10 дБ каждая. Таким способом удается существенно
расширить динамический диапазон приемника при приеме сильных сигналов.
При этом динамический диапазон расширяется за счет снижения чувстви-
тельности РПУ. Переключение аттенюатора может быть как с ручным, так
и с автоматическим управлением.
Для уменьшения нелинейных эффектов между антенной и первым уси-
лительным элементом часто включается в перестраиваемом преселекторе
двухконтурный (реже трехконтурный) полосовой фильтр, который обеспечи-
вает значительное затухание при расстройке на 10%. Еще одну резонансную
цепь (одиночный контур или полосовой фильтр) обычно располагают непо-
средственно перед первым смесителем При этом повышается реальная се-
лективность приемника и уменьшается просачивание в антенну напряжения с
частотой гетеродина, что уменьшает взаимные помехи между различными
РПУ. Для работы в сложной в отношении электромагнитной совместимости
обстановке многие современные ПРПУ укомплектовываются дополнитель-
ным отдельным блоком высокоизбирательного преселектора.
Выбор типа и числа преобразователей частоты в РПУ определяется
следующими основными соображениями. Для уменьшения числа побочных
каналов приема и для упрощения РПУ число преобразований в приемнике
должно быть сведено к минимуму. Каждое преобразование частоты должно
быть по возможности линейным по сигналу, ибо нарушение этого условия
приводит к искажениям сигнала и увеличению числа побочных каналов. Для
увеличения чувствительности приемника преобразователь частоты (особенно
первый) должен иметь по возможности больший коэффициент передачи по
мощности и меньший коэффициент шума. Повышение реальной селективно-
сти РПУ и уменьшение уровня помех в побочных каналах приема достигает-
ся включением на входе и выходе преобразователя частоты высокоселектив-
ных фильтров.
Другим важнейшим вопросом, связанным с преобразованием частот
в РПУ, является выбор промежуточных частот. От выбора ПЧ зависит целый
ряд показателей приемника, сложность системы стабилизации частот и се-
лективных цепей и т.д.
При выборе ПЧ в первую очередь руководствуются следующими сооб-
ражениями: ПЧ должна находиться вне диапазона принимаемых частот; она
не должна совпадать с частотами мощных станций; для обеспечения более
высокой селективности по зеркальному каналу ПЧ должна быть по возмож-
23*
356
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ности выше а для обеспечения высокой селективности по соседнему каналу -
как можно ниже; желательно выбирать стандартное значение ПЧ.
Выбор ПЧ во многом определяет сложность гетеродина. При использо-
вании высокой первой ПЧ (примерно 70...80 МГц) коэффициент перекрытия
диапазона частот гетеродина будет достаточно малым (около 1,5), что позво-
лит исключить переключение поддиапазонов первого гетеродина. От выбора
ПЧ зависит частотный шаг гетеродина, что также отражается на сложности
его конструкции.
Наибольший интерес представляет выбор первой ПЧ. Рассмотрим два
основных варианта: /ПЧ1 < fmin и /ПЧ1 > /тах, где fmin и /тах - крайние часто-
ты ДКМ диапазона. Выбор высокой ПЧ (при /ПЧ1 > /тах ПРПУ называют ин-
фрадином) имеет ряд преимуществ. При высокой ПЧ легче уменьшить уро-
вень помех в паразитных каналах приема (по ПЧ, зеркальному и комбинаци-
онным каналам). Одновременно легче устранить неопределенность при на-
стройке, поскольку частота зеркального канала лежит далеко за пределами
диапазона настройки цепей преселектора. Высокая первая ПЧ позволяет реа-
лизовать малое просачивание напряжения с частотой гетеродина в цепь ан-
тенны РПУ. И, наконец, при высокой первой ПЧ уменьшаются масса и габа-
риты селективных цепей. Однако выбор высокой /ПЧ] затрудняет сопряжение
настройки контуров гетеродина и преселектора, повышает уровень собствен-
ных шумов гетеродина.
При выборе /ПЧ1 < /min упрощается задача обеспечения высокой селек-
тивности по соседнему каналу, уменьшаются шумы гетеродина. При низкой
ПЧ легче обеспечить требуемую стабильность частот гетеродина. В качестве
примера в табл. 10.1 приведены значения ПЧ ряда ПРПУ.
В современных РПУ обычно выбирается первая ПЧ выше или равной
35...40 МГц. Кроме указанных ранее преимуществ, при таком выборе /ПЧ1
можно осуществить основную селекцию уже в тракте первой ПЧ приемника,
используя для этой цели либо кварцевые фильтры, либо фильтры на керами-
ческой основе.
Специфика связей в ДКМ диапазоне состоит в том, что динамический
диапазон полезного сигнала на входе РПУ может достигать 80... 120 дБ. Это
накладывает жесткие требования на работу системы АРУ, в современных
ПРПУ она обеспечивает изменение выходного напряжения на 4...6 дБ при
изменении входного напряжения на 100 дБ и выше.
Высокие показатели ГТП - малый коэффициент шума, высокая селек-
тивность, малое время настройки, малое просачивание напряжения с часто-
той гетеродина в антенну и другие - можно реализовать только на основе оп-
тимальных схемных решений и высококачественных радиотехнических эле-
ментов, таких как кварцевые и керамические фильтры, мощные высокочас-
тотные транзисторы, диоды Шотки, pin-диоды и т.д. Каждый каскад ГТП оп-
тимизируется по динамическому диапазону и коэффициенту шума.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
357
Таблица 10.1
Приемник /пч1 МГц JПЧ2 ’ МГц /пЧЗ ’ кГц
RO 150 71,6 1,6 —
ML 1000 1,378 0,078 —
Эддистон 058/7 1,235... 1,335 0,25 100
Е1500 42,2 0,2 —
ZOM1 2 0,1 —
Е403 73,03 0,3 —
RA 1218 39, 35...40, 65 2...3 1600
RA 1772 35,4 1,4 —
Призма 37,8 или 42,8 12,8 128
RO 152 71,4 1,4 —
CR 300 139,3 10,7 200
R 1000 38 1,4 —
Н2540 68,6 1,4 —
PR 2250 65 1,4 —
WJ 8888 82,805 10,7 455
ЕК070 81,4 1,4 —
Бригантина 65,128 0,128 —
ЕК 890 41,44 1,44 —
ESH3 75 9 30
IC-R71 70,4515 9,0115 —
Преселектор ГТП, как правило, состоит из входного устройства, атте-
нюатора и усилителя радиочастоты.
Входное устройство. Поскольку первая ПЧ в ГТП чаще всего выбира-
ется наддиапазонной, то включением на входе приемника фильтра нижних
частот с частотой среза около 31 МГц легко обеспечить высокую селектив-
ность по зеркальному каналу и по каналу ПЧ. Этот же фильтр обеспечивает
необходимое ослабление излучения напряжения с частотой гетеродина, что
позволяет располагать несколько приемников близко друг к другу. Обычно
помимо ФНЧ последовательно с ним включается ФВЧ с частотой среза
1,5 МГц для ослабления помех от станций, работающих в диапазонах кило-
метровых и гектометровых волн. Типовая схема ФНЧ и ФВЧ показана на рис.
10.3. Вид входного устройства зависит от способа настройки приемника.
Аттенюатор. Для расширения динамического диапазона между ан-
тенной и входом РПУ включается аттенюатор. В некоторых ПРПУ аттенюа-
тор включается между УРЧ и смесителем. Имеется много схемных реализа-
ций аттенюатора. Так, в отечественном ПРПУ аттенюатор, схема которого
показана на рис. 10.4, состоит из комбинаций реле и резисторов. При подаче
управляющего сигнала на зажим 0 дБ срабатывает реле РЗ, контакт КЗ замы-
кается и сигнал от антенны к входным фильтрам проходит без ослабления.
При подаче управляющего сигнала на зажим 20 дБ срабатывают реле Р1 и Р4,
358
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 10.4
замыкаются контакты К1 и К4, сигнал от антенны ослабляется цепочкой из
резисторов Rl, R2 и R3. При подаче управляющего сигнала на зажим 40 дБ
срабатывают реле Р2 и Р5, замыкаются контакты К2 и К5 и сигнал ослабляет-
ся цепью R4, R5, R6.
На рис. 10.5 приведена схема аттенюатора, представляющего собой
обычный двойной Т-мост на pin-диодах Д1...Д5. Характерной особенностью
аттенюатора является поддержание постоянными входного и выходного со-
противлений. Для этого используется перераспределение токов в выводах
аттенюатора (сумма коллекторных токов транзисторов сохраняется неизмен-
ной). Интермодуляционные искажения в подобных аттенюаторах ослабляют-
ся на 85 дБ при действии двух сигналов с уровнями 1 В. Другой вариант ат-
тенюатора с pin-диодами показан на рис. Ю.о. Управляет диодами транзистор
Т1 при изменении смещения на его базе с помощью резистора R. При нуле-
вом напряжении регулировки диоды Д1 и Д2 закрыты, ДЗ открыт и затухание
аттенюатора минимально (примерно 1,5 дБ). При минимальном напряжении
регулировки Д1 и Д2 открыты, а ДЗ - закрыт и затухание аттенюатора 45 дБ.
При некоторых изменениях в схеме можно управлять затуханием аттенюато-
ра от цепи АРУ приемника.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
359
Рис. 10.5
Рис. 10.6
Усилитель радиочастоты. К УРЧ ПРПУ предъявляют два основных
требования: малый коэффициент шума Ш и высокая линейность. Для полу-
чения малого Ш в УРЧ применяют малошумящие полевые и биполярные
транзисторы. При разработке УРЧ с высокой степенью линейности исполь-
зуются: оптимальный по нелинейным эффектам выбор схемы включения
транзисторов и принципиальной схемы; разработка специальных новых тран-
зисторов; выбор оптимального режима транзисторов по постоянному току и
динамического режима усилителя; выбор типа транзистора; введение линей-
360
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ной отрицательной обратной связи; применение нелинейных корректирую-
щих цепей и подача сигнала вперед; использование динамической нагрузки и
др. Более подробно вопросы разработки УРЧ с повышенной линейностью
рассмотрены в [27].
Преобразователи частоты и тракт промежуточных частот. По-
скольку преселектор в РПУ имеет достаточно широкую полосу пропускания,
на общую линейность и результирующий коэффициент шума ГТП сущест-
венное влияние оказывают преобразователи частоты. В современных РПУ
нашли применение три основные схемы преобразователей частоты, в зависи-
мости от типа преобразовательного элемента. Это преобразователи на бипо-
лярных транзисторах, полевых транзисторах и диодные.
Преобразователи на биполярных транзисторах не нашли широкого
применения в РПУ, особенно в качестве первых преобразователей. В основ-
ном используются либо преобразователи на полевых транзисторах, либо
кольцевые преобразователи.
Схема первого преобразователя частоты приемника Hydrus на полевых
транзисторах в каскодном включении показана на рис. 10.7. Вместо каскод-
ного включения двух транзисторов можно использовать МОП-транзистор
с двумя затворами. В таком преобразователе сигнал подается на первый за-
твор, а напряжение гетеродина - на второй.
Рис. 10.7
Находят применение балансные преобразователи частоты на полевых
транзисторах. Схема балансного преобразователя частоты на полевых тран-
зисторах с 50-омными и входным, и выходным сопротивлениями показана на
рис. 10.8. Этот преобразователь понижает интермодуляционные искажения
третьего порядка на 68 дБ при действии на его входе двух сигналов с ампли-
тудой 176 мВ.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
361
Рис. 10.8
В двойных балансных преобразователях на полевых транзисторах,
обеспечивающих на 3 дБ лучшее подавление продуктов нелинейности
третьего порядка, значительно сильнее ослабляется просачивание напряже-
ния с частотой гетеродина в антенну, однако эти преобразователи требуют
большей мощности гетеродина. Балансные преобразователи чувствительны к
изменениям нагрузки, к тому же нарушается симметрия их схемы при работе
на высоких частотах. Обычно в них используют специальные полевые тран-
зисторы с чисто емкостным входным сопротивлением. Для обеспечения ак-
тивной нагрузки в широком диапазоне частот преобразователь может нагру-
жаться на двухтактный усилитель промежуточной частоты на полевых тран-
зисторах, включенных по схеме ОЭ.
Широкое распространение в современных РПУ нашли кольцевые пре-
образователи частоты на полупроводниковых диодах (рис. 10.9). Они имеют
низкий уровень шумов и большой линейный участок амплитудной характе-
ристики, однако обладают значительными потерями при преобразовании.
Использование в преобразователях диодов Шотки позволяет достигнуть
лучшее согласование по сравнению с обычными кремниевыми или германие-
выми диодами. Для расширения динамического диапазона применяется двух-
тактная схема.
К усилителю первой промежуточной частоты обычно предъявляют
достаточно высокие требования по линейности, поэтому все способы повы-
шения линейности УРЧ применимы при построении УПЧ1. В качестве при-
мера на рис. 10.10 приведена схема УПЧ1 профессионального РПУ на мощ-
ных малошумящих высоколинейных БТ (BFT66), включенных по схеме ОБ,
выходное сопротивление усилителя 50 Ом. Введена специальная цепь сме-
щения транзисторов в виде источников тока, которая обеспечивает их высо-
кую температурную стабильность. Возможен вариант схемы УПЧ с двух-
тактным оконечным каскадом на р-п-р и п-р-п транзисторах. Основное уси-
ление в ПРПУ, как правило, обеспечивается в тракте второй ПЧ, в современ-
ных ПРПУ УПЧ2 реализуются на интегральных схемах.
362
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 10.9
Рис. 10.10
В цепях основной селекции РПУ в настоящее время основное примене-
ние нашли кварцевые фильтры. Необходимо отметить, что в последние годы
фильтровая техника достаточно интенсивно развивается. Появляются и совер-
шенствуются новые типы фильтров, базирующиеся на достижениях акусто-
электроники, микроэлектроники и т.д. Так, в современных ПРПУ широко ис-
пользуются монолитные кварцевые фильтры, представляющие собой решетку
из электродов, попарно осажденных на поверхности кварцевой подложки. Па-
ры электродов действуют как резонаторы, а участки между ними - как элемен-
ты связи. По сравнению с прежними типами кварцевых фильтров, собираемых
из дискретных компонентов, монолитные фильтры обладают более высокой
надежностью и позволяют обеспечить дальнейшую миниатюризацию ПРПУ.
Диапазон рабочих частот монолитных кварцевых фильтров 2,5... 150 МГц, а
полоса пропускания составляет 0,001...0,3 % от средней частоты фильтра. Ста-
бильность параметров монолитных фильтров (1,5...2)-10“б в интервале темпе-
ратур от -10 до +15°С. Однако с увеличением верхней i раницы диапазона ра-
бочих частот усложняется согласование монолитных фильтров с внешними
цепями. Как одно из решений этой задачи, в гибридно-пленочном исполнении
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
363
созданы в виде одной микросхемы монолитные кварцевые фильтры с согла-
сующими устройствами - аттенюаторами и усилителем. Перспективны фильт-
ры на поверхностных акустических волнах (ПАВ-фильтры), которые обладают
рядом достоинств, в том числе малыми габаритами и массой, низкой стоимо-
стью и высокой воспроизводимостью параметров. Находят применение в
ПРПУ электромеханические фильтры и фильтры на керамической основе.
Упрощенная схема кварцевого фильтра в ПРПУ для выделения первой
ПЧ, равной 45 МГц, приведена на рис. 10.11. Фильтр имеет полосу пропускания
15 кГц на уровне 3 дБ, за пределами полосы затухание фильтра составляет 50 дБ.
Поскольку его входное и выходное сопротивления равны 7000 Ом, необходимы
дополнительные цепи для согласования с предыдущим и последующим каска-
дами. С учетом согласующих цепей и дополнительной экранировки фильтр
обеспечивает результирующее внеполосное затухание примерно 70 дБ.
Рис. 10.11
S.gE
S.gS
f.xTu
f кГц
Рис. 10.12
364
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Частотная характеристика рис. 10.12, а типична для кварцевых фильт-
ров. В кварцевых фильтрах с входными «тороидальными» трансформаторами
возникают при высоких уровнях входных сигналов существенные интермо-
дуляционные помехи. Два сигнала с амплитудами 1 В на 50-омном входе
фильтра не должны образовывать продукты интермодуляции второго и
третьего порядков выше 85 дБ. Для реализации такого уровня интермод) ля-
ционных искажений можно применить схему рис. 10.12, б.
Основная селекция в ГТП в зависимости от вида принимаемого сигна-
ла, как правило, обеспечивается с помощью переключаемых фил{ трое, число
которых может быть значительным. Можно использовать фильтр с перемен-
ной полосой пропускания.
10.4. Синтезаторы частот
Стабильность частоты настройки. Методы синтеза частот. Одной
из причин нестабильности частоты настройки в РПУ является изменение во
времени параметров электрических цепей вследствие изменения внешних
условий, старения, механических сотрясений и вибраций и т.д. Однако этот
фактор нестабильности в современных РПУ достаточно легко устраним.
Главной причиной частотной нестабильности в РПУ до настоящего времени
остаются случайные изменения частот гетеродинов, ведущие к изменениям
промежуточных частот.
Использование в гетеродинах РПУ диапазонных стабилизированных
LC-генераторов не позволяет реализовать стабильность выше 10-4. В совре-
менных РПУ высокостабильные гетеродины выполняются на основе генера-
торов с кварцевой стабилизацией, с термостатированием и с использованием
современных высокочастотных кварцевых пластин. Такие опорные генерато-
ры (ОГ) позволяют реализовать стабильность Ю’Л.ЛО"9. Отметим, что высо-
костабильный кварцевый ОГ совместно с устройством термостатирования,
генерирующий колебание одной частоты, представляет собой достаточно
сложное и дорогое устройство. Поэтому, естественно, нецелесообразно ис-
пользовать в РПУ для приема сигнала каждой станции отдельный кварцевый
генератор, так как в этом случае РПУ в целом было бы чрезвычайно дорогим.
Наиболее широкое использование в РПУ для стабилизации частот нашла
система частотного синтеза частот. Синтезатор частот, схема которого дана на
рис. 10.13, включает в себя высокостабильный ОГ, генератор гармоник часто-
ты ГГ и систему синтеза выходных частот С. В дальнейшем систему синтеза
частот будем называть синтезатором частот (СЧ); при этом ряд специалистов
не причисляет к СЧ опорный генератор. Применение СЧ в современных ПРПУ
наряду с существенным повышением стабильности частоты настройки и
уменьшением ее времени позволило автоматизировать настройку ПРПУ, т.е.
настроить ПРПУ по заданной программе при местном и дистанционном управ-
лении, повысить надежность приемников.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
365
Рис. 10.14
В простейшем СЧ напряжение от ОГ подается на ГГ (см. рис. 10.13),
напряжение на выходе которого обогащается высшими гармоническими со-
ставляющими. После ГГ ставится узкополосный фильтр, выделяющий тре-
буемую рабочую частоту. При этом частота колебаний на выходе СЧ всегда
кратна частоте ОГ, а стабильность определяется стабильностью его частоты.
Однако такие СЧ работоспособны при ограниченном числе рабочих частот.
Естественно, при использовании этих колебаний в качестве гетеродинных
напряжений приемник сможет осуществлять прием только определенных ра-
диостанций, работающих на фиксированных частотах. Однако в нем может
быть предусмотрена возможность плавной подстройки частоты. Эта под-
стройка необходима как для ликвидации ухода частоты передатчика, так и
для настройки приемника на частоты, находящиеся в промежутке между дис-
кретными значениями частот на выходе СЧ. Перестройка ОГ для этих целей
нежелательна, так как при этом ухудшается его стабильность.
Можно построить СЧ, частота которого плавно меняется в определенном
диапазоне частот, если использовать интерполяционный метод; схема такого
СЧ представлена на рис. 10.14. На преобразователь частоты Пр подается два
колебания: одно - от высокостабильного ОГ с частотой /ог, другое - от ин-
терполяционного (перестраиваемого по частоте) генератора ИГ с частотой ко-
лебаний /иг. На выходе Пр получают токи различных частот: for, /иг,
/ог - /иг • Фильтр Ф выделяет из всех частот одну комбинационную - суммар-
ную или разностную. Пусть фильтр выделяет суммарную частоту. Тогда коле-
бание на выходе фильтра Ф имеет частоту f = /ог + /иг. Поскольку частота ИГ
плавно меняется от минимального значения /иг min до максимального /ИГтах,
то частота колебания на выходе СЧ также будет меняться в диапазоне частот
ОТ /min ~ for '•’/игmin /max ~ /ог /игmax •
В рассматриваемых СЧ обычно /ог > > /иг. Частота ОГ высокоста-
бильна, стабильность же частоты ИГ не высокая, так как этот генератор
плавно перестраиваемый. Поскольку /иг « /ог, нестабильность частоты ИГ
мало влияет на общую нестабильность частоты на выходе СЧ. Чем ниже час-
тота /иг, тем в большей степени определяется стабильность частоты на вы-
ходе СЧ стабильностью частоты ОГ. Однако с понижением частоты ИГ
366
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
уменьшается диапазон частот, в пределах которого меняется частота СЧ, при
этом труднее расфильтровать комбинационные частоты.
Большее число фиксированных частот можно получить в СЧ, исполь-
зующих принцип многократной интерполяции. Этот принцип состоит в том,
что колебание с выхода фильтра Ф (см. рис. 10.14) подается на последующие
узлы, состоящие из преобразователя, ИГ и фильтра.
Колебание требуемой гармоники частоты ОГ выделяется после ГГ уз-
кополосным фильтром. Частотная составляющая фильтруется и на выходе
синтезатора С (см. рис. 10.13). К фильтрам предъявляются очень высокие
требования. Это объясняется тем, что колебание на выходе СЧ должно обла-
дать высокой спектральной чистотой. В результате преобразований опорного
колебания в различных каскадах синтезатора С в спектре выходного напря-
жения появляются различные паразитные составляющие (паразитные ампли-
тудная и угловая модуляции, побочные колебания). Попадание этих паразит-
ных составляющих на преобразователи приемника может привести к ухуд-
шению его реальной селективности, к снижению помехоустойчивости при-
нимаемого сообщения. Поэтому обеспечение чистоты спектра на выходе це-
пей синтеза крайне важно.
Естественно, в первую очередь необходимо свести к минимуму причи-
ны, вызывающие «загрязнение» выходного спектра. Это обеспечивается пра-
вильным выбором уровня входного сигнала и режима преобразовательных
каскадов, необходимой фильтрацией в цепях питания, выбором нужных де-
талей и узлов и т.д. Однако несмотря на все эти мероприятия, спектр выход-
ного напряжения будет «загрязненным». Тогда необходимо осуществить
фильтрацию выходного напряжения. Обеспечить фильтрацию нужной гар-
монической составляющей с помощью резонансных систем простыми спосо-
бами не удается. Для этого широко используются компенсационные цепи,
а также фильтрующие свойства цепи ФАПЧ.
Принцип работы компенсационной цепи, схема которой дана на рис.
10.15, в следующем. В преобразователе Пр1 частоты всех составляющих
входного спектра понижаются. В зависимости от настройки плавного генера-
тора в фильтр попадает нужная составляющая спектра входного колебания
(для рассматриваемого случая составляющая с частотой /2), остальные после
преобразования окажутся ослабленными фильтром. Во втором преобразова-
теле Пр2 частота нужной составляющей восстанавливается. Отметим две
особенности рассмотренной цепи. Во-первых, фильтрация производится на
частоте, значительно более низкой, чем частота входного напряжения, что
позволяет конструктивно легче осуществить узкополосную фильтрацию. Во-
вторых, из-за двукратного преобразования частоты требуемой составляющей
спектра входного напряжения компенсируется нестабильность частоты гене-
ратора с плавной настройкой и к нему не надо предъявлять высоких требова-
ний по стабильности.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
367
Рис. 10.15
Фильтрацию составляющей можно обеспечить и с помощью цепи
ФА1 14 (рис. 10 16). В этом случае нужная спектральная составляющая вход-
ного напряжения (с частотой /2) используется для синхронизации генерато-
ра той же или близкой частоты. Входное напряжение и напряжение от гене-
ратора подаются на фазовый детектор ФД. Напряжение на выходе ФД опре-
деляется разностью фаз входных напряжений. В режиме синхронизации на-
пряжение на выходе ФД равно нулю. Если генератор Г оказывается расстро-
енным по угловой частоте относительно /2 на малое значение, то между
входным колебанием и колебанием от Г возникает нарастающий сдвиг фаз.
При этом на выходе ФД появляется медленно меняющееся переменное на-
пряжение несинусоидальной формы, которое через ФНЧ подводится к управ-
ляющему элементу УЭ. Последний подстраивает частоту генератора Г. Как
только напряжение с выхода ФД станет достаточно большим, компенсирует-
ся уход частоты Г, т.е. наступит режим синхронизации. В этом режиме часто-
та генератора Г равна частоте спектральной составляющей входного напря-
жения, которую необходимо отфильтровать. При этом ФД вырабатывает по-
стоянное напряжение, величина и полярность которого определяются вели-
чиной и знаком разности фаз входного колебания и колебания от Г.
<ад фнч
Рис. 10.16
В качестве управляющего элемента чаще всего используются варакторы,
включаемые в колебательный контур генератора. Отметим, что процесс уста-
новления режима работы системы ФА114 требует определенного времени, дру-
гими словами, система ФАПЧ обладает значительной инерционностью.
368
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Применение в ПРПУ СЧ позволяет существенно увеличить число при-
нимаемых частот. При этом сетка выходных частот может быть получена ме-
тодами прямого и косвенного синтеза. Метод прямого (пассивного) синтеза
состоит в том, что любая требуемая частота гетеродина может быть получена
из частоты одного высокостабильного кварцевого генератора путем ее про-
стых преобразований - умножения, деления, сложения и вычитания. Система
СЧ, построенная по методу прямого синтеза, может состоять из устройств
одного типа, например сумматоров, или из их комбинаций. Стабильность
частот колебаний на выходе определяется стабильностью эталонной частоты
ОГ. Как правило, фильтрация колебания на выходе подобных СЧ обеспечи-
вается без применения кольца ФАПЧ или кольца компенсации.
При косвенном синтезе (метод анализа, активный синтез) сетка выход-
ных частот получается суммированием, умножением или делением гармоник
частоты ОГ с использованием вспомогательного генератора. Характерным
для косвенного синтеза является наличие петли ФАПЧ, что обеспечивает вы-
сокую спектральную чистоту выходного напряжения.
Синтезаторы частот, построенные на основе прямого или косвенного
синтеза, могут быть реализованы либо целиком на аналоговых элементах,
либо на основе цифровой элементной базы. С этой точки зрения СЧ можно
подразделить на аналоговые и цифровые.
Аналоговые синтезаторы частот. Существует много вариантов по-
строения аналоговых СЧ для получения сетки выходных частот методом
прямого синтеза. Например, используя принцип многократной интерполяции,
можно создать СЧ, в котором вспомогательные частоты получают не от
кварцевых ИГ, а от одного ОГ, частота которого подвергается необходимым
преобразованиям. Широкое распространение нашли СЧ, построенные по
принципу декадного набора частот, который сводится к следующим последо-
вательным операциям:
1) от ОГ с частотой /ог, кратной 10, получают ряд гармонических со-
ставляющих;
2) одну из гармоник выбирают декадным переключателем частоты,
имеющим 10 положений (от 0 до 9);
3) выбранную составляющую частоты складывают с уменьшенной в 9
раз частотой опорного колебания; при этом необходимо, чтобы первая цифра
числового выражения суммарной частоты соответствовала номеру положе-
ния декадного переключателя;
4) частоту суммарного колебания делят на 10, что переводит введенную
цифру на порядок ниже;
5) колебание с этой частотой используют как опорное для следующего
аналогичного блока (декады) СЧ, в котором осуществляются выбор своей
гармонической составляющей ОГ и сложение ее с колебанием от предыду-
щей декады; при этом в новом суммарном колебании номер положения пере-
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
369
ключателя данной декады соответствует первой цифре числового значения
суммарной частоты;
6) частоту суммарного колебания опять делят на 10, полученное коле-
бание используют как опорное для следующей декады и т.д.
Построенный по такому принципу СЧ обеспечивает на своем выходе
колебание с частотой, значение которой совпадает с показателями декадных
переключателей. Принцип работы такого СЧ поясним с помощью схемы рис.
10.17. Высокостабильный ОГ работает на частоте /ог. В ГГ образуется де-
сять опорных частот fk... fia, кратных частоте /ог. Опорные частоты связаны
с /ог соотношением fn= (п- 1)/ог, где и = 0,1,2,...,9. С помощью де-
кадных переключателей П|...П* (в общем случае их может быть произволь-
ное число к) можно подать на соответствующий преобразователь частоты
одну из частот f0... f9. При этом номер переключателя П должен совпадать с
номером частоты, которую он выбирает. Так, если П стоит в положении
пк = 3, то это означает, что на его выходе действует напряжение с частотой
Уз и т.д. Напряжение с выхода П подается на преобразователь Пр, на кото-
рый поступает второе напряжение: для Пр1 - это напряжение с частотой
для всех остальных преобразователей Пр2...ПрК - это напряжение с
выхода предыдущей декады. Полосовые фильтры Ф|...Ф* выделяют суммар-
ное по частоте напряжение с выхода преобразователей. После фильтрации
частота выделенного напряжения делится на 10 и полученное напряжение
используется как опорное для следующей декады.
Частота колебаний на выходе делителя Д1 первой декады равна
(/i/9+ynl):10. С учетом значения /я1 получаем /i/9 + for[(ni -1)/ю]. На вы‘
ходе делителя Д2 второй декады частота колебания равна
У/9 + Zorfci “i)/102 + fa "О/*0] • Аналогично, выходная частота СЧ
/вь,х = Ю/,/9 + /orlfa " + fa -1)/10‘-? + ... + (nk -1)] ,
где к - число декад, а пк =0,1,2,...,9 - номер положения переключателя П*.
Положим, что такой СЧ имеет пять декад, т.е. к = 5. Для наглядности будем
считать, что частота = /ог = 1 МГц, другими словами, на выходе ГГ дейст-
вует десять гармоник ОГ - от первой до десятой. Тогда
L = Ю6 [10/9 + (и, -1)/104 + (и2 -1 )/103 + (и3 -1)/102 + (и4 -1)/10 + (п5 -1)].
Если все переключатели установить в положения n = 1, то минимальная
частота на выходе СЧ будет равной 1,1111 МГц, при этом значение этой час-
тоты совпадает с номерами показаний переключателей П. Если все П устано-
вить в положения п = 9, то /вых = 9,9999 МГц. Нетрудно показать, что уста-
навливая переключатели П в любые положения от и = 1 до и = 9, будем по-
лучать колебания на выходе СЧ, значения частот которых совпадают с поло-
24 - 5869
370
Системы и устройства коротковолновой раочосв! зи
жениями декадных переключателей П. Шаг перестройки в рассмотренном
примере составляет 100 Гц. В общем случае шаг перестройки частоты на вы-
ходе СЧ, построенного по схеме рис. 10.17, равен /ог/10*-1. Отсюда видно,
что с увеличением числа декад шаг перестройки делается все меньше
Рис. 1U.17
Преимуществом СЧ, построенных по методу прямого синтеза, является
теоретически неограниченная возможность уменьшения шага перестройки за
счет увеличения числа декад. К тому же имеется возможность построить СЧ
с многократным использованием однотипных узлов и блоков, что снижает
стоимость изготовления СЧ, упрощает его настройку, ремонт и эксплуата-
цию. Построенные по методу прямого синтеза СЧ включают большое число
пассивных узлов, однако их инерционность сравнительно невелика, что по-
зволяет реализовать малое время установления требуемой частоты выходного
колебания.
Основной недостаток СЧ, построенных по методу прямого синтеза, со-
стоит в трудности получения высокой спектральной чистоты выходного ко-
лебания. Более высокую спектральную чистоту выходного колебания можно
реализовать в СЧ, построенных по методу косвенного синтеза частот.
Как уже говорилось, в СЧ, построенных по методу косвенного синтеза,
для фильтрации требуемого колебания применяется либо кольцо компенса-
ции, либо кольцо ФАПЧ. В ПРПУ метод компенсации (или, как говорят,
принцип «стабилидина») удачно сочетается с двойным преобразованием час-
тоты принимаемою сигнала. Этот принцип широко используется в ПРПУ.
Принцип «стабилидина» поясним с помощью рис. 10.18
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
371
Путем преобразования колебания ОГ в ГГ получают большое число
гармоник частоты. Эти гармоники совместно с частотой первого гетеродина
преобразуются в ПрЗ в ряд комбинационных частот, одна из которых, а
именно /п—л/or» выделяется фильтром Ф1. При этом номер гармоники п,
как правило, определяет номер рабочего поддиапазона. Напряжение с выхода
Ф1 смешивается в Пр4 с колебанием ИГ. Фильтр Ф2 выделяет колебание с
частотой /Г1 — н/ог + /иг, которое используется в качестве напряжения второ-
го гетеродина. Вторая ПЧ
/пЧ2 = /г2 — /пч 1 = /п — nfОГ + /иг “ /г! + /ш ~ /ш “ и/оГ + /иг •
Таким образом, нестабильность частоты и неточность настройки перво-
го гетеродина в приемнике, построенном по принципу стабилидина, после
двух преобразований частоты компенсируется. Источником нестабильности в
приемнике остаются ОГ и ИГ. Отметим, что в рассмотренной схеме колеба-
ния первого гетеродина отличаются достаточно высокой спектральной чисто-
той, что уменьшает возможность возникновения паразитных каналов при
приеме.
В рассмотренной схеме на рис. 10.18 частота первого гетеродина опре-
деляет номер рабочего поддиапазона, т.е. обеспечивает настройку приемника
с шагом, равным частотному интервалу поддиапазона. Если использовать
принцип стабилидина дважды или более, то шаг настройки можно сделать
настолько малым, что отпадает необходимость в ИГ.
Синтезатор частот (рис. 10.19), построенный по методу косвенного
синтеза, использующий кольцо ФАПЧ, состоит из управляемого по частоте
перестраиваемого генератора Г, частота колебаний которого определяет час-
тоту колебаний на выходе СЧ. Поскольку на выходе такого СЧ действует
только одно высокостабильное колебание от генератора Г и далеко отстоя-
щие от основной частоты гармоники, удается получить высокую спектраль-
ную чистоту выходного колебания. Стабильность выходного колебания
обеспечивается тем, что частота генератора Г сравнивается с точностью до
24*
372 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
фазы с высокостабильной частотой вспомогательного генератора ВГ. Для
сравнения используется фазовый детектор ФД, включаемый в цепь ФАПЧ
генератора Г. Частота генератора fr в общем случае не равна частоте генера-
тора /вг, поэтому в рассмазриваемом СЧ предусматривается тракт анализа
частоты /г ТАЧ, преобразующий частоту /г в частоту /вг. Такое преобра-
зование можно сделать двумя путями: суммированием (вычитанием) и деле-
нием частоты fr. Умножение частоты, как правило, не применяется, по-
скольку при этом уровень побочных составляющих возрастает. В соответст-
вии с этим различают две разновидности СЧ.
Рис. 10.19
Рассмотрим простейший случай, когда частота /г = /вг, и зракта пре-
образования частоты fr как такового не требуется. Так, в СЧ по схеме рис.
10.20 осуществляют прямой синтез частот с фильтрацией с помощью типово-
го кольца ФАПЧ. Синтезатор работает следующим образом. Напряжения от Г
с частотой /г и от ГГ с одной из частот /,... fn, близкой или равной частоте
/г, подается на ФД. В качестве источника напряжения с частотой /вг ис-
пользуется ГГ (/вг равняется одной из гармоник ОГ).
При /г не равной fn на выходе ФД появляется управляющее напря-
жение, которое после ФНЧ поступает на управляющий элемент УЭ. Элемент
вызывает изменение частоты генератора Г. Режим устанавливается (генера-
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
373
тор Г входит в режим синхронизации), когда выполняется условие /г - fn.
Перестраивая генератор Г, получаем на выходе СЧ дискретную сетку частот
у — f„ с п декадами. Недостаток такого СЧ - в ограниченном числе колеба-
ний на его выходе.
Рассмотрим принцип построения СЧ с вычитанием частоты в тракте
преобразования частоты Jr. Схема такого СЧ показана на рис. 10.21. По
сравнению с СЧ, построенным по схеме рис. 10.20, добавлены преобразова-
тель частоты Пр и вспомогательный высокостабильный генератор ВГ. Часто-
та генератора Г в установившемся режиме fr = fn + fBr, а частота колебания
на выходе преобразователя fr-fn = Увг При изменении частоты генератора
Г частота на выходе Пр становится отличной от /вг, появляется напряжение
на выходе ФД, которое через УЭ компенсирует расстройку генератора Г. Ес-
ли использовать т гармоник частоты генератора ВГ, то общее число частот,
получаемых в данном СЧ с одним преобразователем в кольце ФАПЧ, соста-
вит пт.
Рис. 10.21
Увеличить число частот, получаемых на выходе СЧ, можно путем при-
менения двукратного вычитания частоты. Схема такого СЧ показана на рис.
10.22, он работает аналогично СЧ по схеме рис. 10.21. В установившемся ре-
жиме Уг = У„ + Увп + Увгг * число возможных выходных частот равно nml, где
/ - число используемых гармоник частоты генератора ВГ2. Можно и дальше
увеличивать число вычитаний в кольце ФАПЧ, что приведет к возрастанию
общего числа частот на выходе СЧ и уменьшению шага перестройки. Однако
получение шага меньше 100...200 Гц наталкивается на ряд трудностей при
реализации СЧ.
Структурная схема СЧ, построенного методом косвенного синтеза
с делением частоты в тракте анализа частоты, показана на рис. 10.23. Эта
схема отличается от типовой схемы ФАПЧ наличием делителя частоты с пе-
ременным коэффициентом деления ДПКД, который делит частоту генератора
Г на п; синхронизация в рассматриваемом СЧ наступает при частоте ОГ
374 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
fc = fT/n. Изменяя коэффициент деления п и одновременно перестраивая Г,
можно изменять частоту на выходе СЧ. Отметим, что уменьшение уровня
побочных спектральных составляющих в СЧ, построенных по методу кос-
венного синтеза, достигается увеличением времени установления частоты
выходного колебания.
Рис. 10.22
Рис. 10.23
Цифровые синтезаторы частот. В последнее время СЧ строят на ос-
нове элементов цифровой схемотехники. Такие СЧ называются цифровыми.
Цифровые СЧ, как и аналоговые, могут быть посгроены на основе метода
синтеза частот либо прямого, либо косвенного. Цифровые СЧ, по сравнению
с аналоговыми, как правило, выполняются на интегральных и больших инте-
гральных схемах. Это резко повышает надежность, уменьшает их габариты
и массу, упрощает регулировку и налаживание в процессе производства. При
применении цифровых СЧ в ПРПУ значительно легче реализуется дистанци-
онное управление приемником.
В цифровых СЧ, построенных по методу прямого синтеза, колебание
требуемой частоты / формируется из потока импульсов, частота следова-
ния которых /ог >> /вых. Упрощенная структурная схема такого СЧ показана
на рис. 10.24. Генератор ОГ вырабатывает гармоническое напряжение с час-
10. Профессиональные радиоприем--ые устройства ДКМ диапазона 375
тотой /ог, которое преобразуется в формирующем устройстве ФУ в однопо-
лярную последовательность коротких по длительности импульсов с частотой
следования /ог. Далее эти импульсы поступают на селектор импульсов СИ,
который выделяет из потока входных импульсов последовательность им-
пульсов, частота следования которых ft = 2/вых. Частота следования импуль-
сов СИ задается программирующим устройством ПУ. С выхода СИ последо-
вательность импульсов воздействует на триггер Тг, на выходе которого фор-
мируется последовательность импульсов со скважностью, равной или близ-
кой к двум, и частотой следования /вых = fj2. Фильтр нижних частот ФНЧ
выделяет из этой последовательности импульсов квазигармоническое коле-
бание требуемой частоты /вых.
Рис. 10.24
В СЧ, используемых в ПРПУ, необходимо получить сетку выходных
частот с определенным шагом Д/. При этом частоты /ог и /вых, как правило,
отличаются друг от друга на число, содержащее помимо целой еще и дроб-
ную часть. Поэтому СИ не является обычным делителем частоты. При нали-
чии дробной части в отношении /ог/f СИ должен обеспечить на своем вы-
ходе последовательность импульсов в те моменты времени, в которые во
входной последовательности импульсов нет. Этого можно добиться, исполь-
зуя сложение нескольких последовательностей импульсов. Цифровые СЧ,
построенные по методу прямого синтеза, обладают высокой скоростью пере-
стройки; вместе с тем уровень побочных составляющих спектра колебания на
его выходе значительно выше, чем в цифровых СЧ, построенных по методу
косвенного синтеза.
На рис. 10.25 показана структурная схема простейшей системы косвен-
ного цифрового синтеза. Она отличается от схемы СЧ, построенного по схеме
рис. 10.23, тем, что имеются специальные формирующие устройства ФУ1 и
ФУ2 для преобразования напряжений ОГ и Г в однополярные последователь-
ности импульсов с частотами следования соответственно /ог и /г. Часто
между ФУ1 и импульсным фазовым детектором ИФД включается импульс-
ный делитель частоты Д с постоянным коэффициентом деления т, который
понижает частоту ОГ до значения, при котором система работоспособна.
376
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
В ДПКД частота следования импульсов делится в п раз и эти импульсы
совместно с импульсами с частотой fov/m поступают на ИФД. Сигнал
ошибки с выхода ИФД через УЭ воздействует на генератор Г, и кольцо
ФАГТЧ замыкается. Следовательно, на выходе Г частота колебания
=xfvf/изг таким образом, частота может изменяться регулировкой коэф-
фициентов деления т и п, шаг сетки выходных колебаний равен for/m.
В подобных цифровых СЧ достаточно просто достигается увеличение числа
рабочих частот с одновременным уменьшением шага сетки выходных частот
при заданном диапазоне изменения частоты генератора Г. Для этого необхо-
димо увеличить коэффициент деления ДПКД и уменьшить частоту /ог (либо
увеличить коэффициент т). Однако при этом существенно возрастает время
установления колебаний на выходе СЧ. К тому же при очень низкой частоте
/ог в СЧ, построенном по схеме рис. 10.25, не устраняются относительно
быстрые изменения частоты перестраиваемого генератора Г.
Уменьшения шага сетки выходных частот можно достичь включением
на выходе системы дополнительного делителя частоты с коэффициентом де-
ления п\, при этом /вых = п/ог/тИ|. С увеличением щ шаг сетки уменьшается,
но одновременно уменьшаются и частота /г, и диапазон ее изменения при
переключении в ДПКД коэффициента деления от nmin до птах. Получить ма-
лый шаг перестройки с широким диапазоном изменения частоты на выходе
СЧ можно, используя два (или более) кольца ФАПЧ и кольцо сложения.
Структурная схема подобного СЧ показана на рис. 10.26. Оба кольца ФАПЧ
работают от одного ОГ с частотой /ог, следовательно, сетка частот напряже-
ний от генераторов Г1 и Г2 равна /ог, частота /Г|=п|/ог’ а частота
/гг = nifov Напряжение с выхода кольца ФАПЧ-1 делится по частоте в 100
раз и подается совместно с напряжением кольца ФАПЧ-2 на суммирующее
кольцо ФАПЧ, состоящее из сумматора в режиме вычитания СВ, генератора
ГЗ и ИФДЗ. В режиме синхронизации напряжение на выходе суммирующего
кольца ФАПЧ, т.е. на выходе СЧ, имеет частоту
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
377
/гз = /п/100 + /Г2 = и]/ог/100 + п2/ог = /ог(10 п.} +иг)’
Следовательно, кольцо ФАПЧ-1 формирует мелкую сетку выходных
частот с шагом Д/( = 10~2пх/ог. а кольцо ФАПЧ-2 - крупную сетку выходных
частот с шагом Д/2 = ; на выходе СЧ получается колебание с частотным
шагом Д/j. Подобный принцип построения СЧ широко используется в со-
временных ПРПУ.
В последнее время находят широкое применение СЧ, построенные с
использованием в кольце импульсной ФАПЧ делителя с дробным перемен-
ным коэффициентом деления. Подобные схемы позволяют реализовать до-
вольно малый частотный шаг и небольшое время установления в одной петле
регулирования. Структурная схема СЧ с кольцом ФАПЧ с делителем с дроб-
ным переменным коэффициентом деления ДДПКД показана на рис. 10.27. На
этой схеме ДДПКД - это ДПКД, коэффициент деления которого периодиче-
ски изменяется по некоторой заданной программе с помощью программи-
рующего устройства ПУ, принимая значения то и, то n +1, где п - целое чис-
ло. В результате такого периодического изменения коэффициента деления
378
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ДПКД в среднем коэффициент деления ДДПКД содержит кроме целого чис-
ла еще и дробное. Действительно, положим что за десять периодов частоты
/ог три периода коэффициент деления ДПКД был равен п, а семь п +1. Тогда
отношение 10/for =3п/fv + 7(п + \)//г ; решая это простое уравнение относи-
тельно /г, получаем /г = (п + 0,7) /ог. В СЧ с ДДПКД для повышения спек-
тральной чистоты выходного напряжения необходимо выбирать наиболее
рациональные чередования коэффициентов деления на п и п+1. Реализовать
ДДПКД можно также с помощью поглотителя импульсов, не пропускающего
по заданной программе определенные импульсы на вход обычного ДПКД.
ОГ ФУ1 ИФД
Рис. 10.27
В ряде ПРПУ нашла применение система цифрового синтеза, обеспе-
чивающая высокостабильную разность частот первого и второго гетеродинов
(высокостабильную вторую промежуточную частоту).
При использовании в СЧ приемника интерполяционного генератора ИГ
общая частотная стабильность ПРПУ, определяемая стабильностью ИГ, сни-
жается. Для повышения стабильности ИГ в приемнике может предусматри-
ваться специальная цифровая система стабилизации частоты ИГ, суть работы
которой состоит в следующем. После настройки приемника на требуемую
частоту включается блок системы стабилизации, в котором частота настрой-
ки измеряется и запоминается. При уходе частоты настройки новое значение
частоты настройки сравнивается со значением частоты, хранящимся в памя-
ти; сигнал ошибки, воздействуя на ИГ, подстраивает его.
10.5. Настройка профессиональных РПУ
Элементы настройки и коммутации. Наиболее типичные элементы
и способы настройки частоты селективных цепей РПУ указаны на рис. 10.28,
используют также сочетания различных перестраиваемых элементов.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона 379
Коммутирующие элементы. К коммутирующим элементам предъявля-
ется целый ряд требований, таких как высокое сопротивление контакта в ра-
зомкнутом состоянии, малое переходное сопротивление контакта в замкну-
том состоянии, малая проходная емкость между контактами в разомкнутом
состоянии на рабочей частоте. В селективных цепях применяются либо меха-
нические, либо электронные коммутирующие элементы. Механические кон-
такты в современных ПРПУ находят крайне ограниченное применение.
Рис. 10.28
Основное применение для коммутации в высокочастотных цепях при-
емников находят герконы и полупроводниковые коммутационные диоды, а в
качестве коммутирующих элементов в высокочастотных избирательных це-
пях РПУ - полупроводниковые коммутационные диоды с электронным
управлением. Они имеют большое сопротивление и малую емкост ь при на-
пряжении обратного смещения и малое дифференциальное сопротивление
при токе прямого смещения. На частотах более 10 МГц целесообразно ис-
пользовать pm-диоды, у которых меньше емкость при обратном смещении
и она очень слабо зависит от обратного смещения.
Коммутируемые фильтры и неперестраиваемый вход. При непере-
страиваемом широкополосном преселекторе антенна, УРЧ и преобразователь
частоты приемника согласуются между собой с помощью широкополосных
трансформаторов. Настройка приемника обеспечивается установкой частот
гетеродина, при этом время настройки минимально. Необходимая селектив-
ность по побочным каналам обеспечивается включением на входе ПРПУ
фильтра нижних частот и выбором наддиапазонной первой ПЧ. Однако такой
способ настройки не нашел широкого распространения из-за трудности реа-
лизации высокой селективности.
380
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Наиболее широко в последнее время используется фильтровой способ
настройки приемников, при котором декаметровый диапазон перекрывается
рядом неперестраиваемых фильтров с запасом по взаимному перекрытию.
Коммутация фильтров обеспечивается цепью управления; число филыров
зависит в основном от требований к селективности и ограничивается сложно-
стью схемы управления. С увеличением числа фильтров легче реализуется
высокая селективность; однако при этом возрастает сложность схемы управ-
ления и снижается надежность работы приемника. При фильтровом способе
настройки используются либо октавные, либо ряд узкополосных фильтров,
примыкающих по частоте.
Поскольку фильтры обычно имеют достаточно широкую полосу про-
пускания, а динамический диапазон входных сигналов весьма велик, то при
фильтровом способе настройки остаются очень жесткие требования к линей-
ности преселектора приемника. Для упрощения управляющего устройства и
для повышения надежности работы приемника целесообразно уменьшить
число коммутирующих элементов во входном устройстве преселектора. Это-
го можно достичь при параллельной работе входных фильтров; при этом все
фильтры по входу запараллелены, а требуемый коммутируется только по вы-
ходу.
Настройка изменением емкости. При емкостной настройке резонанс-
ных цепей можно использовать конденсатор переменной емкости (КПЕ) с
воздушным диэлектриком, дискретный конденсатор, варактор, вариконд и
реактивный транзистор. Вариконды не нашли применения в ПРПУ, так как
значительный разброс их характеристик, сильная температурная зависимость
емкости, большие диэлектрические потери и старение препятствуют их ис-
пользованию для настройки приемников. Реактивный транзистор также не
нашел практического применения из-за малого перекрытия и большой нели-
нейности.
Конденсатор КПЕ и по настоящее время иногда используется в качест-
ве настроечного элемента в ПРПУ. Это обусловливается рядом его досто-
инств, таких как большое перекрытие по емкости, высокая добротность и ли-
нейность контура с КПЕ. Он позволяет создать достаточно просто перестраи-
ваемые контуры с низким температурным коэффициентом частоты.
К недостаткам использования КПЕ в качестве настроечного элемента
в резонансных цепях РПУ можно отнести большие габариты узла настройки,
ограниченное число синхронно перестраиваемых по высокой частоте конту-
ров, пониженную устойчивость к механическим воздействиям, невысокую
надежность и, что существенно, значительное время настройки.
Дискретный конденсатор представляет собой магазин конденсаторов
постоянной емкости с последовательно-параллельным включением групп.
Использованием дискретных конденсаторов вместо КПЕ можно значительно
снизить время настройки, которое определяется в основном временем сраба-
тывания цепей управления и коммутирующих элементов. Можно сочетать
дискретные конденсаторы с дискретной индуктивностью.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона 381
Широкое применение нашла электронная варакторная настройка.
К достоинствам электронного способа настройки можно отнести: малые га-
бариты и массу; практическую безынерционность изменения емкости варак-
тора, что сводит к минимуму время настройки; малую мощность источника
управляющего напряжения, что определяет экономичность такого способа
настройки; сравнительно высокую стабильность параметров варактора при
изменении температуры окружающей среды и нечувствительность к вибра-
циям; достаточно большой реализуемый коэффициент перекрытия емкости.
При варакторной настройке сравнительно просто осуществляется уве-
личение числа одновременно перестраиваемых колебательных контуров. От-
су гствие механической оси, объединяющей перестраиваемые селективные
цепи при механической настройке, дает возможность располагать варакторы
непосредственно в колебательных контурах, что уменьшает паразитные связи
между отдельными каскадами. В ПРПУ исключаются механические пере-
движные узлы, в результате чего можно реализовать чисто электронную сис-
тему настройки с местным и дистанционным управлением, обеспечивается
простое сочетание плавной настройки с фиксированной на заданные станции.
Одним из основных недостатков электронной настройки является зна-
чительная нелинейность варактора, особенно заметная при сильных сигналах
и малых смещениях. Поэтому применение варакторов в резонансных цепях
преселектора приводит к некоторому ухудшения селективности приемника.
К простейшим способам уменьшения нелинейных эффектов относятся
увеличение минимального смещения на варакторе и включение в емкостную
ветвь контура дополнительного линейного конденсатора; однако при этом
уменьшается коэффициент перекрытия диапазона. От этого недостатка сво-
боден способ встречно-последовательного включения двух варакторов.
Особенностью варакторной настройки является необходимость обеспе-
чения высокой стабильности источника управляющего напряжения, так как
нестабильность приводит к модуляции емкости и появлению паразитной мо-
дуляции полезного сигнала.
Недостатком варакторов является зависимость их емкости от темпера-
туры окружающей среды. Для устранения этого недостатка используются
различные цепи температурной компенсации.
Контур с варактором можно перестраивать либо плавно, либо дискрет-
но. При дискретной настройке на варакторы подается ступенчатое напряже-
ние регулировки, причем шаг напряжения Е может быть выбран настолько
малым, что имеется возможность настройки РПУ на любую станцию в при-
нимаемом диапазоне частот. Для фиксированной варакторной настройки в
приемниках широко применяются матрицы электронной перестройки.
Настройка изменением индуктивности. При этом способе настройки
можно использовать вариометр, катушки дискретной индуктивности и фер-
ровариометр. Однако этот способ настройки нашел в ПРПУ ограниченное
применение. В ПРПУ можно использовать сочетание различных способов
настройки.
382
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Переключение фильтров входного устройства и поддиапазонов.
В современных ПРПУ используются в основном два вида настройки резо-
нансных цепей преселектора: фильтровая и перестраиваемая (иногда комби-
нация этих видов настройки). В первом случае процесс настройки преселек-
тора ПРПУ практически сводится к коммутации фильтра, в полосе пропуска-
ния которого находится принимаемая частота сигнала. При перестраиваемой
настройке декаметровый диапазон, как правило, разбивается на ряд поддиа-
пазонов и процесс настройки начинается с включения требуемого поддиапа-
зона с последующей перестройкой в пределах этого поддиапазона избира-
тельных цепей преселектора на частоту сигнала. 11ри этом возможна плавная
или дискретная перестройка избирательных цепей.
Переключение фильтров входного устройства и поддиапазонов вклю-
чает две операции. Первая состоит в выработке сигнала управления для цепи
переключения. Этот сигнал вырабатывается в блоке управления после набора
на передней панели приемника значения требуемой частоты принимаемого
сигнала. Набор значений требуемой частоты может осуществляться либо с
помощью клавишного поля (клавиатуры), либо с помощью декадных пере-
ключателей. Вторая операция - коммутация селективных цепей или их реак-
тивных элементов.
Выработка сигнала управления. Выбор фильтра ВУ или поддиапазона
при установке частоты принимаемого сигнала с помощью декадных пере-
ключателей СЧ осуществляется следующим образом. Для упрощения автома-
тического выбора нужного фильтра или поддиапазона целесообразно выби-
рать частотные границы полос пропускания фильтров или поддиапазонов так,
чтобы они были связаны с положением декадных переключателей установки
частоты. В ПРПУ, которые обеспечивают прием сигналов в диапазоне 3...30
МГц с шагом 100 Гц, обычно используется шесть декад; пять декад х 100 Гц,
х! кГц, х10 кГц, х100 кГц, х1 МГц, каждая из которых может принимать лю-
бое из 10 положений (0, 1, 2, ..., 9), и одна декада х!0 МГц, имеющая три по-
ложения (1, 2, 0). Если принять число фильтров или поддиапазонов равным,
например, пяти, то для управления выбором нужного фильтра или поддиапа-
зона можно обойтись двумя декадами: х1 МГц, х!0 МГц. Для цепи автомати-
ческого выбора фильтра или поддиапазона целесообразно использовать гер-
коны.
Сигнал управления может вырабатываться логическим устройством,
реализованным с помощью двоичных логических элементов транзисторной
логики. При формировании сигналов управления включения каждого фильт-
ра входного устройства или каждого поддиапазона устанавливается опреде-
ленная комбинация положений декадных переключателей. При этом выраба-
тываются специальные выходные команды, поступающие на устройство пре-
образования в стандартные сигналы управления логическими цепями, кото-
рые далее преобразуются в формирователе сигналов включения требуемого
фильтра или поддиапазона в сигнал управления.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
383
В настоящее время основное применение в качестве пульта управления
приемников находит клавишное поле (клавиатура), с помощью которой мож-
но легко и быстро набрать любую нужную для приема частот у. Для контроля
набираемой частоты предусматривается световой индикатор.
Набранное на клавиатуре число, соответствующее принимаемой часто-
те сигнала, должно преобразовываться в двоичный код и однозначно вклю-
чать нужный фильтр входного устройства или поддиапазон. Для этого в уст-
ройстве клавиатуры должен быть предусмотрен преобразователь десятичной
цифры в двоичный код. Тогда упро-
щенная структурная схема включения
гребуемого фильтра входного устрой-
ства или поддиапазона будет иметь вид
рис. 10.29.
Структурная схема рис. 10.29
включает блок записи частот ы прини-
маемого сигнала, блок коммутации БК
фильтров преселектора (или поддиапа-
зонов) и дисплей И.
Рис. 10.29
Блок записи частоты содержит клавиатуру, преобразователь ПК деся-
тичной цифры в двоичный код и регистры хранения двоичного кода - реги-
стры памяти РП.
Наличие РП позволяет уменьшить время перестройки. Задачей блока
коммутации фильтров является выработка сигнала управления. Сигналы, по-
ступающие от пульта дистанционного управления ДУ, воздействуют на фор-
мирователь сигналов управления, минуя клавиатуру и преобразователь кода.
Клавиатура представляет собой поле клавиш с цифрами от 0 до 9 и двух кно-
пок «Сброс» и «Пуск». При перестройке ПРПУ на другую частоту необходи-
мо стереть прежнюю частоту настройки нажатием кнопки «Сброс», набрать
значение новой частоты и нажагь кнопку «Пуск». Более подробно вопросы
выработки сигналов управления рассмотрены в [27].
Схемы коммутации селективных цепей при переключении поддиапазо-
нов. Схема выбора поддиапазона обеспечивает автоматическое срабатывание
исполнительного реле нужного поддиапазона. После срабатывания этого реле
происходит коммутация элементов селективных цепей РПУ и элементов со-
пряжения. Эта коммутация может быть осуществлена либо с помощью бара-
банного переключателя, либо электронным путем с использованием комму-
тирующих элементов.
В настоящее время в основном используется переключение элементов
селективных цепей с помощью коммутирующих элементов, что дает возмож-
ность осуществить электронный (вместо элетромеханического, как при бара-
банном переключателе) способ выбора поддиапазона, обладающий малым
временем переключения. При этом электронное переключение обеспечивает
высокую надежность, малые габариты и массу блока коммутации.
384
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Чаще всего для коммутации элементов селективных цепей РПУ ис-
пользуются ВЧ герконы. При этом возможны три основных варианта схем
коммутации. В первом варианте используются общие для всех поддиапазонов
активные элементы преселектора, а коммутиоуюзся лишь элементы селектив-
ных цепей; во взором варианте - в каждом поддиапазоне свой активный эле-
мент, при этом блок настроечных элементов - общий на всех поддиапазонах,
коммутируются селективные цепи и цепи питания. В третьем варианте в каж-
дом поддиапазоне используются свои активные элементы в преселекторе и ка-
ждый перестраиваемый контур имеет собственный элемент настройки; други-
ми словами, в этом варианте преселектор для любого поддиапазона представ-
ляет собой законченный самостоятельный узел и переключение поддиапазона
сводится к коммутации входа, выхода и цепей питания и регулировок. Каждый
вариант имеет свои преимущества и недостатки, и выбор одного из них должен
определяться конкретными требованиями и условиями.
Системы настройки профессиональных РПУ. Система автоматиче-
ской настройки РПУ на рабочую частоту в общем случае должна обеспечи-
вать перестройку всех элементов настройки, включая элементы связи, при
переходе с одной частоты на другую по заданной команде и подстройку эле-
ментов настройки приемника для обеспечения требуемой точности настройки
при воздействии дестабилизирующих факторов. Обычно процесс настройки
РПУ на рабочую частоту начинается с установки декадных переключателей
СЧ в требуемые положения или набора требуемого значения частоты на кла-
виатуре. После набора частоты подается специальный управляющий сигнал,
свидетельствующий о начале процесса настройки. В процессе настройки вы-
бирается нужный поддиапазон, устанавливаются необходимые частоты гете-
родинов и перестраиваются резонансные цепи в пределах выбранного под-
диапазона. При окончании процесса настройки вырабатывается специальный
сигнал, свидетельствующий о готовности РПУ к приему.
Системы автоматической настройки бывают: электромеханические,
электронные и электронно-электромеханические, или комбинированные.
В электромеханических системах обычно используется двигатель и настрой-
ка осуществляется с помощью КПЕ. В электронных системах электромехани-
ческие устройства исключены. При этом электронная система настройки мо-
жет бьпь реализована на основе аналоговых или цифровых схем. В соответ-
ствии с этим электронную настройку можно подразделить на аналоговую
и цифровую. К комбинированным электронно-электромеханическим систе-
мам можно отнести, например, приемники, в которых управляющее напря-
жение для варакторов снимается с потенциометра, вращаемого мотором.
При одном из возможных способов настройки приемника перестройке
подвергаются только селективные цепи преселектора. Перестройка преселек-
тора П осуществляется до тех пор, пока промежуточная частота на выходе
фильтра основной селекции ФОС не станет равной номинальной. Недостат-
ком этой системы настройки является то, что она работоспособна только
в условиях приема полезного сигнала. Более широкое применение нашли
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона 385
системы с одновременной перестройкой резонансных цепей преселектора и
первого гетеродина.
В системе настройки с использованием вспомогательного канала на-
стройки (схема этого варианта настройки представлена на рис. 10.30) преду-
сматривается плавно перестраиваемый вспомогательный генератор перемен-
ной частоты ГПЧ, имитирующий принимаемый сигнал. Напряжение с выхода
ГПЧ, контуры которого сопряжены с резонансными контурами преселектора,
подается на преобразователь канала настройки Прн. Точная настройка обес-
печивается при совпадении частоты напряжения с выхода ГПЧ, после преоб-
разования в Прн, с номинальным значением промежуточной частоты. При
этом преселектор оказывается настроенным точно на частоту приема. На-
пряжение ПЧ с выхода УПЧ канала настройки подается на цепь переключе-
ния ЦП, которая переводит приемник из режима поиска в режим подстройки.
Рис. 10.30
Напряжение подстройки снимается с выхода частотного детектора ЧД,
настроенного на ПЧ канала настройки приемника, равную ПЧ ГТП. При не-
точной настройке ГПЧ на частоту приема и соответственно неточной на-
стройке преселектора ГТП на выходе ЧД создается напряжение ошибки. Это
напряжение обусловливает дальнейшую работу двигателя до точной на-
стройки, при которой ошибка равна нулю. При точной настройке снимается
питание с ГПЧ и включается основной канал приема. Наличие вспомогатель-
ного канала настройки необязательно. Так, напряжение от ГПЧ может вво-
диться совместно с напряжением первого гетеродина в Пр1 ГТП приемника,
в качестве канала настройки используется Пр1, УПЧ1, Пр2 и УПЧ2 ГТП при-
емника.
Недостатком такого метода настройки является сопровождающий на-
стройку сдвиг резонанса из-за погрешности сопряжения между резонансны-
ми контурами преселектора и регулируемого генератора. Кроме того, для
этого метода характерны ошибка, обусловленная инерцией двигателя, осуще-
25 - 5869
386
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ствляющего изменение частоты ГПЧ, и ограничения, накладываемые на ско-
рость перестройки контуров генератора и преселектора реакцией фильтра
ПЧ, что усложняет устройство и его регулировку. Систему настройки со
вспомогательным каналом можно реализовать и чисто электронным спосо-
бом.
Часть недостатков, отмеченных при рассмотрении системы настройки
со вспомогательным каналом, устраняется при использовании системы на-
стройки с введением в усилительный тракт пилот-сигнала. Однако введение
пилот-сигнала в усилительный тракт может привести к появлению дополни-
тельных помех в настраиваемом РПУ.
Метод настройки с использованием пилот-сигнала сводится к следую-
щему [27]. На вход приемника подается колебание с частотой, равной частоте
принимаемого сигнала. Это колебание получается преобразованием частоты
первого гетеродина. Резонансные контуры преселектора перестраиваются до
тех пор, пока напряжение на выходе тракта ПЧ ГТП не станет максимальным
Достоинством этого метода является то, что, несмотря на долговременный
дрейф резонансной характеристики радиотракта, удается добиться оптималь-
ной настройки, а также то, что систему настройки можно применять без из-
менений в существующих приемниках.
В системе настройки с регулированием по модели одновременно пере-
страиваются ГТП приемника и его упрощенная модель, на которую подается
пилот-сигнал. В качестве такой модели можно использовать резонансный
контур, аналогичный контурам преселектора и сопряженный с ними.
На рис. 10.31 показан вариант системы настройки с пилот-сигналом
в цепи модели. Настройка контуров преселектора и контура модели выполня-
ется с помощью идентичных варакторов. Контур модели определяет частоту
генератора настройки ГН; по частоте ГН можно судить о настройке контура
модели. При этом отпадает необходимость в формировании специального
пилот-сигнала. Процесс настройки начинается с подачи на функциональный
преобразователь ФП пускового импульса, возникающего при установке де-
кадных переключателей СЧ в требуемые положения. Пусковой импульс за-
пускает ФП, в результате чего на его выходе появляется меняющееся во вре-
мени напряжение. Это напряжение используется как смещение для варакто-
ров ГН и контуров преселектора. Колебание от ГН, частота которого меняет-
ся во времени, подается на преобразователь канала настройки Прн. Как толь-
ко ПЧ на выходе Прн попадает в полосу пропускания фильтра Ф, настроенно-
го на номинальную ПЧ, ЧД выдает импульс, воздействующий на ФП. При
этом уровень напряжения регулировки на выходе ФП фиксируется и процесс
настройки заканчивается.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
387
Для предотвращения проникновения пилот-сигнала в ГТП приемника
его частота может быт ь выбрана равной nfc, где /с - частота настройки пре-
селектора. В этом случае фильтр Ф должен быть настроен на частоту nfm,
а частота первого гетеродина при подаче на Прн должна быть умножена на п.
Для этого в устройстве по схеме рис. 10.31 предусмотрен умножитель часто-
ты. Все элементы системы настройки по рис. 10.31 реализуют чисто элек-
тронное управление, чем обеспечивается высокое быстродействие системы,
а следовательно, и малое время настройки.
Электронную систему настройки можно реализовать и при перестройке
преселектора с помощью дискретного конденсатора. При таком способе пе-
рестройки переменный конденсатор в селективных цепях заменяется магази-
ном дискретных конденсаторов (МДК). В зависимости от принимаемой час-
тоты блок настройки в РПУ обеспечивает коммутацию нужной комбинации
конденсаторов МДК. В принципе в таких устройствах можно получить дос-
таточно малый шаг дискретной перестройки. Минима иьный шаг дискретно-
сти в реальных условиях ограничивается отклонением емкостей МДК от но-
минальных значений при воздействии различных дестабилизирующих фак-
торов. Кроме того, с уменьшением шага дискретности настройки значительно
возрастает сложность управления.
В блоке настройки РПУ происходит преобразование команд, поступающих
с декадных переключателей установки частоты, в сигналы управления настройки
контуров преселектора. Блок настройки обычно представляет собой логическое
устройство, реализованное с помощью элементов транзисторной логики.
Одним из вариантов использования дискретного конденсатора для на-
стройки РПУ может служить структурная схема дискретно-плавного поиска,
представленная на рис. 10.32 [27]. На блок преобразования ПЧ БПЧ одновре-
25*
388
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
менно с напряжением первого гетеродина поступают напряжения частотных
подставок. Колебания от БПЧ преобразуются цепью трансформации частот ЦТЧ
в частоту компенсации, которая является частотой второго гетеродина. При пе-
рестройке на новую частоту приема частота напряжения на выходе ЦТЧ выйдет
за пределы фильтра компенсации ФК. Тогда счетчик управления МДК устанав-
ливается в исходное положение, открывается ключ и начинается режим поиска.
Импульсы от генератора импульсов ГИ поступают через ключ на счетчик, каж-
дый приходящий импульс перестраивает преселектор приемника и первый гете-
родин. При появлении частоты компенсации ключ закрывается, импульсы от ГИ
перестают поступать на счетчик Сч, процесс настройки заканчивается.
Рис. 10.32
Процесс настройки приемников с филпровым входным устройством
сводится к установке необходимых частот гетеродинов. При постоянной пер-
вой ПЧ настройка приемника определяется установкой частоты первого гете-
родина. В ряде РПУ частота первого гетеродина подается на цифровой счет-
чик, преобразующий частоту гетеродина к частоте сигнала и фиксирующий ее
цифровым индикатором с требуемой точностью индикации. Счетчик запоми-
нает установленную на индикаторе частоту и при соответствующей команде с
пульта управления оценивает уход частоты гетеродина от зафиксированного
индикатором значения. Напряжение ошибки, вырабатываемое счетчиком, под-
страивает частоту гетеродина, чем повышает стабильность приема.
В современных ПРПУ основное применение находит цифровая элек-
тронная настройка, работу которой можно пояснить с помощью структурной
схемы рис. 10.33. После набора на клавиатуре требуемого значения прини-
маемой частоты на выходе блока записи частоты появляется определенная
комбинация логических 0 и 1. По этой комбинации логических 0 и 1 блок вы-
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона 389
работки управляющего сигнала БУС вырабатывает сигнал управления для
резонансных цепей преселектора. При фильтровой настройке ПРПУ под дей-
ствием этого сигнала управления коммутируется требуемый фильтр входного
устройства; при плавной (или дискретной) перестройке резонансных цепей
преселектора коммутируется требуемый поддиапазон и подается необходи-
мое напряжение на перестраиваемые элементы. Так, при варакторной на-
стройке БУС вырабатывает постоянное напряжение регулировки, обеспечи-
вающее требуемое значение емкостей варакторов; при настройке с помощью
магазина дискретных конденсаторов он вырабатывает сигнал управления,
обеспечивающий нужную коммутацию конденсаторов.
Рис. 10.33
Блок управления делителями в СЧ БУД вырабатывает по комбинации
логических 0 и 1 на выходе блока записи частоты сигнал управления, кото-
рый устанавливает нужный коэффициент деления делителя с переменным
коэффициентом деления в цепях ФАПЧ СЧ. При этом на выходе СЧ устанав-
ливаются напряжения гетеродинов с требуемыми частотами.
10.6. Блок управления
Структурная схема и назначение блока управления. Блок управле-
ния (БУ) - это один из важнейших блоков современного ра, щоприемника. БУ
осуществляет функции контроля и управления ПРПУ как с местного пульта,
так и дистанционно. Под его наблюдением слаженно и синхронно работают
практически все узлы РПУ. Всю информацию о состоянии приемного уст-
ройства БУ выводит на дисплей, расположенный на передней панели управ-
ления.
390
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Широкое внедрение больших интегральных схем (БИС) и цифровых
методов обработки сигналов позволило создать БУ современного ПРПУ на
базе микропроцессоров - цифровых устройств с программируемой логикой
и микропроцессорных систем (МПС), основу которых составляют МП.
Функции МПС, входящей в состав РПУ, в основном включают в себя:
автоматизацию процессов управления РПУ; определение параметров состоя-
ния данного узла; изменение его состояния; коммутацию отдельных блоков
по программе МП. Независимо от функционального назначения узла опреде-
ление параметров его состояния сводится к сбору и обработке информации,
поступающей от различных блоков, составляющих данный узел. При этом
для различных по структуре и функциям узлов МП обрабатывает различное
число информационных сигналов. Для изменения состояния любого узла
требуется определенное число управляющих сигналов, соответствующее
данной структуре.
Микропроцессорные системы представляют собой цифровые устройст-
ва в виде одной или нескольких БИС в сочетании с интегральными схемами
(ИС) средней или малой степени интеграции, а также с дискретными элемен-
тами. Отличием МПС от устройств с жесткой логикой, у которых алгоритм
функционирования задается путем их соединения в определенную неизмен-
ную схему, является то, что в МПС алгоритм работы задается программой,
которую по желанию потребителя можно изменить.
Использование МП в качестве центрального управляющего устройства
позволяет реализовать цифровой контроль и управление фактически всеми
функциями радиоприемника. Основное преимущество микропроцессорного
управления - его большая гибкость. При внесении изменений в приемник
необходимо лишь незначительное изменение его схемы, так как значительно
модифицироваться может лишь программное обеспечение МП. Часто можно
обойтись вообще без изменения аппаратной части. В РПУ с помощью МП
можно выполнять не только такие очевидные для применения цифровых ме-
тодов операции, как синтез частот или управление дисплеями, но и осущест-
влять выбор параметров приемника, таких, как полоса пропускания фильт-
ров, коэффициент усиления тракта ПЧ, постоянная времени цепи АРУ и т.д.
В последнее время получили широкое распространение однокристаль-
ные микроЭВМ (ОМЭВМ), - устройства, содержащие в одном кристалле все
основные элементы МПС: ЦПЭ, ОЗУ, ПЗУ, порты ввода-вывода, таймеры,
тактовый генератор и другие вспомогательные устройства. Наметилась тен-
денция разработки устройств управления и контроля приемника в виде един-
ственной заказной или полузаказной БИС ОМЭВМ. Такие блоки управления
(БУ) и контроля уже применяются в дешевых вещательных приемниках.
От ОМЭВМ не требуется большой вычислительной мощности, как от
микропроцессоров универсальных компьютеров. ОМЭВМ имеют, как прави-
ло, упрощенную систему команд. Однако ее вполне достаточно для реализа-
ции функций по управлению и контролю в РПУ Применение ОМЭВМ в РПУ
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
391
является весьма перспективным, так как блоки управления на их основе по-
лучаются компактными, надежными, низкоэнергоемкими и дешевыми.
Таким образом, блок управления, построенный с применением МП или
микроЭВМ, позволяет реализовать в основном следующие функции: набор на
тастатуре требуемой частоты принимаемого сигнала, управление синтезато-
ром частот (вычисление коэффициентов деления ДПКД), управление под-
диапазонами (фильтрами в преселекторе), регулировка полосы пропускания
РПУ, подключение нужного демодулятора, вывод служебной информации на
индикатор, запоминание значений частоты каналов и их последующий выбор,
осуществление режима поиска, оценка качества принимаемого сигнала, тес-
тирование основных узлов РПУ, дистанционный контроль и управление ра-
ботой ПРПУ. Упрощенная схема БУ, обеспечивающего вышеперечисленные
функции, изображена на рис. 10.34.
Основным узлом структурной схемы БУ является центральное процес-
сорное устройство (ЦПУ), непосредственно выполняющее программу по
управлению работой ПРПУ. Для хранения управляющей программы требует-
ся постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Промежуточные результаты
вычислений и значения фиксированных частот можно хранить в оперативной
памяти (ОЗУ). Одним из требований, предъявляемых к блоку управления,
является работа в режиме реального времени. Этого можно достичь, исполь-
зуя таймер (Т) реального времени. Сам микропроцессор не может управлять
периферийными устройствами, поэтому в состав блока управления необхо-
димо включить устройство ввода-вывода (УВВ). Через него передаются
управляющие сигналы во все основные узлы ПРПУ: преселектор (П), синте-
затор частоты (СЧ), фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), выходное уст-
392 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ройство (ВУ). Выводимая на индикатор (Инд) информация также проходит
через УВВ, равно как и управляющие сигналы с тастатуры (Тает) и дистан-
ционного управления (ДУ). Работа БУ синхронизируется тактовыми импуль-
сами, вырабатываемыми генератором тактовых импульсов (ГТИ).
Блок управления РПУ на ОМЭВМ. В качестве примера рассмотрим
структурную схему БУ профессионального приемника на основе ОМЭВМ
КМ1816ВЕ48, показанную на рис. 10.35 [28]. Данный БУ выполняет следую-
щие функции: управление ФСС и фильтрами входной цепи приемника,
управление ДПКД в синтезаторе частот, т.е. настройку РПУ на заданную час-
тоту, индикацию действительной частоты (чтение данных из счетчиков циф-
рового частотомера), запоминание ряда частот (каналов) с последующей бы-
строй настройкой на любую из них, квазиплавную перестройку по частоте.
Рис. 10.35
Однокристальная микроЭВМ КМ1816ВЕ48 имеет в своем составе так-
товый генератор, частота колебаний которого стабилизирована внешним
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона 393
кварцевым резонатором; АЛУ, оперирующее 8-разрядными двоичными сло-
вами (байтами); 65 регистров общего назначения (РОН), которые также назы-
вают сверхоперативным ЗУ (СОЗУ); 1 Кбайт памяти программ; двунаправ-
ленный порт ввода-вывода (порт BUS); два квазидвунаправленных порта
ввода-вывода (порты 1, 2); программируемый 8-разрядный таймер-счетчик;
другие вспомогательные устройства.
В каждом цикле обращения к внешней памяти или регистрам ОМЭВМ
вначале выдает адрес устройства в порт BUS. Этот адрес сохраняется в мно-
горежимном буферном регистре адреса, выходы которого образуют шину
адреса. Далее в порт BUS выдаются или принимаются данные. Двунаправ-
ленный буфер шины обеспечивает необходимую нагрузочную способность
шины данных, позволяя тем самым подключать к шине несколько внешних
устройств. Не показанная на рис. 10.35 шина управления образована провод-
никами, передающими сигналы записи, чтения данных из внешних уст-
ройств, чтения данных из внешней памяти программ и др. Шины адреса, дан-
ных и управления образуют в совокупности так называемую системную ши-
ну МПС. В дополнение к внутренним РОН ОМЭВМ к системной шине под-
ключено ОЗУ, которое может быть реализовано на БИС серий 537, 541 и т.п.
Обозначенное на рис. 10.35 пунктиром ПЗУ (могут использоваться БИС се-
рий 573, 556 и т.п.) применяется в том случае, когда емкости внутреннего
ПЗУ ОМЭВМ (1 Кбайт) оказывается недостаточно. Формирование сигналов
управления ОЗУ, ПЗУ, портами ввода и вывода, ККД осуществляет форми-
рователь ФСУ, который обеспечивает дешифрацию адресов и выработку сиг-
налов управления СУ выбора кристаллов и сигналов записи и чтения.
Особый интерес представляет использование в микропроцессорном БУ
программируемых интерфейсных БИС (интерфейс - совокупность аппарат-
но-программных средств, обеспечивающих взаимодействие МП или МПС с
внешними устройствами), которые берут на себя часть функций управления
аппаратурой МПС, разгружая центральный микропроцессор. Режим работы
таких БИС можно изменять программно, записывая в их внутренние регист-
ры определенные двоичные слова. В схеме рис. 10.35 одной из программи-
руемых БИС является БИС-контроллер клавиатуры и дисплея ККД
(КР580ВВ79), которая освобождает ОМЭВМ от функций сканирования кла-
виатуры и осуществления динамической индикации на дисплее, устраняет
влияние «дребезга» контактов клавиатуры. Совместно с вспомогательными
микросхемами (дешифраторы, буферные элементы) БИС может управлять
индикатором с числом разрядов до 32 и клавиатурой с числом клавиш до 66.
Этого обычно бывает достаточно в БУ приемника. Записывая соответствую-
щие слова в регистр управляющего слова, можно задавать различные режимы
работы контроллера. Например, при наборе с клавиатуры значения частоты
настройки приемника, набираемые цифры могут высвечиваться на индикато-
ре или слева направо, или в режиме калькулятора, т.е. последняя набранная
цифра высвечивается в крайнем правом разряде индикатора, а предыдущие
набранные цифры сдвигаются на один разряд влево.
394
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Для управления переключением фильтров основной селекции (ФОС) и
фильтров входной цепи (ВЦ) приемника в схеме рис. 10.35 использованы
порты 1 и 2 ОМЭВМ. Каждый разряд этих портов подключен к буферному
элементу (на схеме не показаны), представляющему собой транзисторный
ключ в дискретном или интегральном исполнении. Выход каждого буферно-
го элемента нагружен на свое исполнительное устройство. Предположим, что
ОМЭВМ записала в порт 2 двоичное число с единицей в младшем разряде
(00000001). При этом на выводах всех разрядов порта, кроме младшего, поя-
вится напряжение логического нуля (+0,45 В), а на выводе младшего разряда
- напряжение логической единицы (+2,4 В). Это напряжение вызовет вклю-
чение транзисторного ключа, подключенного к выводу младшего разряда
порта, что, в свою очередь, вызовет включение исполнительного устройства
на выходе данного ключа-реле или транзисторного ВЧ-ключа, которое ком-
мутирует данный фильтр. Аналогичным образом можно управлять коммута-
цией любых цепей в приемнике.
Портов ОМЭВМ оказывается недостаточно для управления и контроля
всех необходимых узлов приемника, поэтому в схеме (см. рис. 10.35) приме-
нены две дополнительных БИС программируемого параллельного интерфей-
са (ППИ) - КР580ВВ55А, что позволяет ОМЭВМ использовать шесть допол-
нительных 8-разрядных портов ввода-вывода. Порты ППИ1 на схеме рис.
10.35 используются для управления делителем с переменным коэффициентом
деления (ДПКД) цифрового синтезатора частот (ЦСЧ) приемника, а порты
ППИ2 - для приема данных от счетчиков блока частотомера РПУ. Соответст-
венно первая БИС программируется на вывод данных через все три своих
порта (А, В, С), а вторая - на ввод данных.
Основной задачей при разработке микропроцессорного блока управле-
ния РПУ, как и любой МПС, является оптимальное распределение функций БУ
между его аппаратной и программной частями. Обычно стремятся уменьшить
объем аппаратуры, повышая тем самым надежность и компактность БУ, сни-
жая его энергопотребление, применяя программируемые БИС-контроллеры и
реализуя часть функций программно. Однако это часто входит в противоречие
с ограниченным быстродействием микропроцессора и небольшим числом уст-
ройств ввода-вывода, входящих в состав МП или ОМЭВМ.
Аппаратная часть и программное обеспечение БУ приемника сущест-
вуют в виде единого аппаратно-программного комплекса, поэтому эффектив-
ность применения МП в БУ во многом определяется качеством управляющей
программы последнего. Несмотря на обычно небольшой объем этой про-
граммы, в ней можно выделить несколько блоков команд, различающихся по
своим функциям.
После включения питания начинается выполнение команд первого
блока - блока инициализации. Здесь программируются все интерфейсные
БИС, переписываются из ПЗУ в ОЗУ некоторые константы, все коммутируе-
мые БУ цепи приемника переключаются в исходное состояние, выполняются
другие операции.
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
395
Далее управление передается на блок команд, называемый интерфей-
сом с пользователем. При этом на дисплей выдается приглашение к вводу
данных, ожидается нажатие на клавиатуре любой клавиши. После нажатия
клавиши определяется ее код, который затем сохраняется в ОЗУ. На дисплей
выводятся набираемые цифры, например значение частоты настройки РПУ.
Неверно набранные цифры удаляются с дисплея и из ОЗУ при нажатии спе-
циальной клавиши.
После нажатия клавиши «Ввод» управление передается блоку вычис-
лений. В этом блоке проверяется корректность набранного числа (возможна
ли настройка приемника на данную частоту), определяется поддиапазон,
в который попадает данная частота, определяются коэффициенты деления
ДПКД в синтезаторе частот, подготавливаются данные для задания режимов
работы других блоков и узлов РПУ.
Далее начинается выполнение блока команд управления аппаратурой
приемника, где подготовленные данные выводятся в порты, включая узлы
РПУ для работы в заданных режимах. После этого управление может быть
передано вновь на блок команд интерфейса с пользователем.
Обычно управляющие программы для небольших МПС, к числу кото-
рых принадлежат и блоки управления РПУ, разрабатываются и отлаживаются
на универсальных ЭВМ, например на персональных компьютерах. Для этих
целей разработаны многочисленные программные пакеты, включающие в
себя программы-ассемблеры, компоновщики, отладчики, эмуляторы аппара-
туры и др. На заключительном этапе отладка управляющей программы про-
изводится на макете блока управления, в том числе и в пошаговом режиме с
остановкой после выполнения каждой команды. При этом во внутреннем
ПЗУ ОМЭВМ находится программа-монитор, позволяющая после выполне-
ния каждой команды выводить на дисплей содержимое любого регистра бло-
ка управления и изменять это содержимое с клавиатуры, а отлаживаемая про-
грамма размещается во внешнем ПЗУ или ОЗУ.
Применение ОМЭВМ в приемнике позволяет не только управлять час-
тотой цифрового СЧ, но и реализовать связанные с этим «сервисные» функ-
ции: запоминание частот конечного числа каналов, их позывных, поиск по
частоте с автоматической сменой направления сканирования при не обнару-
жении до конца диапазона сигнала новой радиостанции и т.д. Оператор, на-
пример, может высветить на дисплее или загрузить в память любую требуе-
мую частоту настройки. Для этого с клавиатуры на передней панели РПУ на-
бираются необходимые цифры, после чего нажимается соответствующая кла-
виша. Например, нажатием клавиши «Автоматическое сканирование» может
осуществляться последовательное сканирование по введенным заранее в па-
мять частотам. Сканирование прекращается, если на одной из частот обнару-
жена передающая станция, и возобновляется, если передача обрывается. В
том случае, когда необходимо специально выделить несколько каналов, им
может быть присвоен приоритет. При сканировании на дисплее последова-
тельно высвечиваются номера каналов. При обнаружении работающего кана-
396
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ла его номер и частота поочередно с интервалом в 1 с высвечиваются на дис-
плее. Если нажата, например, клавиша «Выбор канала», то сканирование
прекращается и на дисплее попеременно возникают номер канала и соответ-
ствующая ему частота. Последовательное нажатие этой клавиши приводит к
перебору каналов. Таким образом, клавишей «Выбор канала» может быть
зафиксирован любой канал для последующих операций с ним. Может быть
предусмотрена возможность исключения какого-либо канала из сканирова-
ния либо запись его в память.
МП в системе дистанционного управления и контроля РПУ. Управ-
ляющие команды передаются одному МП, который направляет сигналы
управления к соответствующим узлам приемника. При этом существенно уп-
рощаются как органы управления на передней панели приемника, так и со-
единения между его узлами. Это объясняется тем, что передача команд
управления осуществляется не по многочисленным проводам, а по системной
шине. Обычно помимо МП, находящегося в управляемой аппаратуре, преду-
смазривается еще один Ml I в пульте дистанционного управления и контроля.
Это также дает возможность управления сразу несколькими устройствами,
работающими совместно.
На рис. 10.36 показана типовая схема системы дистанционного управ-
ления и контроля с использованием МП. Из рисунка видно, что МПС блока
управления в приемнике и МПС пульта дистанционного управления и кон-
троля могут иметь одинаковую структуру, за исключением того, что в МПС
пульта ДУ отсутствуют устройства ввода-вывода, непосредственно взаимо-
действующие с узлами приемника. В состав обеих МПС входят контроллеры
последовательного интерфейса, которые могут быть реализованы, например,
на основе программируемых БИС универсальных синхронно-асинхронных
приемопередатчиков (УСАПП) КР580ВВ51, которые преобразуют двоичные
слова, передаваемые от МП по системной шине в параллельной форме, в по-
следовательный поток бит и обратно.
Адаптация последовательных двоичных потоков данных, поступающих
от пульта ДУ к БУ приемника и обратно, к передаче по линии связи осущест-
вляется в модемах (модуляторах-демодуляторах). В этих устройствах проис-
ходит помехоустойчивое кодирование передаваемых данных, модуляция их
двоичных сигналов с применением перспективных видов ЧМ и ФМ. В моде-
мах осуществляется также помехоустойчивый прием данных на фоне шумов
в линии связи, их декодирование с обнаружением и (или) исправлением оши-
бок. Сложность модема, который обычно управляется своим отдельным мик-
ропроцессором, зависит от вида линии связи (телефонная линия с полосой
0,3...3,4 кГц, коаксиальный кабель, волоконно-оптическая линия), а также от
ее протяженности. Иногда, если, например, линия связи расположена в пре-
делах одного здания, можно вообще обойтись без модемов, передавая коман-
ды ДУ непосредственно в двоичной форме.
Применение МП в БУ приемника и в пульте ДУ позволяет системе дис-
танционного управления и контроля адаптироваться к качеству линии связи и
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона
397
реализовать эффективные протоколы обмена данными, например, с переза-
просом и повторной передачей команды ДУ при обнаружении ошибок.
Рис. 10.36
Управление приемником с пульта ДУ практически ничем не отличается
от управления с передней панели РПУ, так как на переднюю панель пульта
вынесены те же органы управления и контроля, что и на переднюю панель
приемника - ручка настройки (PH), клавиатура для набора значений частоты
настройки и ввода других команд, многофункциональный дисплей. Вместе с
тем возможно задание режимов приоритетного управления с пульта ДУ или с
передней панели приемника. Если управление с пульта ДУ имеет более высо-
кий приоритет, то при поступлении команды с этого пульта БИС УСАПП БУ
приемника выдаст сигнал запроса прерывания, получив который МП БУ не-
медленно считает из БИС УСАПП принятую команду и начнет ее выполнение.
При этом выполнение команд, введенных с передней панели приемника, вре-
менно прекращается. Если более высокий приоритет имеет управление с пе-
редней панели РПУ, то прерывания от БИС УСАПП запрещаются (см. выше).
В последнее время для дистанционного управления многими РПУ на
больших приемных центрах стали применяться универсальные ЭВМ, персо-
нальные компьютеры, имеющие большую вычислительную мощность и ши-
рокий набор периферийного оборудования: высокоинформативные телевизи-
онные дисплеи, печатающие устройства, накопители на магнитных дисках
большой емкости и т.д. Благодаря этому стала возможной реализация слож-
ных алгоритмов управления РПУ, адаптивный прием и др. Скорость переда-
чи команд ДУ при использовании современных модемов достигает десятков
тысяч бит/с.
398
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Микропроцессоры в ПРПУ используются и в цифровых синтезаторах
частот для взаимодействия с блоком цифрового частотомера, для построения
фильтров, Д1я сигнатюрного анализа и т.д.
Необходимо помнить о том, что микропроцессорный блок управления,
как и другие цифровые устройства в приемнике (счетчики ДПКД и частотоме-
ра), является потенциальным источником помех для главного тракта приема
(ГТП). Поэтому обычно требуется принятие специальных мер для устранения
влияния этих помех на ГТП. Перечислим основные из этих мер: включение
RLC-фильтров в цепи питания элементов как главного тракта приема, так и
цифрового блока управления, а также других цифровых устройств приемника;
экранирование элементов ГТП или БУ, а также других цифровых устройств,
особенно быстродействующих (счетчиков ДПКД, частотомера), рабочие часто-
ты которых лежат в пределах диапазона частот, принимаемых РПУ; экраниро-
вание сигнальных проводников, особенно большой протяженности; простран-
ственное разнесение микропроцессорного БУ и элементов ГТП; включение на
входах цифровых устройств (ДПКД, частотомера) буферных и развязывающих
каскадов на основе эмиттерных или истоковых повторителей.
Проведенный анализ принципов построения ПРПУ ДКМ диапазона по-
зволяет сформулировать характерные особенности их построения.
1. В профессиональных РПУ используется двойное или тройное преоб-
разование частоты, часто с наддиапазонной первой промежуточной час-
тотой. Основная селекция по побочным каналам осуществляется с помощью
ФНЧ на входе РПУ. Для расширения динамического диапазона и повышения
реальной селективности в преселекторе применяются аттенюаторы, ульт-
ралинейные УРЧ, балансные преобразователи частоты на полевых транзи-
сторах, кольцевые преобразователи на диодах Шотки.
2. Основная селекция обычно обеспечивается в тракте второй про-
межуточной частоты с помощью переключаемых кварцевых или монолит-
ных фильтров.
3. В профессиональных РПУ, как правило, реализуется автоматиче-
ская электронная настройка на требуемую частоту. Напряжения с часто-
тами гетеродинов вырабатываются высокостабильным синтезатором
частот. Наряду с электронной плавной перестройкой входных цепей широко
используется фильтровой способ настройки.
4. Микропроцессор является одним из основных узлов современного
профессионального РПУ. Он выполняет функции контроля и управления.
5. В профессиональных РПУ широко внедряются методы цифровой об-
работки сигналов; РПУ обладают широкими возможностями управления и
контроля как с местного пульта, так и на расстоянии с помощью дистанци-
онного управления как по проводам, так и с помощью служебной радиосвязи.
11. ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ
РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ДКМ ДИАПАЗОНА
11.1. Связной радиоприемник IC-R71 (loom Inc.)
Структурная схема радиоприемника. Приемник [181] выполнен по
супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты. Весь диапа-
зон рабочих частот - от 100 кГц до 30 МГц - разбит на ряд поддиапазонов.
Шаг сетки частот - 10 Гц, номиналы промежуточных частот составляют: 1-я
ПЧ - 70,4515 МГц, 2-я ПЧ - 9,0115 МГц. Чувствительность приемника (при
включенном предварительном усилителе) в зависимости от вида работы
колеблется в пределах от 0,15 мкВ при отношении сигнал-шум 10 дБ для
A3J, CW, RTTY до 0,5 мкВ для режима приема AM сигналов.
Избирательность по соседнему каналу - не менее 60 дБ. Стабильность
частоты менее 200 Гц после включения за период времени от 1 мин до 60 мин
и менее 30 Гц после 1-го часа работы. При изменении температуры от 0 до
+50°С отклонение частоты составляет не более 50 Гц.
Приемник построен по модульному принципу, что позволяет изменять
его структуру. Конструктивно ПРПУ состоит из следующих модулей: ВЧ сек-
ция, основная секция, секция синтезатора частот и микропроцессорная секция.
Также имеется возможность подключения дополнительной ЧМ секции.
Функциональная схема приемника (см. рис. 10.1) типична для профес-
сиональных РПУ. Она включает в себя главный тракт приема (ГТП), выход-
ные устройства (ВУ), синтезатор частот (СЧ), блок управления (БУ), блок
питания (БП) и пульт управления (ПУ).
Главный тракт приема осуществляет основную селекцию, усиление и
преобразование сигнала. ГТП можно разделить на следующие блоки: пресе-
лектор (П), тракт первой промежуточной частоты (ПЧ), тракт второй проме-
жуточной частоты и система подавления помех (СПП).
Преселектор (рис. 11.1) состоит из ряда полосовых фильтров (ПФ) по
числу поддиапазонов и модернизированного аттенюатора. При приеме мощ-
ность сигнала может меняться в широких пределах, поэтому предусмотрена
возможность его ослабления или усиления. После предварительной фильтра-
ции сигнал поступает либо на аттенюатор, где ослабляется на 20 дБ, либо на
широкополосный малошумящий усилитель (МШУ) для увеличения уровня
сигнала, либо непосредственно на преобразователь частоты. ПФ выбирается
командой с микропроцессорного устройства. Модернизированный аттенюатор
представляет собой параллельно включенные МШУ с коэффициентом усиле-
ния 10 дБ и аттенюаторов (Атт) с коэффициентами ослабления 0 и 20 дБ.
400
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 11.1
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона 401
Переключение между МШУ и аттенюаторами производится микро-
процессором в зависимости от положения переключателя на передней панели
приемника. МШУ построен по двухтактной схеме на малошумящих полевых
транзисторах 2SK125.
Тракт первой ПЧ состоит из преобразователя частоты (ПрЧ1), полосо-
вого фильтра, настроенного на первую ПЧ, и усилителя первой ПЧ (УПЧ1).
ПрЧ1 построен по двойной балансной схеме на малошумящих полевых тран-
зисторах 2SK125 для увеличения чувствительности приемника и обеспечения
высоких требований к его линейности и коэффициенту шума. Использование
двойных балансных смесителей на полевых транзисторах позволило расши-
рить динамический диапазон до 105 дБ. К смесителю через буферный усили-
тель БУ с с синтезатора частот СЧ подводится колебание первого гетеродина
с частотой/Г1 = 70,5515... 100,4515 МГц, в результате на выходе смесителя
образуется сигнал первой ПЧ 70,4515 МГц. Буферный усилитель выполнен
на биполярном транзисторе 2SC2053 и содержит в выходной цепи ФНЧ для
обеспечения требуемой спектральной чистоты напряжения гетеродина. Пред-
варительная селекция выполняется двумя монолитными ПФ на 70,4515 МГц,
стоящими перед УПЧ1. Полоса пропускания этих фильтров выбрана по са-
мому широкополосному сигналу. Резонансный УПЧ1, выполненный на ма-
лошумящем полевом транзисторе 3SK74M, усиливает сигнал первой ПЧ, ко-
торый далее поступает в тракт второй ПЧ.
Тракт второй ПЧ включает: 2-й ПрЧ (ПрЧ2), переключаемые кварце-
вые фильтры с различными полосами пропускания (500 Гц, 2,3 кГц, 2,8 кГц),
усилитель второй ПЧ (УГГЧ2). В этом тракте обеспечивается преобразование
сигнала на вторую ПЧ, его усиление, основная селекция и борьба с помехами.
В ПрЧ2, выполненном по двойной балансной схеме на интегральной
микросхеме ND487C1-3R, сигнал смешивается с колебанием второго гетеро-
дина с частотой /гг = 61,44 МГц, которое поступает от синтезатора частот.
Основная селекция обеспечивается 3 переключаемыми кварцевыми фильтра-
ми, соединенными параллельно, с полосами пропускания по уровню -6 дБ:
2,3 кГц, 2,8 кГц и 500 Гц. Эти фильтры включены между двумя каскадами
УПЧ2, выполненных на малошумящих полевых транзисторах 3SK74M.
Ко второму каскаду подводится сигнал АРУ.
Система подавления помех (СПП) состоит из нескольких усилителей,
детектора, импульсного усилителя и локальной цепи АРУ. Она подавляет
шумовые пульсации, имеющиеся в сигнале ПЧ2. Часть смеси колебания вто-
рой ПЧ с шумом с выхода ПрЧ2 поступает в СПП. Здесь сигнал усиливается,
детектор выделяет огибающую шума, которая затем вычитается из исходной
смеси сигнала второй ПЧ с шумом в объединяющем каскаде, и таким образом
подавляются пульсации шума.
Выходные устройства. Блок выходных устройств (ВУ) включает
(рис. 11.2): цепь регулировки полосы пропускания (РПП), тракт третьей ПЧ,
цепь АРУ, ЧМ секцию (если подключена), генератор несущих частот для
разных видов работ: ОБП, телеграф, радиотелетайп, детекторы ОБП и AM
26 - 5869
402
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
и тракт звуковой частоты (34). В этом блоке осуществляется управление по-
лосой пропускания приемника, автоматическая регулировка усиления (АРУ)
и обработка сигналов разных видов.
Рис. 11.2
Одной из особенностей рассматриваемого приемника является система
регулировки полосы пропускания (РПП), необходимая в режиме SSB при на-
личии мешающих станций, спектр которых попадает в полосу пропускания
(ПП) приемника и порождает высоко- или низкочастотный свист. Вращая
ручку регулировки полосы пропускания приемника, можно сузить полосу
принимаемых частот слева или справа от несущей частоты на 500 Гц и тем
самым исключить вредное влияние помехи (рис. 11.3). Уменьшение ПП при-
емника достигается за счет обрезания спектра принимаемого сигнала с одной
стороны, поэтому РПП эффективна тогда, когда основная энергия сигнала
расположена ближе к несущей. При приеме ЧМ сигналов РПП вообще не ис-
пользуется.
Рис. 11.3
Система РПП (см. рис. 11.1) представляет собой цепь Юзвинского,
в которой компенсируется нестабильность частоты задающего подстраивае-
мого генератора (ПГ). В результате взаимодействия сигналов второй ПЧ
9,0115 МГц и третьего гетеродина /гз =9,4665 МГц на выходе ПрЧЗ образу-
ется сигнал разностной частоты 455 кГц, который поступает на два фильтра
CFJ455K5 и CFW455IT, а затем на четвертый ПрЧ, который выполнен на
ИМС ЦРС1037Н. Частота гетеродина для ПрЧ4 также составляет 9,4665 MI ц.
Результатом преобразования является сигнал с той же частотой, что и на вхо-
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
403
де цепи РПП 9,0115 МГц. Колебания для обоих ПрЧ вырабатываются внут-
ренним кварцевым генератором, частота которого может меняться в пределах
±2 кГц ручкой управления с передней панели приемника. Полосовые фильт-
ры, стоящие между ПрЧЗ и ПрЧ4, настроены на частоту 455 кГц и, меняя
частоты поднесущих, можно управлять положением спектра принимаемого
сигнала относительно центральной частоты полосовых фильтров. Тем самым
регулируется область спектра, попадающая в полосу пропускания ПФ. В час-
тотно-задающую цепь кварцевого генератора включен варикап 1SV50E. Руч-
кой регулировки с передней панели приемника на нем изменяется смещение,
чем осуществляется изменение генерируемой частоты.
Для устранения эффекта биений после цепи РПП установлен режектор-
ный фильтр (РФ), вырезающий из спектра сигнала узкую полосу частот.
В РФ используется варикап FC51M, смещение на котором определяет цен-
тральную частоту вырезаемой полосы. Управление РФ осуществляется с пе-
редней панели приемника.
Приемник имеет быстродействующую систему АРУ, которая охваты-
вает следующие за РФ два каскада УПЧЗ на полевых транзисторах 3SK74M и
УПЧ2. Цепь АРУ состоит из детектора АРУ и усилителя на двух транзисто-
рах 2SC945P. Детектор АРУ выполнен по схеме последовательного ампли-
тудного детектора на диоде 1К60. Напряжение с АРУ используется для изме-
рителя, показывающего уровень принимаемого сигнала. Регулировка посто-
янной времени, а также отключение АРУ производится с передней панели
приемника.
С выхода УПЧЗ сигнал поступает в детекторную часть, где в зависимо-
сти от режима работы подается либо на детектор ОБП, либо на детектор AM.
Детектор ОБП выполнен на микросхеме ЦРС1037Н, детектор AM - по схеме
последовательного диодного детектора на диоде 1К60. К детектору ОБП под-
водится усиленный сигнал от генератора несущей, частота которого зависит
от режима работы приемника: LSB - 9,010 МГц, USB - 9,013 МГц, CW -
9,0098 МГц, при приеме сигналов радиотелетайпа (RTTY) - 9,008475 МГц.
Генератор несущей выполнен на транзисторе 2SC945, стабильность его час-
тоты обеспечивается одним из кварцевых резонаторов.
После детектирования сигнал AM проходит через УЗЧ на биполярном
транзисторе 2SC1571, а затем поступает на объединяющий каскад на транзи-
сторе 2SC945. На этот каскад также поступают сигналы с детектора ОБП
и ЧМ секции. Когда работает один детектор, то все остальные отключены.
Аттенюатор представляет собой микросхему AN829, в нем осуществляется
регулировка сигнала по уровню и по тональности звучания. На выходе уста-
новлен высоколинейный усилитель мощности на микросхеме рРС1181Н.
Синтезатор частот (СЧ), использующий косвенный метод синтеза, со-
стоит из опорного кварцевого генератора, двух петель ФАПЧ (главной
и вспомогательной), блока из 4 переключаемых генераторов, управляемых
напряжением (ГУН) и устройства переключения ГУН (рис. 11.4).
26*
404
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 11.4
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона 405
Опорный кварцевый генератор вырабатывает колебание с частотой
30,72 МГц, которое для получения частоты 61,44 МГц поступает на умножи-
тель и далее через полосовой фильтр - на ПрЧ2 ГТП; помимо этого поделен-
ное по частоте на 3 опорное напряжение подается в главную и вспомогатель-
ную петли ФАПЧ, где преобразуется в частоты с шагом 10 и 5 кГц соответст-
венно, которые используются для регулировки ГУН.
Вспомогательная петля вырабатывает колебания с частотой, лежащей
в диапазоне (115... 119,99) МГц с шагом 5 кГц. Частота этого колебания де-
лится двумя делителями на 500, фильтруется ФНЧ, в результате формируется
колебание в диапазоне (230...239,99) кГц с шагом 10 Гц. После его смешива-
ния с колебанием опорного генератора 30,72 МГц на выходе ПрЧ получается
колебание с частотой (30,95...30,96) МГц, которое фильтруется и подается на
ПрЧ главной петли.
Главная петля вырабатывает колебания с частотой, лежащей в диапазоне
(70,55... 100,45) МГц с шагом 10 кГц. Для улучшения стабильности весь диапа-
зон поделен на 4 поддиапазона: (70.55....78,45) МГц, (78,45...85,45) МГц,
(85,45...92,45) МГц, (92,45... 100,45) МГц, каждый из которых перекрывается
отдельным ГУН, выполненном на полевом транзисторе. Выбор требуемого
ГУН осуществляет устройство переключения, состоящее из 4 каскадов на би-
полярных транзисторах, включенных по схеме с ОЭ. Подачей на эти каскады
управляющих импульсов от БУ открывается транзистор необходимого генера-
тора и запираются транзисторы всех остальных. В тракте анализа частоты
главной петли колебание от ГУН поступает на ПрЧ, на другой вход которого
подается напряжение с частотой (30,95...30,96) МГц с вспомогательной петли.
Выходное напряжение ПрЧ после фильтрации, усиления и деления делителем
с переменным коэффициентом деления (ДПКД) служит в качестве опорного
для фазового детектора (ФД). Следует отметить, что ФД и ДПКД в каждой
петле конструктивно выполнены на одной микросхеме М54929Р. Коэффициент
деления ДПКД управляется сигналами с БУ. В результате на выходе синтеза-
тора формируется колебание сетки частот (70,5515... 100,4515) МГц с шагом 10
Гц, используемое в качестве напряжения первого гетеродина.
Блок управления (рис. 11.5) включает микропроцессор (МП) для обра-
ботки данных, связанных с поиском сигнала в диапазоне, управлением цепями
настройки, переключения поддиапазонов, преобразования кода, ввода-вывода.
МП представляет собой восьмиразрядный микрокомпьютер, в который
заложена управляющая программа. Функции процессора определяются вход-
ными сигналами, такими, как сигналы вызова, сигнал с вращательного шиф-
ратора и сигналы функциональных переключателей. Процессор, в свою оче-
редь, вырабатывает сигналы для управления рабочим диапазоном, частотой,
режимом работы, шагом настройки частоты, цифровым индикатором (ЦИ) и
т.д. Процессору назначено аппаратное прерывание (INT2) буфера интерфейса
дистанционного управления (ДУ), благодаря чему команды с ДУ выполняют-
ся незамедлительно; при этом приостанавливаются все вычисления и процес-
сор освобождается для выполнения команд с ДУ.
406
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Интерфейс
ДУ
Рис. 11.5
Встроенные в блок управления элементы долговременной памяти по-
зволяют хранить 32 канала, каждый из которых включает номиналы рабочих
частот и соответствующие им режимы работы. Данные запоминаются во
внутренней памяти, которая питается от литиевой батареи. Резерв работы
батареи не менее 7 лет.
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
407
Логическое устройство также имеет ОЗУ для временного хранения
данных и промежуточных результатов, буферы для сопряжения с устройст-
вом дистанционного управления и ЦИ, контроллер ЦИ, сам ЦИ. В его состав
также входят схемы-защелки для синхронизации ввода и вывода данных. Ад-
ресация и передача данных в логическом устройстве происходит по адресной
шине и шине данных.
11.2. Измерительное ПРПУ EHS3 фирмы Rohde&Schwarz
Измерительный приемник EHS3 фирмы Rohde&Schwarz [186] по-
строен по супергетеродинной схеме с трехкратным преобразованием частоты
и перекрывает диапазон частот 9 кГц...30 МГц. Промежуточные частоты
приемника составляют 75 МГц, 9 МГц и 30 кГц.
Измерительный сигнал через эталонную ВЧ линию и блок фильтров
подается на 1-й ПрЧ, в котором осуществляется перенос сигнала на 1-ю ПЧ
75 МГц. После прохождения кварцевого фильтра с полосой пропускания
10 кГц сигнал 1-й ПЧ преобразуется в сигнал 2-й ПЧ с частотой 9 МГц. Два
других кварцевых фильтра обеспечивают полосу пропускания 2,4 кГц и 500
Гц. Усилитель 2-й ПЧ имеет автоматическую регулировку усиления (АРУ), с
помощью которой поддерживается заданное значение коэффициента усиле-
ния. После преобразования в 3-ю ПЧ с частотой 30 кГц сигнал поступает в
усилитель низкой частоты (УНЧ\ коэффициент усиления которого регулиру-
ется в диапазоне 40 дБ с шагом 10 дБ. На выходе усилителя включен механи-
ческий фильтр, с помощью которого полосу пропускания усилителя можно
уменьшить до 200 Гц. Далее в зависимости от вида работы сигнал проходит
через логарифмический или линейный усилитель с активным демодулятором
или устройством оценки уровня помех.
Встроенный микропроцессорный блок управления осуществляет авто-
матизированное управление и контроль за всеми узлами профессионального
радиоприемного устройства.
Питание блоков измерительного приемника ESH3 осуществляется либо
непосредственно от источника питания (батареи 12 В, сеть 24 В), либо от се-
ти переменного тока через выпрямитель с защитной изоляцией.
Главный тракт приема ESH3 (рис. 11.6) включает аттенюатор, пресе-
лектор, тракты первой, второй и третьей ПЧ; в состав приемника входят так-
же два синтезатора частоты и блок управления.
Аттенюатор, включенный между антенной и преселектором прием-
ника, обеспечивает ступенчатое снижение уровня входного сигнала на
30...40 дБ с шагом 10 дБ. За счет этого удается существенно расширить ди-
намический диапазон приемника при приеме сильных сигналов, а также ос-
лабить станционные помехи. Аттенюатор реализован на pin-диодах, обла-
дающих большим диапазоном изменения сопротивления и малой емкостью.
Блоки
фильтров
>.01. ,1,45 МГс
'Ll
ВЧ-вход
| Аттен. ВЧ |
1.43. .30 МГц
ПрЧ1
Калибровка .. _
Импульс \ Синус
Г1
'С
МП
к МП
Л„ - 75М1ц ПрЧ2
10 кГц
к МП
Лил.
Ап "9МГц ПрЧЗ 30 кГц I I
(10 кГц)
2,4 кГц
°*5 гГц | Полоса ПЧ
| Аттен. пЛ]
(10 кГц).
0,2 кГц
Индикация
Заданное значение
ПЧ1 75 МГц
С
Отсчет и
— Ьахват
-з, -4
“f"’ Уровень
[Режим индикаций]
--------------- С
ПЧЗ 30 кГц
Рис. 11.6
Расстройка
-gw
34
|Дист. измерение |
Управляющие входы
АЦП
Питание
Выход
генератора
Генератор
*.97 МГп
Гетеродин
28,5 kTu(OSB)
30,0 яГц (АО)
31,0 гГц(А1)
313 кГц (USB)
Синтезатор 1
73.0 104.9999 МГц
Шаг
100 Гц / ЮсГи
Генератор
65.9999 МГп (OSB)
66.0 МГп
66,0015 МГп (LSB)
Записывающее уст-во
Буквенно-
цифровой
индикатор цС2
Тастатура+
индикатор
диапазона
Блок
настройки
Код антенны
Управляющие
| Громкость |
Опорная частота
-10V+5V+10V+12V +25V+3OV
м икропроцессорныи
блок цС1
Шина адреса IEC
Шина данных IEC
Мониторинг
напряжения
408___________________________Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
409
Преселектор ESH3 состоит из устройства управления и двух блоков
фильтров: Ф1 и Ф2. Весь частотный диапазон ESH3 поделен на 16 поддиапа-
зонов (табл. 11.1). Блок Ф1 охватывает частотный диапазон 0,01...1,45 МГц,
блок Ф2 - 1,45...29,9999 МГц. Фильтры блоков Ф1 и Ф2 ограничивают поло-
су частот принимаемого сигнала, а также уменьшают частотные искажения
ПрЧ1 (примерно на 20 дБ). Для поддиапазонов 1-14 используются фильтры,
настроенные на фиксированную частоту, а для 15 и 16 - перестраиваемые.
Номиналы верхних и нижних частот поддиапазонов, необходимые для опре-
деления номера фильтра, хранятся в двух диодных матрицах устройства
управления. Таким образом, устройство управления определяет номер вход-
ного фильтра для текущей частоты настройки; помимо этого, оно вырабаты-
вает напряжение настройки в диапазоне 10. ..29,99 МГц для перестраиваемых
фильтров 15 и 16 поддиапазонов.
Таблица 11.1
Номер поддиапазона Поддиапазон, МГц Номер фильтра Номер поддиапазона 11оддиапазон, МГц Номер фильтра
1 0,01...0,1499 1 9 1,45... 1,9999 2
2 0,15...0,1999 1 10 2,0...2,6999 2
3 0,2...0,2799 1 11 2,7...3,6999 2
4 0,28...0,3899 1 12 3,7...5,1999 2
5 0,39...0,5399 1 13 5,2...7,1999 2
6 0,54...0,7499 1 14 7,2...9,9999 2
7 0,75... 1,0499 1 15 1 10,0... 19,9999 г 2
8 1,05... 1,4499 1 16 20,0...29,9999 2
Первый и второй ПрЧ в наибольшей степени определяют динамиче-
ские характеристики ESH3 (частотные искажения, интермодуляцию, пере-
крестную модуляцию) и обеспечивают подавление зеркального канала, по-
бочных колебаний и промежуточной частоты.
Входной сигнал проходит через ФНЧ Чебышева 9-го порядка, с часто-
той среза 35 Ml ц, обеспечивающий подавление колебаний генератора
(75... 104,9999 МГц) и зеркального канала (150... 179,9999 МГц) более чем на
70 дБ. Затем сигнал подается на 1-й ПрЧ, на который поступает колебание
первого гетеродина от синтезатора частот 1. Разностная
/рази = Лен-/приема = /пР1= 75 МГц и суммарная /сум =/гет] +/приема состав-
ляющие на выходе ПрЧ усиливаются и после детектирования подаются на
быстродействующий компаратор, время срабатывания которого меньше, чем
величина, обратная максимальной полосе пропускания усилителя. Выходные
импульсы компаратора поступают через импульсный усилитель в блок
410
Системы и устройства коротковолновой рвдиосвязи
управления для дальнейших преобразований и обработки. Усиленный в по-
лосе примерно 2 МГц сигнал 1-й ПЧ передается через аттенюатор и ФНЧ
в малошумящий усилитель. Еще один ФНЧ обеспечивает дополнительное
подавление помех.
Во 2-м ПрЧ сигнал первой ПЧ 75 МГц преобразуется во 2-ю ПЧ, рав-
ную 9 МГц. Частота второго гетеродина в зависимости от вида демодуляции
составляет 66,0000 МГц, 66,0015 МГц или 69,9985 МГц. Суммарная состав-
ляющая гсум =75 + 66 = 141 МГц после детектирования, сравнения и усиления
проходит дальнейшую обработку в блоке управления. Выделенная резонанс-
ным контуром разностная составляющая /разн = 75 - 66 = 9 МГц проходит че-
рез малошумящий усилитель с высоким коэффициентом усиления, диодный
переключатель ширины полосы пропускания ПЧ, усилители. Максимальная
полоса пропускания фильтра в тракте ПЧ2 (по уровню 6 дБ) составляет около
9,5 кГц.
Третий ПрЧ выполняет функции: преобразование сигнала второй ПЧ
9,0 МГц в сигнал 3-й ПЧ 30 кГц с использованием встроенного генератора
8,97 МГц; регулировка коэффициента усиления приемника при калибровке
уровня; регулировка уровня ПЧ в диапазоне 0...+40 дБ; фильтрация шумов в
полосе пропускания ПЧ 500 Гц и 2,4 кГц перед индикацией и детектировани-
ем с целью предохранения цифровых данных от искажений; переключение
полосы пропускания тракта ПЧ на 200 Гц с помощью механического фильт-
ра; индикация перегрузки цепей, предшествующих фильтру на 200 Гц.
Третий преобразователь приемника (рис. 11.7) собран по двухтактной
схеме, в каждом плече которой включен кольцевой преобразователь на полу-
проводниковых диодах, работающий на каскодный усилитель на полевых
транзисторах с выходным сопротивлением 50 Ом, высоким устойчивым ко-
эффициентом усиления и низким коэффициентом шума. На выходе этого
усилителя включен кварцевый фильтр. Кроме того, между преобразователем
и усилителем включен апенюатор напряжения на pin-диодах с постоянным
входным и выходным сопротивлениями; диапазон регулировки аттенюатора
составляет 45 дБ, вносимые потери - менее 1 дБ.
Генератор на 8,97 МГц - кварцевый, управляемый фазосдвигающей
цепью. Регулировка затухания ПЧ осуществляется переключением величины
обратной связи, определяющей коэффициент усиления 2 операционных уси-
лителей. Два октавных резонансных контура уничтожают помехи.
Калибровочный генератор 2 вырабатывает колебания, необходимые
при специальных режимах работы приемника: калибровке усиления, двух-
портовых измерениях, для дистанционного измерения частоты.
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
411
Рис. 11.7
Синтезатор частот ESH3 состоит из двух блоков: синтезатора 2, пред-
ставляющего собой набор генераторов, и синтезатора 1, который выполняет
функцию собственно синтеза сетки частот с требуемым шагом.
Синтезатор 2 включает опорный генератор на 60 МГц, интерполяци-
онный генератор для синтезатора 1 и генератор на 66 МГц для 2-го ПрЧ.
Опорный генератор на 60 МГц представляет собой высокоточный
кварцевый генератор, температура кристалла которого поддерживается по-
стоянной с помощью термосопротивления. Благодаря малой теплоемкости
время выхода в рабочий режим (т.е. достижения заданной стабильности коле-
баний) составляет 30 с. Интерполяционный перестраиваемый генератор выра-
батывает колебания с частотой 50,000...50,999 МГц. Сигнал 66 МГц, необхо-
димый для второго ПрЧ, поступает с кварцевого генератора, частота которого
может меняться в пределах ± 1,5 кГц для приема сигналов в режиме SSD.
Синтезатор 1. С выхода синтезатора 2 сигнал с частотой
65,000...65,0999 МГц поступает на вход синтезатора 1 и далее проходит че-
рез усилитель и фильтр с полосой пропускания около 1 МГц (рис. 11.8). По-
сле усиления сигнал снова фильтруется. Оба фильтра позволяют практически
полностью избавиться от побочных продуктов смесителя и второй боковой
полосы частот (55.00U...54,9001 МГц).
После смешивания в ПрЧ1 сигнала с колебанием первого гетеродина
75... 104,9999 МГц сигнал суммарной частоты отфильтровывается ФНЧ,
а разностной 10...39,9 МГц - проходит через усилитель и делители на 10 или
11 и маломощные программируемые делители Шотки с переменным коэф-
фициентом деления 100...399. В фазовом дискриминаторе (ФД) происходит
сравнение фазы полученного колебания с частотой 100 кГц и фазы колебания
100 кГц, пришедшего от синтезатора 2 (от кварцевого генератора 60 МГц по-
сле деления на 600). С выхода ФД сигнал поступает на устройство вывода
сигнала синхронизации УВСС, который вырабатывает сигнал, индицирую-
щий наличие синхронизации управляющей цепи.
412
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Синхронизация
Рис. 11.8
Первый гетеродин приемника состоит из 3 перестраиваемых генерато-
ров, каждый из которых вырабатывает колебание в полосе частот 10 МГц,
перекрывая таким образом диапазон от 75,000 МГц до 104,9999 МГц. Выбор
требуемого генератора производится цепью предварительной установки, со-
стоящей из делителей Шотки, ЦАП с усилителем и регистра. Последний до-
бавляет единицу к самой значимой цифре частоты приема с целью регули-
ровки коэффициента деления.
Микропроцессорное управление ESH3. Введение в блок обработки
сигнала двух микропроцессоров (цР) делает приемник ESH3 автоматизирован-
ным, значительно расширяя его возможности. Микропроцессоры обеспечива-
ют управление аналоговыми блоками, первичную обработку результатов изме-
рений и организацию процесса регистрации показаний. На рис. 11.9 в упро-
щенном виде показано взаимодействие ведущего и ведомого процессоров [60].
Программа
Управление
устройством
Выполнение
программы
Рис. 11.9
11 Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона 413
Главный процессор Intel 8085 с ППЗУ емкостью 32 Кбайта имеет ши-
рокие возможности управления. Нижние адреса адресного пространства про-
граммной памяти зарезервированы за резидентными программами, верхние -
служат для управления периферийными устройствами, последовательными
портами и ОЗУ. Емкость ЗУ с произвольной выборкой составляет 768 байт,
из которых 512 имеют энергонезависимое аккумуляторное питание, чем
обеспечивается сохранение в памяти всех установок приемника после его от-
ключения. В качестве ведомого процессора используется однокристальный
процессор Intel 8748, который снабжен интерфейсом для связи с дисплеем
8279 и клавиатурой. Интерфейс с шиной данных разработан в соответствии
со стандартом МЭК.
БУ обеспечивает выполнение следующих функций [60]:
• установка в исходное положение и возврат всех функций устрой-
ства в определенное состояние;
• запуск устройства в заданный момент;
• местная блокировка для отключения передней панели во время
прохождения программы;
• работа только в режиме выдачи информации при протоколирова-
нии результатов измерений без применения управляющих вычислитель-
ных машин;
• автоматическая настройка частоты при произвольно выбранных
стартстопных частотах; можно выбрать до 5 диапазонов сканирования с уче-
том полосы пропускания по ПЧ, режимов детектирования, индикации и т.д.;
• программирование произвольных интервалов времени измерения
и индикации в пределах от 5 мс до 10 с; в течение минимального интерва-
ла измеряется до 64 отдельных параметра;
• калибровка всего диапазона частот;
• автоматическая градуировка с помощью ВЧ и ПЧ эталонных линий;
• составление документации;
• управление выводом измеренных значений на индикатор.
11.3. Семейство КВ приемников ЕК890
фирмы Rohde&Schwarz
Семейство КВ приемников ЕК890 [187, 188] включает три различные
модели: одиночный приемник ЕК890, сканирующий приемник ЕК891, стро-
енный (3 в I) приемник ЕК893. Приемники этого семейства могут приме-
няться для приема голоса, данных, для связи, радиомониторинга и радиооб-
наружения в области частот от 10 кГц до 30 МГц. ЕК890 применяется в про-
фессиональных устройствах КВ связи, на судах и автомобилях, на борту
авиалайнеров, а также геологами и др. Более ранние модели подобных ПРПУ
рассмотрены в [27].
414
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Модели ЕК891, ЕК893 этого семейства построены на основе модели
приемника ЕК890. Приемник ЕК893 представляет собой три приемника
ЕК890 в одном 19" корпусе, которые управляются общим процессором и ра-
ботают от общего блока питания. ЕК893 позволяет вести одновременный
прием трех различных видов излучения и одновременную работу в трех раз-
личных режимах. Другими его преимуществами являются компактность и
более высокая надежность (время наработки до отказа больше, чем у трех
отдельных приемников).
Приемники имеют модульное построение, позволяющее изменять их
конфигурацию путем установки дополнительных блоков, которые не входят
в стандартную конфигурацию. ЕК890/891 имеют два проводных и шин-
но-интегрированных слота для установки модулей расширения (цифровые
демодуляторы, конвертеры ПЧ или входные фильтры), ЕК893 - слот для ус-
тановки цифрового демодулятора или конвертера ПЧ.
Приемник ЕК890 с учетом дополнительного блока обработки обеспе-
чивает прием основных видов телеграфных и телефонных сигналов. Чувстви-
тельность ПРПУ при отношении сигнал-шум 10 дБ при приеме различных
видов сигналов лежит в пределах 0,3...2,5 мкВ; селективность по побочным
каналам более 90 дБ. Перестройка может осуществляться с помощью ручки
настройки, клавиатуры на лицевой панели приемника и дистанционно; шаг
перестройки частоты до 1 Гц. Входное сопротивление 50 Ом, просачивание
гетеродина на вход приемника менее 10 мкВ, допустимое напряжение на
входе 15 В. В приемнике ЕК890 использовано двойное преобразование час-
тот, первая промежуточная частота - 41,44 МГц, вторая - 1,44 МГц. Для
приема различных видов сигналов в тракте второй ПЧ используются шесть
переключаемых кварцевых фильтров с полосой пропускания от 150 Гц до
10 кГц, выпускают также варианты приемников с числом фильтров в тракте
второй ПЧ - 2 и 3. Приемник обладает высокой линейностью ГТП. В тракте
второй ПЧ предусмотрена как автоматическая, так и ручная (местная и дис-
танционная) регулировка усиления. При АРУ напряжение на выходе ГТП
изменяется не более 0,5 дБ при изменении уровня сигнала на входе приемни-
ка от 1 мкВ до 1 В; диапазон ручной регулировки 0...120 дБ ступенями по
5 дБ. Приемник работоспособен в диапазоне температур от -10 до +45 °C,
напряжение питания 100...240 В; размеры 211x132x460 мм, вес 8 кг. Прием-
ник состоит из четырех основных модулей и двух свободных мест для смен-
ных блоков.
Встроенный микропроцессорный блок осуществляет автоматизирован-
ное управление всеми узлами ПРПУ и контроль с передней панели и по ин-
терфейсу с внешних устройств. Управление приемником возможно через ли-
цевую панель, компьютер или ASCII терминал. В стандартной версии дис-
танционное управление осуществляется через мультистандартный интер-
фейс, включающий RS-232C, RS-485, RS-422/423, 2/4-проводный. Для управ-
ления с больших расстояний используется модем. В простейшем случае в ка-
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
415
честве пульта управления может выступать терминал. Более широкие воз-
можности предоставляет компьютер, который позволяет создавать специаль-
ные пользовательские интерфейсы (виртуальная панель управления).
Структурная схема ПРПУ ЕК890 показана на рис. 11.10. Приемник
состоит из блока РЧ, включающего преселектор и преобразователи первой и
второй ПЧ; блока ПЧ и демодуляторов различных видов работ; синтезатора
частот, состоящего из опорного генератора, первого и второго гетеродинов;
блока управления. Сигнал с антенны через фильтр нижних частот, осуществ-
ляющий подавление зеркального канала (более 90 дБ) и уменьшающий про-
сачивание напряжения с частотой гетеродина в антенну, поступает на первый
преобразователь частоты, где преобразуется в первую промежуточную часто-
ту 41,44 МГц. На первый ПрЧ подается от синтезатора колебание первого
гетеродина с частотой 41,45...71,44 МГц с шагом 1 Гц. На выходе первого
ПрЧ включен кварцевый фильтр с полосой 10 кГц, осуществляющий требуе-
мую селективность по зеркальному каналу по второй ПЧ. Далее сигнал по-
ступает на второй преобразователь ПЧ, на выходе которого формируется ко-
лебание со второй ПЧ 1,44 МГц (частота второго гетеродина 40 МГц). После
усиления колебание второй ПЧ поступает в блок демоделяторов. В первом
ПрЧ обеспечена высокая линейность по интермодуляции, перекрестной мо-
дуляции и блокированию, что дает возможность не применять вспомогатель-
ные средства селекции, такие как, например, субоктавные фильтры.
Основная селекция обеспечивается в блоке ПЧ с помощью шести квар-
цевых фильтров с полосой пропускания от 150 Гц до 10 кГц. Фильтры на-
строены либо на среднюю частоту спектра принимаемого сигнала, либо на
боковую полосу при однополосной модуляции сигнала. Далее сигнал второй
ПЧ усиливается в многокаскадном усилителе с регулируемым усилением,
причем управление усилением возможно в автоматическом режиме (АРУ),
вручную с лицевой панели или дистанционно. Далее сигнал ПЧ преобразует-
ся к звуковой частоте с помощью детектора огибающей (в режиме AM) или с
помощью сигнала BFO, изменяемого с шагом 10 Гц (в режимах CW и SSB).
При установке блока цифрового сигнального процессора (ЦСП) ПЧ
GM890 вторая промежуточная частота преобразуется вниз, переводится в
цифровую форму 12-разрядным АЦП и поступает на однокристальный про-
цессор для демодуляции и цифровой обработки. Базовая версия этого модуля
разработана для работы в режимах TTY (FSK, AFSK) и может быть дополни-
тельно расширена для режимов F3E, F7B, F3C.
Синтезатор частот формирует все частоты преобразования для блоков
радиочастоты и ПЧ/демодулятора. Благодаря использованию метода цифро-
вого синтеза частота первого гетеродина варьируется с шагом в 1 Гц; дли-
тельность его перестройки на любую частоту 5 мс. Два кольца ФАПЧ выра-
батывают фиксированную частоту 40 МГц и частоту BFO. Работа всех четы-
рех ФАПЧ в синтезаторе постоянно контролируется.
Рис. 11.10
416_________________________Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
417
В базовой модели все частоты формируются от кварцевого генератора с
температурной компенсацией. Более высокие требования к стабильности час-
тоты могут быть выполнены включением термостатированного кварцевого
генератора или путем использования внешней опорной частоты (1,5 или
10 МГц).
Микропроцессорный блок. Автоматизация работы ЕК890 обеспечи-
вается мощным 16-разрядным микропроцессором, использующим энергосбе-
регающую КМОП технологию. Микропроцессор отвечает за реализацию ос-
новных функций (выбор требуемой полосы пропускания, определение режи-
мов демодуляции, регулировки усиления, управление синтезатором и пр.),
управление операциями поиска (режимы сканирования каналов), системными
операциями (считывание информации о текущих установках и параметрах,
сообщений об ошибках, версии программного обеспечения и пр.), операция-
ми контроля (запуск встроенного теста (В ГР и сбор данных тестирования,
постоянный мониторинг синтезатора), операциями с каналами (сохранение
канала в памяти и его вызов, выбор канала и считывание его параметров),
специальными операциями (работа в режиме «ведущий-ведомый», работа с
ЕК085, полное стирание канальной памяти). Кроме того, с передней панели
доступны такие функции, как отображение текущей конфигурации интер-
фейса; быстрое сохранение канала; включение-выключение настроек, ис-
пользуемых по умолчанию; установка пароля и режима (местный, удален-
ный), регулировка шага перестройки ручки квазиплавной настройки частоты.
Емкость запоминающего устройства позволяет хранить в памяти до 1000 ка-
налов.
В режиме «ведущий-ведомый» главный приемник может контролиро-
вать до 99 ведомых приемников, используя специальные драйверы. В качест-
ве ведущего также может использоваться приемник ЕКО85. С помощью мик-
ропроцессора осуществляется взаимодействие ЕК089 с другими внешними
устройствами через панель управления и интерфейс данных.
Цифровые КВ приемники ЕК895/ЕК896. Как видно из структурной
схемы (рис. 11.11) новые приемники ЕК895/ЕК896 [188) принципиально не
отличаются от приемника ЕК890. Многие функции и режимы, реализация
которых в ЕК890 была связана с установкой дополнительных бликов, в
ЕК895/ЕК896 доступны в базовой конфигурации. Так, ЕК895/ЕК896 стал
цифровым (добавлен ЦСП), помимо этого разработчики отмечают расширен-
ный по сравнению с ЕК890 набор режимов работы, доступных в базовой
конфигурации; перестраиваемый малошумящий преселектор (коэффициент
шума 8£Го); 11 фильтров с полосами пропускания от 150 Гц до 8 кГц; двой-
ной режекторный фильтр; систему подавления импульсных помех; регули-
ровку полосы пропускания.
27- 5869
Рис. 11.11
Наушники
У*-| Блок управления [
Г
418 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
11 Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
419
11.4. Отечественное профессиональное радиоприемное
устройство «Бригантина»
Назначение и характеристики. Отечественное ПРПУ «Бригантина»
(адрес разработчика: 644009, Омск, ул. Масленникова, 231; тел. (3812) 33-36-74)
[54] предназначено для использования на судах морского промыслового фло-
та при установке во внутренних помещениях судна. ПРПУ применяется в со-
ставе автоматизированных средств судовой радиосвязи, обеспечивающих
Глобальную связь при бедствии, а также для автоматизации обмена инфор-
мацией между судами и береговыми радиостанциями. Рабочий диапазон час-
тот приемника 0,01...29,99999 МГц. В этом диапазоне ПРПУ может быть на-
строено на любую фиксированную частоту, кратную 10 Гц. Настройка на
требуемую частоту может быть осуществлена путем набора ее значения на
цифровой тастатуре панели управления или с помощью ручки квазиплавной
настройки. ПРПУ обеспечивает прием сигналов классов излучения AIA, A2A,
Н2А, АЗЕ, АЗС, НЗЕ, J3E, J7B, J2B, FIB, GIB, F2C и работу с магнитофона-
ми, телеграфными буквопечатающими и фототелеграфными аппаратами. От-
носительное отклонение частоты настройки приемника от номинального зна-
чения определяется нестабильностью опорного генератора «Гладиолус» и
составляет: через 15 мин после его включения ±1-10-7; через 4 часа после его
включения за последующие 24 часа не более ±2,5-КГ8; долговременная не-
стабильность за 12 месяцев не более ±1,5-10'7. Коэффициент шума приемника
колеблется в зависимости от используемого участка диапазона и составляет:
в диапазоне 0,010...0,15999 МГц - 35 дБ; в диапазоне 0,160... 1,49999 МГц -
22 дБ; в диапазоне 1,50... 29,99999 МГц - 16 дБ.
Чувствительность при приеме классов излучения J3E и J7B для соот-
ношения сигнал-шум 20 дБ при работе на несимметричный вход 75 Ом и на
симметричный вход 200 Ом приведена в табл. 11.2, а при приеме сигналов
классов FIB и GIB - в табл. 11.3.
Таблица 11.2
Диапазон частот, МГц Класс излучения Чувствительность, мкВ, не более
вход 75 Ом вход 200 Ом
в нормальных климатических условиях в крайних климатических условиях в нормальных климатических условиях в крайних климатических условиях
0,500... 1,49999 300HAIA 2,4 3,4 4,8 9,6
1,5...29,99999 J3E 3,3 4.2 6 8,4
J7B 3,8 5 6 10
300HAIA 1,2 1,7 2,4 3,4
420
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Таблица 11.3
Вид работы Сдвиг частот, Гн Скорость манипуляции. Бод Чувствительность, мкВ, не более
170HFIB 170 100 1,1
340HFIB 340 200 1,6
500HFIB 500 300 2,1
IkOOFIB 1000 500 3,0
GIF — 100 1,1
GIF — 200 1,6
Избирательность по побочным каналам приема составляет не менее 86
дБ при расстройке на 100 кГц и более. Избирательность по соседнему каналу,
измеренная в режиме J3E, составляет 50 дБ при расстройке на ±3 кГц; 60 дБ
при расстройке на ±6 кГц; 70 дБ при расстройке на ±10 кГц. Полосы пропус-
кания по второй промежуточной частоте относительно частоты настройки
приемника приведены в табл. 11.4
Таблица 11.4
Полоса пропускания по уровню 3 дБ, Гц, не менее Полоса пропускания по уровню 60 дБ, Гц, не более
±55 ±400
±150 ±650
±300 ±1050
±600 ±600
±1100 ±2600
от 350 до 2700 от -300 до 3500
от 300 до 3400 от -300 до 5100
±3200 ±10000
Диапазон регулировки усиления как в автоматическом режиме, так и в
ручном составляет не менее 120 дБ-мкВ, в том числе 30 дБ составляет затуха-
ние аттенюаторов в тракте радиочастоты (до первого преобразователя) с ша-
гом изменения 3 дБ.
В ПРПУ предусмотрено местное и дистанционное управление. Система
встроенного контроля осуществляет проверку работоспособности приемника и
отыскание неисправного блока путем выполнения трех встроенных программ.
Антенный вход приемника предназначен для работы с антеннами,
оканчивающимися несимметричным коаксиальным кабелем с волновым со-
противлением 75 Ом или симметричным кабелем с волновым сопротивле-
нием 200 Ом.
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
421
В состав ПРПУ входят следующие функционально и конструктивно за-
конченные блоки [58]: блок предварительной селекции сигналов (преселек-
тор); элемент защиты входных цепей радиоприемного устройства; блок уси-
ления и преобразования радиочастоты; блок основной избирательности и
усиления; блок управления главным трактом приема и формирования сигнала
обратного преобразования радиочастоты (ОПРЧ); блок формирования сигна-
лов первого гетеродина; блок формирования сигналов мелкой сетки частот
для первого гетеродина; блок формирования сигналов второго гетеродина и
опорной частоты; блок формирования сигналов местной несущей и тонально-
го гетеродина; демодулятор телефонных видов работы; усилитель сигналов
звуковой частоты для встроенного и внешнего громкоговорителей; демоду-
лятор телеграфных видов работы; микропроцессорный блок управления; блок
адаптеров внутреннего и внешнего интерфейсов; панель управления; блок
питания; пульт дистанционного управления, состоящий из микропроцессор-
ного блока управления, панели управления, блока адаптеров интерфейсов для
радиального подключения устройств с последовательной передачей инфор-
мации, блока питания.
Таким образом, функциональная схема ПРПУ «Бригантина*, традици-
онная для профессиональных КВ приемников, включает в себя главный тракт
приема, тракт обработки телефонных и телеграфных сигналов, систему син-
теза частот и микропроцессорную систему управления и контроля.
Главный тракт приема. Сигнал с антенного разъема приемника (рис.
11.12) поступает на схему защиты, основное назначение которой - предохра-
нить приемник, в том числе и преселектор, от действия мощных высокочас-
тотных помех (до 1000 В э.д.с.). Сохранность входных цепей радиоприемного
устройства обеспечивается посредством замыкания антенного входа на кор-
пус с помощью мощного полевого МДП-транзистора и быстродействующего
управляющего устройства, которое анализирует уровень напряжения на вхо-
де и величину тока, протекающего через входную цепь приемника. В диапа-
зонах частот 0,01...0,41 МГц и 0,535... 1,5 МГц закорачивание входа прием-
ника происходит при уровне помех более 10 В, а в диапазонах частот
0,41. ..0,535 МГц и 1,5. ..30 МГц при напряжении помех 32...40 В. Время сра-
батывания схемы защиты (40±5) мкс.
Противолокационный фильтр (ПЛФ) предназначен для защиты входа
радиоприемного устройства от помех, создаваемых радиолокационными и
другими мощными радиостанциями в диапазоне частот выше 45 МГц. ПЛФ
имеет частоту среза около 45 МГц. Для защиты усилителя радиочастоты ис-
пользуется ограничитель мгновенных значений высокочастотного сигнала,
ограничивающий помеху на уровне 2,2...3,2 В э.д.с. Элемент защиты содер-
жит резистивный аттенюатор на 12 дБ, который включается при наличии
сигналов в антенне больших уровней и находится в системе автоматической
регулировки чувствительности приемника.
422
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
ЕЛ( )ЧНАЯ МАТИС ТР.АЛЬ (ШИНА ДАННЫХ)
Рис. 11.12
Рис. 11.13
БЛОЧНАЯ МАГИСТРАЛЬ (ГЛИНА ДАННЫХ)
От блока
преселектора
Из АТ схемы
тащи гы
БЛОЧНАЯ МАГИСТРАЛЬ (ШИНА ДАННЫХ)
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона_ 423
Рис. 11.14
-15R +5В ’) 5R ±24В *J2B +27 R
424 _____________Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона 425
Сигнал с элемента защиты поступает на блок преселектора, обеспечи-
вающий предварительную селекцию сигналов на входе ПРПУ в диапазоне от
10 кГц до 30 МГц. Блок выполнен в виде двухконтурного фильтра, пере-
страиваемого дискретными конденсаторами; коммутация поддиапазонов и
емкостей в магазинах дискретных конденсаторов (МДК) осуществляется
электромагнитными реле.
Селекция сигналов на частотах 10...400 кГц осуществляется фильтром
нижних частот (ФНЧ), на частотах 400...600 кГц - перестраиваемым двух-
контурным фильтром, на частотах 600... 1500 кГц - полосовым фильтром.
Для обеспечения дополнительного ослабления сигналов с частотами выше
рабочего диапазона установлен ФНЧ. Сохранность элементов перестраивае-
мого фильтра 400...600 кГц обеспечивается с помощью разрядника, ограни-
чивающего напряжение на контурах преселектора до 80 В, а сохранность ши-
рокополосных фильтров 10...400 кГц и 600... 1500 кГц - элементом защиты
ПРПУ, который ограничивает амплитуду высокочастотных напряжений на
входе фильтров до 10 В.
Селекцию в каждом поддиапазоне диапазона частот 1,5...30 МГц вы-
полняет двухконтурный полосовой перестраиваемый фильтр. Для повышения
частотной избирательности при дальних отстройках и улучшения условия
согласования с радиоприемным трактом на выходе контуров в поддиапазонах
частот 1,5...20 МГц включены Т-образные звенья ФНЧ, частоты срезов кото-
рых лежат выше рабочих частот поддиапазонов. Сохранность элементов
тракта высокой частоты от действия мощных помех до 40...50 В э.д.с., наве-
денных работающим передатчиком, обеспечивает включенная в первый кон-
тур фильтра каждого поддиапазона схема защиты с порогом ограничения
около 11В.
В блоке преселектора имеется плата управления, которая обеспечивает
сопряжение блока с микропроцессорной системой радиоприемного устройст-
ва. Плата обеспечивает дешифрацию адреса блока, прием, хранение, провер-
ку команд управления блоком, а также формирование управляющих сигналов
для управления работой реле поддиапазонов и дискретных конденсаторов
преселектора. Основу для реализации указанных функций в плате составляет
16-разрядный интерфейс ввода-вывода.
С преселектора сигнал поступает на блок усиления и преобразования
радиочастоты (рис. 11.13), предназначенный для усиления и преобразования
радиосигналов в диапазоне 10 кГц...30 МГц, селекции и усиления промежу-
точных частот. Блок содержит усилитель радиочастоты (УРЧ), с помощью
которого обеспечивается необходимая чувствительность, управляемые атте-
нюаторы на входе и выходе усилителя (с градациями 0, 3, 6, 9 дБ каждый) и
тракт преобразования частоты. Аттенюаторы выполнены на гибридной мик-
росборке 04ПН03 и представляют собой резистивные матрицы, коммутируе-
мые pin-диодами. Управление аттенюаторами производится по командам,
поступающим из блока управления ГТП. Усилитель радиочастоты (микро-
сборка 04УВ011), выполненный по схеме с нешумящей обратной связью,
426
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
имеет коэффициент шума порядка 4...5 дБ и коэффициент передачи по э.д.с.
2...3. ФНЧ, включенные после первого и второго аттенюаторов, представля-
ют собой LC-фильтры с частотой среза 40 МГц по уровню 1 дБ. В первом
смесителе производится преобразование сигналов радиочастоты с сигналом
первого гетеродина частотой 65,138...95,128 МГц в первую промежуточную
частоту, равную 65,128 МГц. Смеситель выполнен по кольцевой балансной
схеме (микросхема 590КН8А). Необходимое для работы смесителя напряже-
ние гетеродина уровнем 7... 10 В подается на преобразовагель через симмет-
рирующий трансформатор с усилителя. Мощность, потребляемая гетеродин-
ным усилителем, составляет около 1 Вт, коэффициент усиления по напряже-
нию 24...28 цБ.
Нагрузкой первого преобразователя является полосовой кварцевый
фильтр на номинальную частоту 65128 кГц. Фильтр имеет два резонатора,
что позволяет обеспечить необходимую фильтрацию по зеркальному каналу
ПЧ2 и увеличить затухание в паразитных зонах за полосой пропускания
фильтра. Между звеньями кварцевого фильтра включен однокаскадный тран-
зисторный усилитель сигналов ПЧ1 на транзисторе 2Т368А, компенсирую-
щий потери в первом резонаторе фильтра.
Во взором ПрЧ сигнал ПЧ1 смешивается с сигналом второго гетероди-
на частотой 65 МГц и преобразуется во вторую ПЧ, равную 128 кГц. Второй
ПрЧ и усилитель второго гетеродина аналогичны первому ПрЧ и первому
усилителю соответственно. Усилитель ПЧ2 выполнен на транзисторах
2П307Г и 2Т368А.
При работе ПРПУ в режиме автоматического полудуплекса, а также на
время перекпючения ступеней аттенюаторов или во время перестройки
ПРПУ в тракте блока усиления и преобразования радиочастоты производится
шунтирование сигнала с помощью ключа (ЭК), установленного между уси-
лителем ПЧ2 и усилителем внешней ПЧ2. Запирание тракта происходит при
подаче команды «Бланкирующий импульс» из блока управления ГТП.
Усилитель внешней ПЧ2 выполнен на микросхеме 574УД1А, на выходе
которой включен двухтактный транзисторный каскад на транзисторах
2Т3117А и 2Т313Б. Для контроля работ оспособности блока на выходе усили-
теля внешней ПЧ2 включен детектор, с выхода которого информация об
уровне помех и сигнала подается в блок управления ГТП.
Усиленный сигнал ПЧ2 поступает на блок основной избирательности и
усиления (рис. 11.14), который содержит все необходимые фильтры основной
избирательности. Этот блок предназначен для селекции и усиления сигналов
по второй ПЧ, равной 128 кГц, и обеспечивает полосы пропускания по ПЧ2
ПО, 300, 600, 1200, 2200, 2350, 3100, 6750 Гц при неравномерности АЧХ не
более 2,5 дБ, причем в полосах пропускания 2350 и 3100 Гц осуществляется
прием на верхней боковой полосе. Диапазон регулировки усиления блока не
менее 92 дБ.
Пришедший на вход блока сигнал поступает через электронный комму-
татор (ЭК) на фильтры основной селекции. Электронный коммутатор обеспе-
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона 427
чивает возможность работы блока от внешней ПЧ при подаче сигнала на со-
ответствующий разъем. При помощи электронных коммутаторов, выполнен-
ных на микросхемах 590КН6, осуществляется включение входных и выход-
ных цепей электромеханических фильтров (ЭМФ), имеющих полосы пропус-
кания соответственно 6750, 3100, 2350 и 2200 Гц. С выхода ЭК сигнал посту-
пает на двухкаскадный малошумящий усилитель на транзисторах 2П307Г и
2Т368А, предназначенный для компенсации затухания ЭМФ и обеспечения
требуемой чувствительности блока в полосах пропускания. Его коэффициент
усиления по напряжению равен 14 дБ. Следующий усилительный каскад, вы-
полненный на операционном усилителе (микросхема 574УД1А), служит для
дополнительного усиления сигнала с целью реализации требуемой чувстви-
тельности при работе с последующими узкополосными фильтрами
(ПО... 1200 Гц). При работе в широких полосах (2200...6750 Гц) коэффици-
ент передачи этого усилительного каскада равен единице (0 дБ), а в узких
полосах (ПО...1200 Гц) - 16 дБ. Для выделения полосы пропускания ПО Гц
используется активный кварцевый филыр. К выходу этого фильтра при по-
мощи электронного коммутатора подключается входная цепь ЭМФ с полосой
пропускания 300 Гц для получения требуемого затухания за пределами поло-
сы НО Гц. Включение требуемой полосы пропускания блока осуществляется
путем подачи на управляющие входы ЭК 3-разрядного двоичного кода
фильтра основной избирательности (ФОИ), поступающего с блока управле-
ния ГТП. В зависимости от принимаемого вида излучения включается необ-
ходимый ФОИ.
После фильтров сигнал поступает на дискретно-регулируемый усили-
тель (шаг регулировки 0,75 дБ), состоящий из четырех каскадов на операци-
онных усилителях 574УД1А. Управление усилением осуществляется двоич-
ным кодом, поступающим с блока управления ГТП, по линейно-
логарифмическому закону (равномерное в децибелах изменение усиления
при линейном изменении двоичного кода) с глубиной регулирования более
92 дБ. С выхода дискретно-регулируемого усилителя сигнал проходит через
выходной разъем блока на демодулятор, а также на детектор АРУ. Выходное
напряжение детектора АРУ подается на блок управления ГТП, который вы-
рабатывает управляющий код автоматической (АРУ) либо ручной (РРУ) ре-
гулировки усиления.
Все необходимые функции управления блоками ГТП осуществляются
блоком управления ГТП, который связан с микропроцессорной системой
управления приемника через устройство ввода-вывода. В задачи блока вхо-
дит: формирование сигнала ОПРЧ для тестового контроля приемника; ком-
мутация фильтров основной избирательности; формирование и переключение
постоянных времени АРУ; регулировка усиления в блоке основной избира-
тельности и усиления (в режимах АРУ и РРУ); регулировка чувствительности
приемника (включение ступеней аттенюаторов); переключение режимов уси-
ления тракта приемника.
428
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
В приемнике предусмотрены следующие режимы усиления.
1. Режим АРЧ-АРУ, который является основным режимом работы и
включается автоматически при переходе с одного вида работы на другой (при
изменении класса излучения). В этом режиме производится автоматическая
регулировка чувствительности и усиления. Первая ступень затухания атте-
нюатора включается при соотношении сигнал-шум на входе приемника не
менее 40 дБ.
2. Режим АРЧ-РРУ, в котором производится ручное регулирование
усиления с помощью ручки квазиплавной настройки. При коэффициенте ре-
гулирования, соответствующем соотношению сигнал-шум на входе прием-
ника более 75 дБ, автоматически включается первая ступень аттенюатора и
далее при изменении коэффициента регулирования, которое приводит к из-
менению соотношения сигнал-шум на 6 дБ, включается следующая ступень
затухания аттенюаторов 3 дБ.
3. Режим АРЧ-АРУ соответствует режиму автоматического регулиро-
вания блока основной избирательности и усиления и ручной регулировки
чувствительности. Затухание аттенюаторов задается путем набора необходи-
мого значения на цифровой клавиатуре панели управления.
4. Режим РРЧ-РРУ, в котором регулировка чувствительности и усиле-
ния осуществляется вручную с панели управления приемника.
Информация об уровне сигнала в тракте группового сигнала с детекто-
ра Д1 блока усиления и преобразования радиочастоты, стоящего перед ПрЧ1,
и с детектора Д2, стоящего на выходе блока основной избирательности и
усиления, поступает на блок управления ГТП. В этом блоке в режимах авто-
матического регулирования производится анализ соотношения сигнал-шум и
выдаются управляющие коды для регулирования чувствительности путем
включения соответствующих ступеней аттенюаторов в блоке усиления и пре-
образования радиочастоты и схеме защиты и управляющие коды на регули-
рование коэффициента усиления в блоке основной избирательности и усиле-
ния. При переходе из режима автоматической регулировки усиления в режим
ручной регулировки коды аттенюатора и усиления определяются программно
по уровню напряжений в контрольных точках КТ1 и КТ2 блока управления
ГТП (всего предусмотрено подключение одиннадцати контрольных точек).
Режим усиления в приемнике остается таким, каким он был установлен в ав-
томатическом режиме. Алгоритм включения затухания аттенюаторов сле-
дующий: первоначально включаются ступени затухания аттенюатора, стоя-
щего на выходе УРЧ, затем ступени затухания аттенюатора, стоящего на вхо-
де УРЧ. Для обеспечения устойчивой работы кольца АРУ в ПРПУ блок имеет
зону нечувствительности к напряжению детектора АРУ от -1 В до 1 В. С це-
лью компенсации вводимого затухания входных аттенюаторов их код управ-
ления вычитается из кода регулировки усиления. Для формирования аналого-
вого напряжения АРУ, используемого в системах контроля и АРЧ, применен
цифро-аналоговый преобразователь (572ПА1А). Для снижения влияния пере-
ходных процессов при переключении градаций дискретных аттенюаторов
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона 429
в блоке усиления и преобразования радиочастоты, в блоке управления ГТП
формируется бланкирующий импульс. При подаче внешней команды АПД
формируется команда блокировки ГТП. Для формирования сигнала ОПРЧ в
блоке имеется преобразователь частоты, на который подаются сигналы перво-
го и второго гетеродинов, а также сигнал местной несущей уровнем 100 мВ.
Система синтеза частот. Для приема в диапазоне частот от 10 кГц до
29,°9999МГц требуется формирование синтезатором (первым гетеродином)
колебаний в диапазоне 65138,00...95127,99 кГц с дискретностью 10 Гц.
Схемно и конструктивно синтезатор выполнен в виде двух блоков: блока
формирования сигналов мелкой сетки частот для первого гетеродина - трех-
кольцевой датчик мелкой сетки частот, в котором вырабатываются колебания
с частотами fKC от 1128,00 до 1627,99 кГц при шаге 10 Гц, и блок формирова-
ния сигналов первого гетеродина. В последнем формируются сигналы круп-
ной сетки с частотами/кс от 64,00 до 93,5 МГц через 500 кГц и выполняется
их суммирование с колебаниями блока формирования сигналов мелкой сетки.
В итоге на выходе вырабатываются результирующие колебания синтезатора
частотой от 65138,00 до 95127,99 кГц с шагом 10 Гц. Упрощенная структур-
ная схема синтезатора показана на рис. 11.15.
Перестройка частот синтезатора ocj ществляется сменой коэффициента
деления N трех управляющих делителей: в блоке формирования сигналов
мелкой сетки частот делителя с дробным переменным коэффициентом деле-
ния (ДДПКД) и делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД), у
которых коэффициенты деления NI и N2 изменяются соответственно от 180,0
до 279,9 через 0,1 и от 111 до 160 через 1; в блоке формирования сигналов
первого гетеродина ДДПКД с переменным /V3 от 3,2 до 4,675 через 0,25.
Сигнал второго гетеродина с фиксированной частотой, равной 65 МГц,
вырабатывается в соответствующем блоке (рис. 11.15) из выходного сигнала
опорного генератора «Гладиолус» или внешнего ОГ. Этот блок формирует
также сигналы опорной частоты 10 МГц.
При демодуляции принимаемых сигналов используются сигналы мест-
ной несущей 128 кГц и тон-гетеродина (128±10) кГц, которые формируются
в отдельном блоке (см. рис. 11.15). Тон-гетеродин выполнен на основе циф-
ровою метода прямого синтеза частот из опорной частоты 10 МГц с приме-
нением вычисления дискретных значений фазы синтезирующего сигнала с
последующей компенсацией накапливаемой ошибки в системе фазовой авто-
подстройки частоты (ФАПЧ).
Блок формирования сигналов первого гетеродина (рис. 11.16) предназна-
чен для формирования сетки частот через 0,5 МГц и получения совместно с бло-
ком формирования сигналов мелкой сетки частот выходного диапазона синтеза-
тора. Блок обеспечивает на выходе сигнал с частотой 65128...95127,99 кГц.
Время перестройки блока с одной частоты на другую 20 мс. Уровень побочных
составляющих, обусловленных шумом, при отстройках 30... 150 кГц и более
150 кГц равен 135 дБ/Гц и 150 дБ/Гц соответственно. В блоке сформирован сиг-
нал «Готов к работе» и предусмотрена возможность контроля этого сигнала.
Рис. 11.15
БЛОЧНАЯ M U IK П’АПМШННА ДАННЫХ)
430 ____________Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
431
Рис. 11.16
Сигнал опорной частоты 10 МГц с разъема XI поступает на формиро-
ватель импульсов ФИ1 и с него на опорный делитель, коэффициент деления
которого равен 1,5 или 2. С выхода делителя сигнал подается на частотно-
фазовый детектор с интегратором тока ЧФДИ, который сравнивает эти коле-
бания с колебаниями поделенной частоты перестраиваемого генератора
ГУН1. Управляющее напряжение с выхода ЧФДИ подстраивает ГУН1, кото-
рый работает в диапазоне частот 20...27 МГц. С выхода генератора сигнал
подается на вход делителя с дробным переменным коэффициентом деления,
изменяющийся в пределах от 3,2 до 5,175 через 0,025, и через буферный уси-
литель БУ1 - на формирователь импульсов ФИ2 выходного кольца. Код
управления формируется программно и подается на ДПКД через устройство
ввода-вывода.
Выходной сигнал генератора ГУН2 поступает на буферный усилитель
БУ2 и с него - на вход диодного смесителя СМ. На второй вход смесителя
подаются колебания дат чика крупной сетки частот через ФИ2. Выходной сиг-
нал смесителя через повторитель идет на ФНЧ1 пятого порядка и далее через
ФИЗ на частотно-фазовый детектор. На выходе ЧФД действуют широтно-
модулированные импульсы, пропорциональные разности фаз входных сигна-
лов. Сигнал контроля кольца автоподстройки поступает на схему контроля.
432
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Выходной сигнал ЧФД через усилитель постоянного тока и ФНЧ2 управляет
генератором ГУН2. Выходной сигнал блока формируется усилителем БУЗ и
подается на разъем ХЗ.
В режиме перестройки по частоте синхронизация выходного кольца
усложняется возможностью ложного синхронизма по зеркальной настройке
генератора и по соседней гармонике колебаний с формирователя ФН2. По-
этому в основу настройки положен принцип возвратной установки мини-
мального управляющего напряжения на генераторе ГУН2, т.е. установки его
по частоте в начало диапазона перестройки. В процессе поиска синхронизма
управляющее напряжение изменяется по пилообразному закону, что соответ-
ствует перес гройке по частоте генератора снизу-вверх. Любой признак рас-
синхронизма в кольце приводит к включению схемы сброса и к разряду за-
поминающей емкости кольца С, т.е. к возврату генератора в начало диапазона
перестройки. Для исключения ложной зеркальной настройки ГУН2, учиты-
вая, что по частоте она ниже истинной, введена схема сужения полосы про-
пускания ФНЧ1, состоящая из амплитудного детектора АД и ключей, кото-
рые добавляют в ФНЧ1 дополнительные емкости. При отсутствии сигнала на
выходе ФИЗ дополнительные емкости подключены и полоса ФНЧ1 сужена
примерно на 250 кГц, наличие сигнала ведет к отключению емкостей. Следо-
вательно, в начале процесса перестройки разностная частота на выходе СМ
превышает значение полосы фильтра, сигнал на выходе ФИЗ отсутствует и
полоса фильтра сужена. На зеркальной настройке ГУН2 синхронизм невоз-
можен (отсутствует сигнал на ЧФД). В процессе перестройки с появлением
сигнала на выходе ФНЧ1 и ФИЗ дополнительные емкости отключаются,
фильтр имеет полосу около 2,5 МГц и в системе наступает синхронизм на
нужной частоте настройки.
Блок формирования сигналов мелкой сегки частот предназначен для
формирования из опорного колебания частотой 10 МГц колебания частотой,
изменяющейся в зависимости от поданных команд дискретно с интервалом
10 Гц, в диапазоне от 1128.00 до 1627,99 кГц. Блок состоит из датчика опор-
ных частот, трех колец ФАПЧ: первого, суммирующего и выходного, устрой-
ства ввода-вывода и схемы контроля. Исходным для блока является сигнал
частотой 10 МГц, поступающий от опорного генератора на разъем XI.
Первое кольцо формирует из опорного сигнала частотой 50 кГц коле-
бания в диапазоне частот от 9000 до 13995 кГц с шагом 5 кГц, которые после
деления промежуточным делителем, сопряженным с делителем выходного
кольца, преобразуются в суммирующем кольце в диапазон частот
101,125...102,522 кГц и служат опорными колебаниями для выходного коль-
ца. Частотообразование рассматриваемого блока можно представить сле-
дующим выражением:
/mc=(/ojM + /o2-V2)^4/V5,
где /0| - опорная частота первого кольца равная 50 кГц; f02 - опорная часто-
та суммирующего кольца равная 5 МГц; /VI - коэффициент деления первого
11 Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
433
кольца принимает значения от 180,0 до 279,9; N2 - коэффициент деления со-
пряженных делителей, принимает значения от 111 до 160; N4, N5 - коэффи-
циенты деления промежуточных делителей после суммирующего и выходно-
го колец, W4 = 50, N5 = 10.
Структурная схема блока формирования сигналов мелкой сетки частот
приведена на рис. 11.17. ДОЧ, формирующий два опорных сигнала с часто-
тами 5 МГц и 50 кГц, состоит из ФИ и двух последовательно соединенных
делителей с коэффициентами деления 2 и 100. ФИ, как и все применяемые в
блоке формирователи, согласует уровень входного сигнала с входными уров-
нями делителя.
Рис. 11.17
Первое кольцо состоит из перестраиваемого генератора ПГ, формиро-
вателя импульсов ФИ и делителя частоты с переменным дробным коэффици-
ентом деления, в состав которого входят предварительный делитель 10/11.
делитель с переменным коэффициентом деления ДПКД, формирователь ко-
манд дробности ФКД, частотно-фазовый детектор с интегратором ЧФДИ,
фильтр нижних частот ФНЧ и одновибратор ОдВ.
28 - 5869
434
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Выходной сигнал ДПКД поступает в ЧФДИ для сравнения с опорным
сигналом частотой 50 кГц. Выходной сигнал ЧФДИ через ФНЧ управляет
перестраиваемым генератором так, чтобы частоты совпадали по фазе.
Одновибратор служит для ускоренного вхождения в режим синхрони-
зации кольца при значительных частотных расстройках и для формирования
сигнала контроля системы синхронизации.
Выходной сигнал первого кольца после преобразования в промежуточ-
ном ДПКД с коэффициентами от 111 до 160 поступает на вход ЧФДИ сумми-
рующего кольца в качестве опорного.
Суммирующее кольцо состоит из перестраиваемого генератора ПГ,
двух формирователей импульсов ФИ1 и ФИ2, делителя N3 с коэффициентом
деления равным 2, смесителя СМ, двух фильтров нижних частот ФНЧ1 и
ФНЧ2, частотно-фазового детектора с интегратором тока ЧФДИ, двух одно-
вибраторов ОдВ1 и ОдВ2. Перестраиваемый генератор формирует сигнал в
диапазоне частот от 10112,5 до 10252 кГц, который через делитель N3 пода-
ется на смеситель. На второй вход смесителя СМ подается сигнал опорной
частоты 5 МГц. Смеситель выделяет разностные колебания двух частот в
диапазоне от 56,25 до 126,08 кГц, которые через ФНЧ1 и ФИ2 сравниваются
в ЧФДИ с колебаниями первого кольца. Выходной сигнал ЧФДИ через ФНЧ2
поддерживает режим синхронизации в кольце.
Для ускорения вхождения в режим синхронизации и исключения лож-
ной настройки применена схема «форсажа», состоящая из двух одновибрато-
ров. При перестройке с одной частоты на другую выходной сигнал ЧФДИ
запускает первый одновибратор, выходной импульс которого длительностью
около 1 мс переводит ЧФДИ в режим, соответствующий максимальному
управляющему напряжению, т.е. режиму при котором значение частоты ПГ
данного кольца, поделенное на 2, будет больше 5 МГц. По окончании им-
пульса запускается второй одновибратор, выходной сигнал которого блоки-
рует первый одновибратор от повторного запуска и одновременно ускоряет
перестройку кольца путем увеличения токов в интеграторе ЧФДИ.
Сигнал суммирующего кольца, поделенный на 50, является опорным
для выходного кольца, которое состоит из ПГ, ФИ, предварительного делите-
ля 10/11, ДПКД, ЧФДИ и одновибратора.
Устройство ввода-вывода состоит из двух интерфейсов параллельного
ввода-вывода и схемы контроля.
Схема контроля предназначена для проверки работоспособности колец.
Схема И объединяет сигналы контроля каждого кольца и формирует
суммарный сигнал контроля блока, а ключ формирует сигнал «Готов к работе».
Микропроцессорная система управления и контроля состоит из
функционально-законченных блоков, объединенных между собой по магист-
ральному принципу через единую системную магистраль (рис. 11.18). В со-
став системы управления входят: микропроцессорный блок управления; блок
адаптера внутреннего и внешнего интерфейсов; панель управления; устрой-
ства ввода-вывода в управляемых блоках ПРПУ; системная магистраль;
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
435
блочная магистраль; пульт дистанционного управления (ПДУ). Все состав-
ные части микропроцессорной системы управления (кроме ПДУ) расположе-
ны в едином адресном пространстве величиной 64 Кбайта.
Системная магистраль
Урез.
f=153,6
Микропроцессорный
блок управления
Блок адаптера
внутреннего и
внешнего
интерфейсов
Запись дан
Запись стр
Блок 1
Блок N
VIRQkjt
УТНркпн
Чтение ст.
Рис. 11.18
Контрольная линия
Линия «ГОТОВ»
Вкл. РПУ мест.
Г “
Вкл. РПУ диет.
Пульт
дистанционного
управления
Панель
управления
Системная магистраль содержит 26 линий, наименование и обозначе-
ние которых приведено в табл. J 1.5.
По системной магистрали обеспечиваются следующие режимы обмена:
чтение-передача данных от внешнего устройства к процессору; запись-
передача данных (слова или байта) от процессора к внешнему устройству; чте-
ние с модификацией - передача данных от внешнего устройства к процессору,
обработка их процессором и передача результата обработки от процессора к
внешнему устройству по первоначальному адресу. Обмен с управляемыми
блоками осуществляется по локальной магистрали, называемой в дальнейшем
блочной магистралью. Разделение системной и блочной магистралей обуслов-
лено необходимостью снижения уровня импульсных помех в высокочувстви-
тельных блоках ПРПУ, что достигается подключением блочной магистрали
только на период обмена с блоками. Кроме того, наличие блочной магистрали
позволяет уменьшить нагрузку на приемопередатчики системной магистрали.
Структура параллельного обмена обеспечивает повышение скорости обмена,
что, в свою очередь, обуславливает уменьшение времени перестройки ПРПУ.
28*
436
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Таблица 11.5
Обозначение линии Наименование линии Число линий
KDA00-KDA15 Адрес-данные 16
SYNC Синхронизация обмена 1
RPLY Ответ устройства 1
DIN Чтение данных Н 1
DOUT Запись данных 1
WTBT Признак записи байта 1
VIRQ Запрос векторного прерывания 1
IRQ2 Запрос радиального прерывания 1
IRQ3 Запрос радиального прерывания 1
IAKO Разрешение прерывания 1
INIT Начальная установка 1
Блочная магистраль, к которой подключены устройства ввода-вывода
всех управляемых блоков ПРПУ, содержит 22 линии, наименование и назна-
чение которых приведено в табл. 11.6.
Таблица 11.6
Обозначение линий Наименование линий Число линий
ШДА00-ШДА15 Адрес - данные блочной магистрали 16
BSYNC Синхронизация обмена 1
BRPLY Ответ управляемого блока 1
BDIN Чтение команды из блока 1
BDOUT Запись команды управления в блок 1
ГОТОВ Линия готовности 1
кл Контрольная линия 1
Дешифрация адресов осуществляется в блоке адаптера внутреннего
и внешнего интерфейсов, причем обмен с внешними регистрами осуществля-
ется по системной магистрали, а обмен с блоками ПРПУ - по блочной маги-
страли.
Для связи с микропроцессорной системой управления каждый блок
ПРПУ имеет в своем составе устройство ввода-вывода. УВВ выполняет сле-
дующие функции: прием и дешифрацию адреса блока; прием команды
управления блоком; выдачу для проверки принятой команды управления;
включение режима контроля блока; подключение заданной контрольной точ-
ки блока к контрольной линии. УВВ содержит следующие узлы: регистр ад-
реса; регистр команды управления; схему управления; коммутатор; регистр
номера контрольной точки; аналоговый ключ. Регистр адреса запоминает ад-
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
437
рес блока, выставленный на блочной магистрали в цикле адресации по сигна-
лу BSYNC. Схема управления сравнивает принятый адрес с адресом, уста-
новленным в блоке монтажно. При совпадении адресов по сигналу BDOUT
информация, установленная микропроцессором на блочной магистрали, за-
писывается в регистр команд. При необходимости принятая команда может
быть считана через коммутатор сигналом BDIN. Настройка блока при этом не
нарушается. Если в цикле адресации четвертый разряд младшего или старше-
го байта (ШДА04 или ШДА12) примет значение логической 1, то УВВ пере-
ходит в режим контроля блока.
Линия готовности «ГОТОВ» в блочной магистрали однонаправленная.
Она представляет собой последовательную цепочку. Сигнал по ней проходит
последовательно через все управляемые блоки ПРПУ. При отсутствии любо-
го управляемого блока ПРПУ или при наличии неисправности в активных
блоках на линии готовности появляется нулевой потенциал, который подает-
ся на узел готовности блока адаптера внутреннего и внешнего интерфейсов.
Панель управления предназначена для управления работой ПРПУ и
отображения информации о его состоянии, осуществляя отображение теку-
щего состояния на матричных индикаторах; индикацию включения или вы-
ключения клавиш, имеющих подсветку; формирование сигналов, указываю-
щих направление вращения ручки плавной настройки КНН; программное
сканирование клавиатуры мембранной панели; отображение уровня кон-
трольной линии на одной из двух линейных светодиодных шкал, включение
и выключение источника питания ПРПУ с соответствующей индикацией и
встроенного громкоговорителя.
Панель управления является своего рода пультовым терминалом, т.е.
устройством, имеющим клавиатуру и средства отображения, с помощью ко-
торого оператор может передавать в микропроцессорную схему управления
или принимать от нее информацию в удобном для него виде. Панель управ-
ления подключена к системной магистрали; ее клавиатура выполнена в виде
мембранной панели и содержит 33 клавиши, которые соединены в матрицу
6x6 (рис. 11.19). Панель управления имеет табло для отображения информа-
ции, которое содержит 16 алфавитно-цифровых светодиодных матричных
индикаторов с аппаратно-программным управлением. Табло разделено на 3
поля: КАНАЛ, ЧАСТОТА, ВИД РАБОТЫ. Регенерация изображения осуще-
ствляется аппаратно с периодом около 1 мс. Светодиодная шкала выполняет
роль индикатора уровня сигнала по промежуточной или звуковой частотам.
Управление шкалой осуществляется с помощью АЦП, на вход которого по-
ступает аналоговый сигнал с контрольной линии Переключение шкал про-
граммное. На панели управления предусмотрена подсветка клавиш, которые
могут быть включены неограниченное время.
438
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
Рис. 11.19
Узел квазиплавной настройки (КПН) представляет собой оптоэлек-
тронное устройство, выполненное на светодиодах ИК-излучения, формирует
сигналы направления вращения и запрос на прерывание.
Микропроцессорный блок управления представляет собой законченное
специализированное вычислительное устройство, выполняющее функции
управления, контроля и отображения состояний ПРПУ. Структурно блок со-
стоит из узла центрального процессора и узла памяти. Узел центрального
процессора на базе однокристального 16-разрядного микропроцессора
K1801BMIA предназначен для выполнения следующих функций: вычисление
адресов операндов и команд; обработка операндов; обмен информацией с
устройствами, подключенными к системной магистрали процессора; обра-
ботка сигналов, поступающих с панели управления и с пульта дистанционно-
го управления; отработка фатальных ситуаций системы.
Дистанционное управление ПРПУ производится с пульта дистанцион-
ного управления по радиальному интерфейсу с последовательной передачей
информации ИРПС, позволяющему осуществлять асинхронную передачу по-
стоянным током по четырехпроводной дуплексной связи. Скорость передачи
информации 9600 бит/с, длина линии не превышает 100 м. Функциональное
назначение клавиш на ПДУ соответствует клавишам на панели управления
приемника. Выполнение всех функций по перестройке с ПДУ аналогично
осуществлению перестройки с панели управления ПРПУ.
Блок адаптера внутреннего и внешнего интерфейсов выполняет аппа-
ратно-программные функции связи микропроцессорного блока управления
с управляемыми блоками ПРПУ, а также с пультом дистанционного управле-
ния. Скорость обмена по линии ИРПС составляет 9600 Бод; количество адре-
суемых внешних регистров 8; количество формируемых линий блочной ма-
гистрали 20.
11. Примеры построения радиоприемных устройств ДКМ диапазона
439
Блок состоит из узла адресации; формирователя блочной магистрали;
узла АЦП; узла готовности; формирователя векторного прерывания; узла
ИРПС; узла дистанционного включения ПРПУ.
Узел адресации формирует сигналы записи и чтения внешних регист-
ров, осуществляющих управление всеми узлами блока, а также панелью
управления.
Формирователь блочной магистрали состоит из схемы управления
блочной магистралью и магистральных приемопередатчиков.
Узел готовности выполнен на триггере и логических элементах. Сигна-
лом начальной установки микропроцессора INIT триггер устанавливается
в единичное состояние и тем самым блокируется прохождение сигнала «ГО-
ТОВ». Разрешение формирования «ГОТОВ» производится путем записи “1”
в регистр по адресу 060340g, а программная блокировка осуществляется за-
писью “0” в этот регистр.
Формирователь векторного прерывания обрабатывает сигналы управ-
ления, поступающие от панели управления ПРПУ. На основе одновибратора
выполнена схема устранения дребезга контактов клавиатуры панели управ-
ления.
Узел ИРПС выполнен на основе микросхемы 1002ХЛ1, которая аппа-
ратно преобразует параллельный код в последовательный при передаче и на-
оборот - при приеме. Микросхема формирует восьмиэлементную кодовую
комбинацию с одним стартовым (логический «0») и двумя стоповыми (логи-
ческая «1») битами.
Узел дистанционного включения ПРПУ имеет два входа: «Вкл. РПУ
места.», сигнал на который поступает от панели управления, и «Вкл. РПУ
диет.», подключенному к разъему, соединяющему ПРПУ с пультом дистан-
ционного управления. Появление нулевого потенциала на любом из этих
входов вызывает включение блока питания.
Анализ примеров построения рассмотренных в этой главе конкретных
зарубежных и отечественного КВ профессиональных радиоприемных уст-
ройств подтвердил справедливость сделанных в гл. 10 принципов построения
подобных ПРПУ. Как правило, КВ ПРПУ выполняются по схеме инфрадина,
с фильтровой настройкой, с устройствами, обеспечивающими высокую ли-
нейность главного тракта приема ПРПУ, с высокоэффективной АРУ,
с кварцевыми и монолитными фильтрами основной селекции, с высокоста-
бильным синтезатором частот, с широким использованием методов цифро-
вой обработки сигналов, с микропроцессорным местным и дистанционным
контролем и управлением.
12. ОБОРУДОВАНИЕ КВ РАДИОСВЯЗИ
12.1. Радиопередающая аппаратура
Общие положения. Как отмечалось выше, с появлением систем спут-
никовой связи КВ радиосвязь утратила монопольное значение единственного
средства дальней коммерческой связи. Переход от передачи речи к передаче
данных, внедрение новых методов цифровой обработки сигналов на базе со-
временной элементной базы, ужесточение требований к электромагнитной
совместимости привело к необходимости снижения мощности радиопере-
дающих устройств (РПдУ). По этим причинам мощная радиопередающая ап-
паратура для магистральной радиосвязи в основном потеряла рынок сбыта,
соответственно возросла роль более маломощных (до 1 кВт) передатчиков,
радиостанций и трансиверов. В связи с этим в данном разделе основное вни-
мание уделено рассмотрению сравнительно маломощных радиопередатчиков,
а мощные РПдУ представлены относительно старыми образцами.
По назначению РПцУ КВ радиосвязи можно условно разделить на не-
сколько групп:
• передатчики для магистральной радиосвязи (2000... 10000 км); в каче-
стве примеров отечественных РПдУ можно назвать ПКМ-100, ПКМ-20,
ПКМ-5; зарубежных - Н1141 фирмы «Маркони»,
• передатчики морской службы (500...5000 км) - отечественные
«Бриг», «Корвет», «Муссон», «Барк», «Фрегат» и др.; зарубежный Н1051
фирмы «Маркони»;
• передатчики (радиостанции) для речных пароходств - отечественные
Ангара-РА, Ангара-РБ1, «Радиома-ПВ»;
• передатчики (радиостанции) для самолетной радиосвязи - отечест-
венные «Ядро-1», «Ядро-2М», «Микрон», «Арлекин-М», «Арлекин-Д», «Кри-
сталл», «Кристалл-М» и др.;
• современные автоматизированные комплексы широкого применения
для фиксированной и подвижной связи - отечественные «АДК», РК-50; зару-
бежные ХК2000, оборудование серии HF 850 фирмы Rohde&Schwarz, Codan
9780/9360MR, Codan NGT, Q-MAC HF-90, Barrett 950, Yaesu FT-1000MP
Mark-V, IC-756PRO и др.;
• радиооборудование личной (гражданской) связи - отечественные
«Сигнал-401», «Макси-90» и др.; зарубежные Alan и др.;
• военные автомобильные радиостанции - отечественная Р632МЛ и др.
Унификация используемого радиооборудования привела к тому, что не
только передатчики малой и средней мощности, но даже мощные РПдУ ин-
12. Оборудование КВ радиосвязи
441
тегрируются в состав автоматизированных приемопередающих комплексов
для самых разных сфер применения. Отметим, что в данном разделе проведен
обзор только РПдУ, описание отечественных и зарубежных радиостанций
и трансиверов приведено ниже.
Принципы построения. Для наиболее современных передатчиков ук-
рупненная структурная схема показана на рис. 12.1. Она включает возбуди-
тель. предварительный (ПУ) и выходной (ВУ) усилители, полосовой фильтр
ПФ, согласующее устройство (СУ). Возбудитель содержит синтезатор частот,
формирователь видов работ и элементы управления режимами каскадов, пе-
реключением фильтров, согласованием с антенной. В каскадах передатчика
имеются соответствующие датчики и исполнительные элементы. Оценка со-
стояния каскадов и выработка управляющих команд производится микро-
процессором МП. Такая автоматика позволяет совершать наиболее быстрый
маневр частотами, переходить с одного вида работы на другой. Настройка
частоты в этом случае может осуществляться после нажатия единственной
кнопки фиксированной частоты либо набора номинала частоты непосредст-
венно на передатчике или на пульте управления.
Рис. 12.1
В передатчиках небольшой мощности выходной усилитель ВУ выпол-
няется в виде усилителя с распределенным усилением (УРУ) с низким вы-
ходным сопротивлением. В оконечном каскаде применяются октавные
фильтры ПФ, для которых отношение верхней fB и нижней f, частот полосы
пропускания /в//н = 1,7... 1,85. Подключение нужного фильтра осуществля-
ется с помощью реле, связанных с переключателями установки частоты на
возбудителе. Низкое выходное сопротивление дает возможность снизить тре-
бования к согласованию с антеннами, имеющими небольшое входное сопро-
тивление 50...75 Ом.
В мощных передатчиках октавные фильтры в оконечных каскадах не
применяются, так как они были бы чрезвычайно громоздки и дороги, поэтому
используются системы с автонастройкой на основе фазовой автоподстройки
частоты. Еще одно отличие в построении мощных (более 1 кВт) передатчи-
ков заключается в сложных схемах связи выходного каскада с антенной, от
которой зависит выходная мощность и КПД всего устройства. Например,
442
Системы и устройства коротковолновой связи
в передатчике ПКМ-100 схема связи состоит из датчика отраженной волны,
катушки связи с переменной индуктивностью и усилительно-моторной груп-
пы для перемещения контакта по виткам катушки. Система работает до тех
пор, пока на компаратор в блоке управления не поступит минимальное на-
пряжение.
Примеры реализации. Большинство передатчиков могут работать во
всем ДКМ диапазоне и передавать сигналы с практически любым видом мо-
дуляции и манипуляции. Набор видов работы определяется используемым
типом возбудителя, который должен иметь к тому же соответствующую ста-
бильность рабочей частоты. Поскольку в подавляющем большинстве случаев
возбудитель имеет синтезатор сетки частот с шагом не менее 100 Гц, рабо-
тающий от опорного генератора с нестабильностью 10-7...10-8, то и передат-
чики имеют такую же нестабильность частоты.
В табл. 12.1 приведены основные параметры для двух передатчиков:
однокиловаттного, разработки 1991 г. и 80-киловаттного, разработки 1965 г.
[62]. Параметры передатчиков с промежуточными мощностями имеют оди-
наковые или промежуточные значения, что подтверждают данные табл. 12.2,
в которой собраны параметры различных модификаций отечественного пере-
датчика ПКМ [62].
Таблица 12.1
Параметр «АДК» «Пурга»
Диапазон рабочих частот, МГц 1,5...30 4...30
Пиковая мощность, кВт 1 80...90
Тип возбудителя «Лазурь» «Пурга», ВК-74, ВО-71
Виды работы ЧТ, ТЛФ ОБП, ПД А1,АЗА, АЗВ, АЗН, A3J, А7А, А7В, F1.F6
Коэффициент нелинейных искажений (3-й порядок), дБ <-30 -35...-38
Средняя мощность любого побочного излучения, мВт <5 <100
Время перестройки на любую фиксированную частоту, с <20 <90
Допустимый КБВ >0,3 >0,5
Потребляемая мощность, кВт ~4 180
Характеристики установки Стационарная Стационарная
Климатические условия Любые Помещение
Антенна, параметры V-образная, штырь 24 м Симметричная, 300 Ом
Число ТЛФ каналов со штатным возбудителем 1 До 4
Промышленный КПД, % -25 45...47
/2. Оборудование КВ радиосвязи
443
Таблица 12.2
Параметр НКМ-1С ПКМ-5С ПКМ-ЗОС
Диапазон частот, МГц 1,5...29,9999 1,5...29,9999 2,5...29,9999
Классы излучения А1А, А1В, НЗЕ, R3E, J3E, ВЗЕ, FIB, F7B, G1B, F3X А1А, А1В.НЗЕ, R3E, J3E, ВЗЕ, F1A, FIB, F7B, GIB, F3X А1А, А1В.НЗЕ, R3E, J3E, ВЗЕ, FIB, F7B, G1B, F3X
Выходная мощность, кВт 1 5±1 30
Шаг сетки частот, Гц 100 10 100
Время настройки, с Не более 3 5 10
Уровень нелинейных комби- национных искажений, дБ -27 -35 -36
Уровень побочных излучений 50 мВт 50 мВт -70 дБ
КПД, % 21 35 45
Электропитание 3-фазная сеть 380 В, 50 Гц 3-фазная сеть 380 В, 50 Гц 3-фазная сеть 380 В, 50 Гц
Габаритные размеры, мм 1020x592x1613 1600x860x2100,5 4850x940x2330
Масса, кг 442 1100 —
Основные параметры передатчиков зарубежных фирм близки к приве-
денным выше. Однако встречаются также передатчики и с более высокими по-
казателями линейности модуляционной характеристики (до -36 дБ), АЧХ и
ФЧХ ТЧ каналов, скорости и точности регулировки, настройки и перестройки.
Отметим, что выходные каскады КВ передатчиков значительной мощ-
ности дешевле и экономичнее строить с использованием современных высо-
коэффективных тетродов. Поэтому передатчики мощностью до 3...5 кВт мо-
гут быть полностью транзисторными, передатчики же большей мощности
в выходном каскаде и в усилителе класса D (мощное модуляционное устрой-
ство) должны содержать тетроды - лампы. Применение усилителей класса D
в качестве мощного модуляционного устройства или усилителя, регулирую-
щего режим выходного каскада, позволяет увеличить промышленный КПД
передатчиков до 70...75%. Управление современными передатчиками осуще-
ствляется с помощью микропроцессорных блоков, которые обеспечивают
дополнительные необходимые регулировки, режим адаптивной связи и эф-
фективную диагностику неисправностей.
Радиопередающее устройство «Арктика» [106] применяется на мор-
ских, речных и промысловых судах, а также на судах смешанного (река-
море) плавания в качестве главного и эксплуатационного радиопередатчика,
на береговых радиоцентрах морской подвижной службы, а на наблюдатель-
ных и полярных станциях гидрометеослужбы - для низовой связи. Выполнен
с использованием микросхем средней степени интеграции; предусмотрены
настройка на широкий класс антенн и дистанционное управление.
444
Системы и устройства коротковолновой связи
Основные параметры РПдУ «Арктика»
Диапазон рабочих частот, МГц.......................... 0,255...0,6
1,6...27,5
Выходная мощность, Вт.......................................350
Классы излучения.............А1А, Н2 Ч, НЗЕ, R3E, 13Е, 17В, JIB, F1B
Нестабильность частоты ..................................±3-10 7
Габаритные размеры, мм:
радиопередатчика.................................. 1760x616x340
согласующего устройства СВ .......................578x607x330
согласующего устройства ПВ........................ 500x500x200
пульта дистанционного управления.................. 338x155x238
Масса, кг:
радиопередатчика........................................... 145
выносного согласу ющего устройства
со встроенным коммутатором................................45
Радиопередающее устройство «Бриг-2» [106] устанавливается на
морских и промысловых судах в качестве эксплуатационного радиопередат-
чика, а также на береговых радиоцентрах морской подвижной службы. Рас-
считано на работу во внутренних (в том числе необслуживаемых) помещени-
ях судна при плавании в любых широтах. Имеет местное и дистанционное
(с двух выносных пультов) управление органами пуска и настройки с ответ-
ной сигнализацией, позволяющие контролировать состояние аппаратуры.
РПдУ скомпоновано в виде стойки-шкафа с двумя дверцами: в верхнюю
вмонтирован пульт местного управления, нижняя открывает доступ к блокам
(фильтров, питания управления, реле, возбудителя, предварительного усили-
теля, усилителя мощности, анодно-экранному блоку питания).
Основные параметры РПдУ «Бриг-2»
Диапазон рабочих частот, МГц
0,41...0,525
1,6...3,8
4...25,6
Пиковая выходная мощность (на эквивалент 75 Ом), Вт ......... 1500
Сетка рабочих частот, Гц..................................... 100
Классы излучения.................А1А, Н2А, НЗЕ, R3E, J3E, GIB, F1B
Входное сопротивление линейного НЧ выхода, Ом .............6001120
Полоса звуковых частот телефонного канала, Гц............ 350.. .2700
Нестабильность частоты ......................................±3 10-7
Габаритные размеры, мм................................ 1750x616x340
Масса, кг......................................................280
Судовое автоматизированное радиопередающее устройство «Фре-
гат» [62] предназначено для работы в качестве главного и эксплуатационного
радиопередатчика на морских судах при плавании в морских широтах. Обес-
12. Оборудование КВ радиосвязи 445
печивает выполнение требований ИМО1, МККР для работы в Глобальной
морской системе связи при бедствии и для обеспечения безопасности
(ГМССБ). Осуществляет автоматизацию процесса вызова и обмена информа-
цией между береговыми и судовыми радиостанциями, а также работу в авто-
номном режиме. В состав РПдУ входят радиопередатчик, выносное согла-
сующее устройство со встроенным антенным коммутатором, пульт управле-
ния, блок сопряжения. Последний предназначен для обеспечения телеуправ-
ления от системы цифрового избирательного вызова в соответствии с реко-
мендациями МККР.
Основные параметры РПдУ «Фрегат»
Диапазон рабочих частот, МГц ..........................0,4...0,53
1,6...27,5
Выходная мощность, Вт, не менее:
в СВ диапазоне при R„ = 2,2 Ом ..........................300
в КВ диапазоне при RH - 75 Ом ......................... 1000
Классы излучения....................... А1А, Н2А, НЗЕ (2182 кГц),
J3E, FIB, GIB, J7B, R3C,
режим автоматического привода самолета
Число программируемых каналов................................50
Электропитание ................................. от 3-фазной сети
напряжения 380/220 В, 50 Гц; 24 В пост, тока
Потребляемая мощность, кВт..................................3,7
Габаритные размеры, мм:
радиопередатчика................................... 859x514x507
выносного согласующего устройства
со встроенным коммутатором.......................600x500x330
Масса, кг:
радиопередатчика.......................................... 145
выносного согласующего устройства
со встроенным коммутатором...............................45
Корабельный транзисторный КВ передатчик ПК-1000 «Компас»
[74], разработанный ОАО «РИМР», предназначен для организации автомати-
зированных линий и сетей радиосвязи на судах морского флота. Его отличи-
тельными особенностями являются: высокая степень автоматизации; дистан-
ционное управление и контроль состояния; высокая надежность; малое время
перестройки с одной рабочей частоты на другую; низкое энергопотребление.
Передатчик обеспечивает работу на широкий класс антенн, в том числе мо-
бильных с помощью антенных согласующих устройств.
С помощью модифицированных передатчиков, имеющих в качестве
возбудителя приемопередатчик (трансивер) мощностью 100 Вт, можно орга-
1 ИМО - Международная морская организация (IMO - International Maritime
Organization).
446
Системы и устройства коротковолновой связи
низовать симплексные каналы радиосвязи. Использование унифицированно-
го стыка RS-232C с центральной ПЭВМ существенно упрощают построение
автоматизированных передающих, приемных и приемопередающих радио-
центров. Сфера применения передатчика расширяется за счет малых массога-
баритных характеристик, отсутствия необходимости постоянного обслужи-
вания техническим персоналом.
Основные параметры РПдУ «Компас»
Диапазон рабочих частот, МГц ........................ 1,5...30
Сетка рабочих частот, Гц............................. Через 10
Выходная мощность, Вт................................. 1000
Классы излучения..................J3E, НЗЕ, Al A, FIB, GIB, R3E
Классы излучения при работе с возбудителем
«Артек-Сириус»..........А1А, НЗЕ, J3E, FIB, GIB, М1В, 5F1B, R3E
Число программируемых частотных каналов................ 100
Время перестройки по программным частотам, мс, не более .50
Промышленный КПД, %......................................40
Электропитание .............................. От 3-фазной сети
напряжения 380/220 В, 50t2 Гц
12.2. Отечественные радиостанции
Автоматизированная адаптированная мобильная КВ радиостанция
Р-161-5 (Р-161-5Р) [62] предназначена для организации автоматизированных
адаптивных помехозащищенных КВ радиолиний с дальностью связи до
3000...4000 км. Диапазон рабочих частот 1,5...29,999 МГц, выходная мощ-
ность 5 кВт. В радиостанции предусмотрено автоматическое вхождение в
связь и автоматическое ведение связи с автовыбором рабочей частоты, при-
годной по уровню помех. Передача информации обеспечивается с высокой
устойчивостью и достоверностью в условиях случайных и преднамеренных
помех. Обеспечивается дистанционное управление передающей машиной из
приемной. Радиостанция состоит из трех аппаратных, размещающихся на ав-
тошасси: приемной - на автошасси УРАЛ-43203, передающей - на автошасси
УРАЛ-43203, электростанции для питания передающей аппаратной - на ав-
тошасси КАМАЗ-43101. В составе аппаратных машин имеются радиорелей-
ные станции, обеспечивающие радиосвязь между ними. Для связи между ап-
паратными машинами на ходу (в колонне) в кабинах водителей имеются УКВ
радиостанции.
Радиостанция «Ангара-1» [62, 121] предназначена для организации
симплексной радиосвязи в малонаселенной и труднодоступной местности, на-
лаживания автоматизированной системы управления производством, для орга-
низации диспетчерской связи при строительстве железных и шоссейных дорог,
нефте-, газопроводов, крупных промышленных объектов. Относится к III по-
12. Оборудование КВ радиосвязи 447
колению радиостанций. Существует несколько версий радиостанции в зависи-
мости от назначения: 2Р20Н «Ангара-1Н» - носимая, имеющая аккумулятор-
ный источник питания, работающая во время остановок или переносимая в
нерабочем состоянии; 2Р20С «Ангара-1С» - стационарная, работающая от се-
тевого блока питания; 2Р20У «Ангара-1У» - смешанный вариант для универ-
сального использования. В зависимости от числа каналов радиостанции делят-
ся на две модификации: многоканальные (2Р20Н-1 «Ангара-1Н-1», 2Р20С-1
«Ангара-1 С-1», 2Р20У-1 «Ангара-1 У-1»); малоканальные с числом каналов не
более 10 (2Р20Н-2 «Ангара-1Н-2», 2Р20С-1 «Ангара-1С-2», 2Р20У-2 «Ангара-
1У-2»),
Связь осуществляется на расстояниях 100...500 км на оптимальных
частотах. Применение синтезатора частот обеспечивает 64 000 канала связи.
Основные параметры радиостанции «Ангара-1»
Диапазон рабочих частот, МГц.......................... 1,6...8,0
Шаг сетки частот, Гц...................................... 100
Классы излучения...................................... А21, А31,
Нестабильность частоты, Гц.................................±20
Число каналов связи..............................64000 или 1...10
(в зависимости от модификации)
Выходная пиковая мощность передатчика при нагрузке 50 Ом, Вт. 10
Нестабильность частоты ...............................±2,5 1 О'6
Уровень взаимной модуляции относительно
пиковой мощности, дБ ......................................-31
Подавление несущей, нерабочей боковой полосы
и побочных излучений, дБ...................................-40
Чувствительность приемника при отношении
сигнал+шум+искаженияЛчум+искажения 12 дБ, мкВ ............ 1,2
Выходная мощность приемника, Вт ...........................0,5
Коэффициент нелинейных искажений, %..........................7
Диапазон автоматической регулировки, дБ ..................70/6
Двухсигнальная избирательность по СК, дБ.............:......60
Избирательность по ЗК и ложным каналам, дБ..................70
Двухсигнальная интермодуляционная избирательность, дБ.......60
Габаритные размеры, мм:
приемопередатчика....................................255x209x69
аккумуляторного блока ............................255x209x55
сетевого блока питания ...........................255x209x69
укладка генераторного источника
питания ГИП-5ХЛ2.................................230x230x560
Масса, кг:.....................................................
приемопередатчика........................................3,8
аккумуляторного блока ...................................5,2
сетевого блока питания ..................................4,5
укладка генераторного источника питания ГИП-5ХЛ2 ........ 13
448
Системы и устройства коротковолновой связи
Радиостанция «Ангара-РБ1» [134] предназначена для симплексной
радиотелефонной и радиотелеграфной связи; устанавливается на морских,
речных и промысловых судах, на береговых и диспетчерских пунктах. Со-
стоит из передатчика, приемника, автоматического согласующего устройства,
зарядно-разрядных щитов ЗРЩ-1 и ЗРЩ-2, внешних громкоговорителей, го-
ловных телефонов, пульта дистанционного управления и аварийного радио-
телеграфного передатчика. Программирующее запоминающее устройство и
система интерфейсов позволяет реализовать самые различные функции
и организовывать автоматическую систему связи. Предусмотрен автоматиче-
ский переход на питание от аккумуляторов (в случаях повышения напряже-
ния бортсети постоянного тока до 28 В или его припадания). Встроенная сис-
тема контроля и диагностики позволяет оценить работоспособность радио-
станции, а в случае неисправности показывает номер отказавшего узла.
Основные параметры радиостанции «Ангара-РБ1»
Диапазон рабочих частот, МГц........................... 1,6. ..8,9
Шаг сетки частот, Гц...................................... 100
Классы излучения.............................АЗЕ, НЗЕ, А1А, Н2А
Нестабильность частоты, Гц.............................. ±20 Гц
Число каналов связи .................................... 74000
Мощность передатчика. Вт.................................. 100
Чувствительность приемника, мкВ........................... 1,5
Выходная мощность приемника. Вт............................. 1
Число абонентов избирательного вызова.................. 100000
Габаритные размеры, мм:
передатчика .......................................275x250x180
приемника...................................... 275x245x180
блока АСУ ......................................275x180x580
ЗРЩ-1 ..........................................275x220x375
ЗРЩ-2...........................................275x135x215
Масса, кг:
передатчика ............................................. 9
приемника...............................................7,5
блока АСУ .............................................. 13
ЗРЩ-1 ...................................................25
ЗРЩ-2.....................................................8
Радиостанция 25Р30 «Яшма». Однополосная симплексная радиостан-
ция [62] используется для организации телефонной радиосвязи в геологии
и других отраслях хозяйства на расстояниях до 100...500 км. В зависимости
от назначения выпускается в двух вариантах: «Яшма-Н (25Р30Н) - носимая,
имеющая собственный источник питания и предназначенная для работы во
время остановки; «Яшма-С» (25Р30С) - стационарная, имеющая источник
вторичного питания и предназначенная для работы на открытом воздухе или
>2. Оборудование КВ радиосвязи
449
в неотапливаемых наземных и подземных сооружениях. Синтезатор частот
радиостанции позволяет получить большое количество каналов при высокой
стабильности.
Основные параметры радиостанции 25Р30 «Яшма»
Диапазон частот, МГц.................................... 1,6...8
Сетка частот, Гц......................................... 1000
Вид работы ................................................ ОМ
Выходная мощность, Вт............................... 2 (пиковая)
Питание................................Сеть пер. тока 220 В 50 Гц
через вторичный источник питания 12,6 В;
аккумулятор 10 НКГЦ-3,5; 10 эл. А373
Габаритные размеры, мм:
приемопередатчик...................................302x85x143
аккумуляторные батареи.......................... 197x78x85
Масса, кг.................................. 5,5 (с аккумулятором)
Радиостанция «Каштан» [62, 75] предназначена для обеспечения бес-
поисковой бесчодстроечной симплексной телефонной и телеграфной радио-
связи между подвижными и стационарными диспетчерскими пунктами
управления движением на российских и международных линиях, а также для
работы в составе автоматизированных необслуживаемых радиоцентров. Кон-
струкция радиостанции включает стойку приемопередатчика, а также цен-
тральный или дистанционный пульт управления. Виды работ: AM, ОМ, АТ.
Радиостанция относится к аппаратуре III поколения: встроенная система ди-
агностики обеспечивает контроль исправности узлов. В качестве антенны
используется симметричный уголковый диполь. Подавитель шумов прием-
ника облегчает условия работы оператора.
Основные параметры радиостанции «Каштан»
Диапазон частот, MI ц...............................2... 11,999
Вид работы, класс излучения ......................ОМ, AT, AM
Выходная мощность, Вт.............................100 (пиковая)
Чувствительность РПУ, мкВ ..................ОМ, АТ - 3, AM - 10
Питание...............................Сеть постоянного тока 27 В
Габаритные размеры приемопередатчика, мм .........500x690x465
Масса, кг.................................................73
Радиостанция «Микрон» [157] устанавливается на борту тяжелых
пассажирских самолетов; предназначена для обеспечения беспоисковой бес-
подстроечной симплексной радиотелефонной и радиотелеграфной связи эки-
пажей с диспетчерами служб МВД. Радиостанция имеет 220 тыс. каналов
с интервалом между соседними каналами 100 Гц. Перестройка осуществляет-
ся автоматически автономными системами, образующими систему автона-
29 - 5869
450
Системы и устройства коротковолновой связи
стройки, при этом в выходном каскаде с помощью АСУ обеспечивается со-
гласование параметров антенны с волновым сопротивлением фидера. В зави-
симости от типа самолета используются антенны верхнеемкостною питания
или проволочная длиной 16...21 м. Режимы работы: AM ОМ на верхней бо-
ковой полосе, с подавленной несущей, ОМ с частично подавленной несущей,
АТ с широкой (АТШ) или узкой (АТУ) (в зависимости от стабильности частоты
принимающей радиостанции) полосой пропускания и номинальной скоро-
стью 150 знаков/мин. Высокая стабильность частоты (5-10 7) обеспечивается
прецизионным кварцевым генератором на 5 МГц.
В комплект радиостанции входят моноблок приемопередатчика, пулы
управления, АСУ, фильтр нижних частот, телеграфный ключ, антенный ком-
мутатор, может поставляться также контрольно-проверочный прибор.
Приемник радиостанции выполнен по супергетеродинной схеме с
тройным преобразованием частоты; номиналы промежуточных частот: пер-
вой - 55,5 МГц для диапазона принимаемых частот 2. ..9,9999 МГц, 45,5 МГц
для диапазона 10... 19,9999 МГц, 35,5 МГц для диапазона 20...23,9999 МГц;
второй - 500 кГц, третьей - 130 кГц. В гракте приема присутствуют элементы
автоматической и ручной регулировки усиления, регулируемые каскады -
усилители радиочастоты и 1-й ПЧ. Проверка работоспособности в режиме
приема осуществляется по наличию шумов приемника в телефонах или
приему сигнала работающей радиостанции.
В состав передающего канала входят схемы формирования телефонных
и телеграфных сигналов, два смесителя, усилитель высокой частоты, усили-
тель мощности и схема автоматической регулировки возбуждения, отвечаю-
щая за установку и поддержание определенного уровня напряжения высокой
частоты на выходе усилителя мощности; конструктивно передатчик включает
возбудитель, усилитель мощности и АСУ. Контроль работы передающего
тракта осуществляется путем самопрослушивания, для чего в режиме переда-
чи включается специальная схема.
Для синтеза частот используется датчик опорных частот (ДОЧ), яв-
ляющийся синтезатором (возбудителем), вырабатывающим на каждом из
своих четырех выходов колебания различных диапазонов частот. На первом
выходе формируется сетка частот в диапазоне 55,5...65,4999 МГц с шагом
100 Гц, которая используется как напряжение первого гетеродина приемника,
а также сигнал третьей поднесущей передатчика; на втором - сетка частот 35,
45 или 55 МГц, которая используется в качестве сигнала второго гетеродина
приемника и второй поднесущей передатчика; третий выход выдает сигнал
первой поднесущей (500 кГц), а четвертый - третьего гетеродина (370 кГц).
Время перестройки ДОЧ 500 мс. В ДОЧ используются делители частоты
с переменными коэффициентами деления и ФАПЧ. Основные параметры ра-
диостанции «Микрон» приведены в табл. 12.3.
12. Оборудование КВ радиосвязи
451
Таблица 12.3
Параметр Значение
Диапазон частот, МГц 2.. 23,9999
Шаг сетки частот, Гц 100
Общее число волн связи 220 000
Стабильность частоты ±5-10'7
Мощность на выходе УМ на эквиваленте на- грузки 50 Ом, Вт ТЛФ AM, ТЛФ ОМ (пиковая) -400 AM -100
Полоса модулирующих частот, Гц 300... 3000
Уровень подавления несущего колебания в ре- жиме ОМ, 40
Ослабление высших гармонических составляю- щих и комбинационных частот относительно основного канала, дБ 40
Чувствительность приемника при отношении сигнал-шум 3 при UBUX=15 В на четырех парах телефонов, мкВ ТЛФ ОМ, - 1 ТЛГ АТу - 1 ТЛФ AM, ТЛГ АТШ, 2...4 МГц -5 ТЛФ АМ,ТЛГАТШ, 4...24 МГц -3
Неравномерность частотной характеристики, дБ чГ“
Избирательнос ть по всем каналам, дБ 60
Коэффициент нелинейных искажений, % 7
Полоса пропускания приемника, кГц AM, АТ ОМ
По уровню 6 дБ 3,6 2,4
По уровню 60 дБ 13,8 6.9
Время перестройки, с: всей радиостанции, приемопередатчика антенного согласующего устройства 26 8 18
Время перехода с приема на передачу и обратно, с, не более 0,5
Потребляемая мощность от сети, переменного тока, ПРД, ВА переменного тока, ПРМ, ВА постоянного тока, ПРД, Вт постоянного тока, ПРМ, Вт 1500 250 150 100
Масса радиостанции, кг, не более 35,5
29*
452
Системы и устройства коротковолновой связи
Радиостанция «Ядро-1» [62, 75] предназначена для обеспечения бес-
поисковой бесподстроечной симплексной телефонной радиосвязи подвиж-
ных объектов между собой и с диспетчерскими пунктами управления на рос-
сийских и международных линиях. Радиостанция построена по блочному
принципу и состоит из приемопередатчика, антенного согласующего устрой-
ства и пульта управления. Относится к аппаратуре III поколения Радиостан-
ция оборудована подавителем шумов приемника и встроенной системой кон-
троля.
Основные параметры радиостанции «Ядро-1»
Диапазон частот, МГц....................................2... 17,999
Шаг сетки частот, Гц........................................ 100
Вид работы, класс излучения ............................ОМ, AM
Выходная мощность, Вт................................100 (пиковая;
Чувствительность РПУ, мкВ:
ОМ..........................................................3
AM..................................5
Питание............................. Сеть постоянного тока 27 В
Потребляемая мощность, Вт (ВА): ...............................
передача ................................................640
прием....................................................200
Габаритные размеры приемопередатчика, мм .......... 196x464x252
Масса, кг..................................................20,5
Радиостанция «Ядро-2» [157] предназначена для обеспечения беспо-
исковой бесподстроечной симплексной радиотелефонной и радиотелеграф-
ной связи экипажей самолетов с радиостанциями аэропортов российских и
международных авиалиний. Радиостанция имеет 280 тыс. каналов с интерва-
лом между соседними каналами 100 Гц. Скорость передачи информации в
режиме АТ до 150 знаков/мин, в режиме ЧТ со сдвигом 200, 400, 500 Гц до
300 Бод. Высокая стабильность частоты (3-10~7) для работы в режиме ОМ на
верхней или нижней боковой полосе с подавленной несущей обеспечивается
прецизионным кварцевым генератором на 10 МГц. Радиостанция построена
по блочному принципу и состоит из приемопередатчика, антенного согла-
сующего устройства (АСУ) с блоком управления и пульта управления. Ис-
пользуются антенны верхнеемкостного питания или проволочная длиной
16...21 м. Основные параметры радиостанции «Ядро-2» приведены в табл.
12.4.
Приемник радиостанции выполнен по супергетеродинной схеме с
тройным преобразованием частоты; номиналы промежуточных частот: пер-
вой - 93,5 МГц, второй - 35,5 МГц, третьей - 0,5 МГц. Тракт приема охвачен
цепью автоматической регулировки усиления, регулируемые усилители на-
ходятся в трактах 1-й и 3-й ПЧ.
12. Оборудование КВ радиосвязи
453
Таблица 12.4
Параметр Значение
Диапазон частот, МГц 2...29,9999
Шаг сетки частот, Гц 100
Общее число волн связи 280 000
Стабильность частоты ±3-10'7
Выходная мощность передатчика, Вт 2...3,9999 МГц: ОМ, AM, АТ - 100 4...29,9999 МГц: AM, ОМ - 400 АТ - 200
Чувствительность приемника при отношении сигнал-шум 10 дБ, мкВ ОМ, АТ - 3 AM -5
Полоса пропускания приемника, кГц AM, АТ ОМ
По уровню 6 дБ 3,6 2,4
По уровню 60 дБ 13,8 6,9
Избирательность приемника: по зеркальным каналам, дБ, не менее по промежуточным частотам, дБ, не менее по соседним каналам при расстройке +7 кГц, дБ 60 80 60
Время автоматической перестройки радиостан- ции, JC 8
Время перехода с приема на передачу и обратно, с, не более 0,5
Потребляемая мощность: оз сети переменного тока, ВА от сети постоянного тока, Вт 1300 400
Масса радиостанции, кг, не более 43,8
Синтезатор частот построен по принципу анализа с применением де-
кадного метода синтеза с использованием генератора плавного диапазона,
системы ФАПЧ и делителя частоты с переменным коэффициентом деления.
Шаг сетки частот 100 Гц.
В радиостанции имеется встроенная система контроля (ВСК). Работо-
способность радиостанции в режиме приема оценивается ВСК по минималь-
но допустимому уровню напряжения на выходе усилителя звуковой частоты
приемника при определенной величине входного сигнала; в режиме передачи
- по минимально допустимому уровню мощности.
Радиостанция «Арлекин-М» [62] предназначена для обеспечения бес-
поисковой и бесподстроечной телефонной и телекодовой связи между само-
летами и наземными узлами связи. Обеспечивает: симплексный режим рабо-
454
Системы и устройства коротковолновой связи
ты на одном из каналов связи, управление по стандартной линии от собст-
венного пульта или бортового спецвычислителя; проверку работоспособно-
сти встроенной системой контроля; адаптивную работу в широком классе
самолетных антенн магнитного и электрического типов; обеспечение жест-
ких требований ЭМС; работу в жестких условиях эксплуатации на самолетах
и вертолетах.
Радиостанция «Арлекин-Д» [17, 62] предназначена для обеспечения
беспоисковой и беспо, ютроечной телефонной и телекодовой связи экипажей
самолетов между собой и с наземными узлами связи. Устанавливается на
борту магистральных самолетов, имеющих комплекс стандартного цифрово-
го оборудования для двусторонней симплексной речевой связи. Относится
к аппаратуре IV поколения. Радиостанция состоит из приемопередатчика,
пульта управления и антенного согласующего устройства. Ее отличительные
особенности: обеспечивает управление по стандартной линии от собственно-
го пульта или бортового спецвычислителя; встроенная система контроля;
адаптивная работа на широкий класс самолетных антенн магнитного и элек-
трического типов, причем две станции могут работать на одну антенну;
обеспечение жестких требований ЭМС; работа в жестких условиях
эксплуатации на самолетах и вертолетах. Основные параметры радиостанций
«Арлекин-М» и «Арлекин-Д» приведены в табл. 12.5.
Таблица 12.5
Параметр Тип радиостанции
«Арлекин-Д» «Арлекин-М»
Диапазон частот, МГц 2...29,9999
Шаг сетки частот, Гц 100
Вид работы, класс излучения J3E, НЗЕ, J2D
Выходная мощность, Вт 400 (пиковая) 200 (средняя) 200 (пиковая) 100 (средняя)
Чувствительность РПУ в режиме J3E (при сигнал+шум/шум=10 дБ), мкВ 1
Питание Сеть переменного тока 115/200 В, 400 Гц Сеть переменного тока 115/200 В, 400 Гц; сеть посто- янного тока 27 В
Масса, кг 34,5 36
Радиостанции «Кристалл» и «Кристалл-М» [62, 75] обеспечивают
беспоисковую и бесподстроечную симплексную телефонную радиосвязь
подвижных объектов с диспетчерскими пунктами управления движения
внутригосударственных и международных авиалиний. Радиостанция «Кри-
сталл» относится к аппаратуре IV поколения. Состоит из приемопередатчика,
пульта управления и антенного согласующего устройства; работает с тросо-
12. Оборудование КВ радиосвязи
455
выми антеннами и антеннами верхнеемкостного питания; встроенная система
контроля обеспечивает проверку работоспособности узлов и блоков. Обеспе-
чивает работу на верхней боковой полосе с подавлением несущей на 40 дБ.
В радиостанции имеется подавитель шумов. Основные параметры радио-
станций «Кристалл» и «Кристалл-М» приведены в табл. 12.6.
Таблица 12.6
Параметр Тип радиостанции
«Кристалл» «Кристалл-М»
Диапазон частот, МГц 2...10 2...18
Шаг сетки частот, Гц 100
Вид работы, класс излучения A3J
Выходная мощность, Вт 50 (пиковая) 100 (пиковая)
Чувствительность РПУ (при сиг- нал+шум/шум=10 дБ), мкВ 2
Питание Сеть постоянного тока 27 В
Потребляемая мощность, Вт 300 500
Габаритные размеры, мм - 500x525x4815
Масса, кг 12 АСУ АВП-15. АСУ «Щель» -17
Радиостанции серии «Кристалл-Н» [62, 122] предназначены для
обеспечения беспоисковой и бесподстроечной симплексной телефонной ра-
диосвязи в КВ диапазоне при виде работы ОМ (J3E). Дальность связи не ме-
нее 300 км. Радиостанция состоит из приемопередатчика, пульта управления,
блока питания и антенного согласующего устройства. Максимальное удале-
ние антенны вместе с согласующим устройством 15 м. Конструктивно-
технологическая база характеризуется применением микросхем и микропро-
цессоров, что типично для аппаратуры IV поколения. Радиостанцию отличает
блочная конструкция; встроенная система контроля, обеспечивающая диаг-
ностику и поиск неисправного узла без применения дополнительной кон-
трольно-измерительной аппаратуры; работа на широкий класс антенн, в том
числе на симметричный уголковый вибратор. Радиостанция выполняется
в двух вариантах: «Кристалл-Н» - для использования на стационарных объ-
ектах и в полевых условиях; «Кристалл-НМ» - для использования на под-
вижных объектах (судах, автомобилях, поездах и т.д.).
Основные параметры радиостанции «Кристалл-Н»
Диапазон частот, МГц................................... 2...9,9999
Сетка частот, Гц........................................... 100
Вид работы, класс излучения ...........................ОМ (J3E)
Выходная мощность, Вт......................... 50 или 30 (пиковая)
456
Системы и устройства коротковолновой связи
Чувствительность РПУ (при отношении с+ш / ш = 6 дБ), мкВ.....2
Питание...............Сеть переменного тока 220±40 В, 45...450 Гц;
сеть постоянного тока 24...29,4 В
Потребляемая мощность, Вт (ВА):
передача ........................................... 270(430)
прием.............................................. 110 (170)
Габаритные размеры, мм
приемопередатчика.................................378x160x225
пульта управления ..............................284x218x180
АСУ............................................410x200x265
блока питания..................................418x157x225
Масса, кг:
«Кристалл Н»..............................................28
«Кристалл-НМ» ........................................... 18
Радиостанция «Радиома-ПВ» [98] представляет собой судо-
вой/базовый ПВ/КВ комплект, предназначенный для обеспечения речных су-
дов радиотелеграфной и радиотелефонной связью в симплексно-дуплексном
режимах «судно-судно» и «судно-берег». Оснащение радиостанции терми-
налом цифрового избирательного вызова дает возможность посылки
и приема аварийных и селективных вызовов в автоматическом режиме. Стан-
ция обеспечивает все современные режимы работы, обеспечивает возмож-
ность установки дополнительных кварцевых фильтров, имеет большой объем
канальной памяти. При передаче реализуется функция компрессии телефон-
ного сигнала (8 дБ), что цает четырехкратный выигрыш по мощности.
Основные параметры радиостанции «Радиома-ПВ»
Диапазон частот, МГц:
передача ................................................. 1,6...27,5
прием................................................. 0,5...29,999
Виды модуляции....................................J3E (USB), R3E, НЗЕ,
J2B (AFSK), FIB (FSK), А1А (CW)
Шаг сетки частот, Гц.......................................... 100
Число каналов ............................................... 1136
Выходная мощность, Вт......................................... 150
Транзисторные КВ трансиверы для передачи речи и данных семей-
ства «ПИРС» (ряд «ПТ»), Семейство трансиверов (приемопередатчиков)
мощностью 100, 500 и 1000 Вт [142] предназначено для работы в составе ка-
налов и сетей обмена данными и речевыми сообщениями между стационар-
ными и подвижными объектами, в том числе и с воздушными судами. Отли-
чительными особенностями приемопередатчиков являются высокая степень
автоматизации; полнообъемное дистанционное управление и контроль со-
стояния на базе интерфейса RS-232C; высокая надежность; малое время пе-
12. Оборудование КВ радиосвязи
457
рестройки с одной рабочей частоты на другую; низкое энергопотребление;
возможность организации симплексных каналов радиосвязи с помощью мо-
дифицированных передатчиков, имеющих в качестве возбудителя трансивер
мощностью 100 Вт; работа на широкий класс антенн (в том числе мобиль-
ных) с помощью антенных согласующих устройств; отсутствие необходимо-
сти постоянного обслуживания техническим персоналом; возможность ис-
пользования в различных областях деятельности. Особенности исполнения
передатчиков, а также наличие унифицированного стыка RS-232C с цен-
тральной ПЭВМ существенно упрощают построение передающих, приемных
и приемопередающих радиоцентров.
Основные параметры КВ трансиверов семейства «ПИРС» (ряд «ПТ»)
Диапазон рабочих частот, МГц:
передача ............................................... 1,5...30
прием................................................0,4... 30
Выходная мощность, Вт............................. 100; 500; 1000
Классы излучения...................J3E, J7B (ВБ), F1B (170 Гц), J2D
Шаг сетки частот, Гц........................................ 10
Полоса звуковых частот в режиме J3E................ 0,3...3,4 кГц;
0,35...2,7 кГц
Чувствительность, мкВ, не хуже:
в режимах J3E, J7B.......................................0,6
в режиме F1B.............................................0,3
Число программируемых частот ных каналов................... 100
Время перестройки по программным частотам, мс, не более .....50
Промышленный КПД (в зависимости от мощности), %...........30-40
Электропитание:
трансивера 100 Вт .............От бортового источника 24 В (12 Вд
от сети 220 В, 50±2 Гц
С дополнительным сетевым блоком
трансиверов 500 и 1000 Вт.................от сети 220 В, 50±2 Гц
Семейство адаптивных автоматических КВ радиостанций для пе-
редачи данных и речи семейства «ПИРС». Новое поколение адаптивных
КВ радиостанций семейства «ПИРС» [126] предназначено для обеспечения
передачи данных и речи в режиме «точка-точка» и в радиальной сети; связь
осуществляется в симплексном и дуплексном (при использовании дополни-
тельного РПУ) режимах. Радиостанция разработана в трех модификациях
с использованием трансиверов ПТ-100, ПТ-500. ПТ-1000 и адаптивного мо-
дема; работает в составе автоматических сетей радиосвязи различной конфи-
гурации, в том числе радиальных и полносвязных в полностью автоматиче-
ском режиме. Круглосуточная устойчивая связь обеспечивается благодаря
автоматизации процессов установления и ведения связи, использованию мно-
гопараметрической адаптации (по частоте, скорости передачи данных и виду
458
Системы и устройства коротковолновой связи
сигналов). Высокая достоверность передачи данных (не более одного иска-
женного знака на миллион) достигается за счет пакетного режима, использо-
вания корректирующих кодов и автоматического переспроса ошибочно при-
нятых символов (FEC и ARQ). Для передачи речевых сообщений использу-
ются стандартные телефонные аппараты. Обеспечиваются защита от несанк-
ционированного использования радиостанции и автоматическая проверка
работоспособности и диагностика. Задачи автоматического управления ра-
диосвязью (ввод-вывод сообщений, определенности очередности задач, ар-
хивирование и т.д.) решаются на базе ПЭВМ класса «Pentium» с операцион-
ной системой Windows NT.
Основные параметры КВ радиостанций семейства «ПИРС»
Диапазон рабочих частот, МГц:
передача............................................... 1,5. .30
прием..................................................0,4...30
Дальность связи, км, с УМ:
100 Вт.......................................................До 500
500 Вт.........................................................До 1000
1000 Вт........................................................До 2000
Виды передаваемых сообщений............................Данные, речь
Режимы работы................................... Симплекс, дуплекс
Шаг сетки частот, Гц.............................................10
Классы излучения.................. J3E (ВБ), F1B (170 Гц), J7D (ВБ)
Число программируемых частот.............................. 100
Время перестройки радиостанции, мс ..........................20
Время автоматического составления радиоканала, с, не более...6
Время автоматического восстановления связи
после нарушения, с, не более.................................4
Число абонентов при работе в составе
автоматизированной сети...................................До 30
Скорость передачи данных, бит/с, до ......................3600
(изменяется адаптивно)
Промышленный КПД, %
30-40 (в зависимости от мощности)
Диапазон рабочих температур, °C:
стационарный вариант................................ +5...+45
мобильный вариант.................................-10...+50
Масса подвижного варианта радиостанции, кг, не более ......40
Электропитание при мощности передатчика:
100 Вт.................................От сети 220 В, 50...60 Гц;
От бортовой сети 12 В (24 В)
500 и 1000 Вт...........................От сети 220 В, 50.. .60 Гц
Стационарный маломощный трансивер любительских диапазонов.
В радиолюбительских КВ радиостанциях используется несколько способов
передачи информации, но наиболее популярными и распространенными ос-
таются два [136]: телеграфия амплитудной модуляцией (класс А1А) с шири-
12. Оборудование КВ радиосвязи
459
ной полосы 100 Гц - CW; однополосная модуляция с полностью или частич-
но подавленной несущей (классы J3E, R3E) с шириной полосы 3 кГц - SSB.
При этом радиолюбители-коротковолновики могут работать только в специ-
ально отведенных (так называемых любительских) диапазонах частот:
Название диапазона
10-метровый
15-метровый
20-метровый
30-метровый
40-метровый
80-метровый
160-метровый
Диапазон частот
28000...29700 кГц
21000...21450 кГц
14000... 14350 кГц
10100... 10150 кГц
7000...7100 кГц
3500...3650 кГц
1830... 1930 кГц
Широко известная как трансивер Лаповока [83] радиостанция рассчи-
тана на все семь используемых в России любительских КВ диапазонов с вы-
ходной мощностью передатчика 10 Вт и возможностью работы как в теле-
фонном, так и в телеграфном режиме с различными классами модуляции.
Для любительскою приемника чрезвычайно важны такие параметры,
как чувствительность, которая, как правило, определяется на основе субъек-
тивной оценки качества приема в соответствии с данными табл. 12.7; дина-
мический диапазон и возможность принимать телеграфные и однополосные
телефонные сигналы. Выполнение последнего требования связано с необхо-
димостью обеспечения высокой стабильности частоты настройки приемника:
допустимые уходы не должны превышать десятки, максимум сотни герц.
Выходная мощность любительского приемника может быть небольшой (не
больше 0,1 Вт), поскольку он рассчитан для работы на головные телефоны
или маленький динамик.
Приемная часть трансивера строится по супергетеродинной схеме. Из-
вестно, что хорошая избирательность по зеркальному каналу обеспечивается
при отношении частот на входе и выходе преобразователя, близком к 10; это
означает, что при использовании одного преобразования максимальная рабо-
чая частота не превышает 5 МГц. Приемник на все КВ диапазоны, реализо-
ванный в трансивере, имеет два преобразования частоты. Первое выполняет-
ся с фиксированной первой промежуточной частотой 5500 кГц, что сущест-
венно упрощает фильгр первой ПЧ, не требует большого числа кварцевых
резонаторов и обеспечивает «растяжку» каждого диапазона на необходимую
часть шкалы настройки. Для второго преобразования частоты второго гете-
родина (5000 кГц) и гетеродина, обеспечивающего восстановление несущей
при детектировании (третьего гетеродина), можно получить от одного опор-
ного генератора с кварцевой стабилизацией на 5 МГц. Частоту третьего гете-
родина легко получить путем деления опорного колебания цифровой микро-
схемой на 10.
460
Системы и устройства коротковолновой связи
Таблица 12.7
Оценка сигнала (шкала «S») Оценка качества сигнала Уровень сигнала на входе приемника, мкВ
1 Едва слышно, прием невозможен 0,2
2 Очень слабые сигналы, прием невозможен 0,4
3 Очень слабые сигналы, прием с большим напряжением 0,8
4 Слабые сигналы, прием с небольшим на- пряжением 1,5
5 Удовлетворительные сигналы, прием почти без напряжения 3
6 Хорошие сигналы, прием без напряжения 6
7 Умеренно громкие сигналы 12
8 Громкие сигналы 25
9 Очень громкие сигналы 50
Для обеспечения высокой избирательности по соседнему каналу необ-
ходим тщательный подбор элемента, осуществляющего селекцию принятого
сигнала. Из доступных радиолюбителям устройств: фильтры сосредоточен-
ной селекции (ФСС), выполненные на LC-контурах; пьезокерамические,
электромеханические и кварцевые фильтры - наибольшую избирательност!
по соседнему каналу обеспечивают электромеханические и кварцевые фильт-
ры. Оптимальным вариантом ФСС является электромеханический фильтр
типа ЭМФ 500-9Д-ЗВ с центральной частотой 500 кГц, полосой пропускания
3 кГц по уровню 3 дБ и не более 5 кГц по уровню 60 дБ [83J. Таким образом,
вторая промежуточная частота приемника, определяемая параметрами вы-
бранного фильтра, равна 500 кГц. При работе телеграфом (CW) полосу про-
пускания дополнительно сужают до 500...700 Гц включением во входном
каскаде УЗЧ дополнительных элементов избирательности.
Структурная схема трансивера [83] приведена на рис. 12.2. На входе
установлен П-контур, обеспечивающий согласование с антенной входных
цепей приемника. С помощью сдвоенного конденсатора переменной емкости
С1 выбирается величина связи с антенной, а изменением С4 П-контур на-
страивается в резонанс. Переключение диапазонов осуществляется платой
SA1-1. Во избежание больших потерь в П-контуре на высокочастотных диа-
пазонах L1 шунтирована конденсатором СЗ. Узел усилителя радиочастоты
(УРЧ) включает узкополосный фильтр для настройки входных цепей прием-
ника, который с помощью платы SA1-2 переключается при переходе с диапа-
зона на диапазон. Узел фильтров частоты сигнала на выходе УРЧ перестраи-
вается при изменении частоты настройки двумя секциями конденсатора пе-
ременной емкости С6. Резистор R1 предотвращает самовозбуждение УРЧ
в УКВ диапазоне.
12. Оборудование КВ радиосвязи
461
462
Системы и устройства коротковолновой связи
Преобразование сигнала в ПЧ1, фильтрация и перенос на вторую ПЧ
осуществляется в узле смесителей и ФСС. В качестве первого гетеродина вы-
ступает генератор плавного диапазона (ГПД). Частоты колебаний, вырабаты-
ваемых ГПД (табл. 12.8), частично отличаются от границ любительских диа-
пазонов, однако плотность настройки по сравнению с ее значением на ос-
тальных диапазонах остается вполне приемлемой; что касается частот выше
29 000 кГц диапазона 10 м, то радиолюбители-коротковолновики их практи-
чески не используют. Перестройка ГПД осуществляется с помощью третьей
секции С6; предусмотрена также возможность расстройки приемника в пре-
делах ±1 кГц ... ±30 кГц (в зависимости от диапазона) потенциометром R6.
Отметим, что в диапазонах 160, 80, 40 и 30 м частоты ГПД выше частот при-
нимаемых сигналов, т.е. /ПЧ1 = /ГПд — /сигнала ’ а в диапазонах 20, 15, и 10 м -
ниже (/ПЧ1 = /сигнала - /гпд )•
Таблица 12.8
Диапазон приемника Диапазон частот ГПД, кГц
м кГц
160 1830... 1930 7330...7430
80 3500...3650 9000...9150
40 7000...7300 12 500... 12 800
30 10 100... 10 150 15 600... 15 650
20 14 000... 14 350 8500... 8850
15 21 000...21450 15 500... 15 950
10 28 000...29 000 22 500...23 500
Опорное колебание fr2 для второго преобразователя частоты выраба-
тывает кварцевый генератор на 5 МГц, при этом /ПЧ2 = /пт — fn • Далее
сигнал второй ПЧ поступает на узел 4, объединяющий ЭМФ, однокаскадный
усилитель ПЧ и смесительный детектор, на который из узла 7 подается сиг-
нал для восстановления несущей.
В приемнике предусмотрена автоматическая и ручная регулировка уси-
ления. Сигнал автоматической регулировки усиления, вырабатываемый УЗЧ,
поступает в узел УРЧ и УПЧ, изменяя усиление сигнала по радиочастоте.
Ручная регулировка осуществляется потенциометром R2. R3 устанавливает
уровень сигнала звуковой частоты (громкость). R5 является нагрузкой УЗЧ
при отключении динамика.
Отличие в работе трансивера на передачу заключается в следующем:
отключаются узлы приемника 1, 3, 4, а при телефонии - и узел 5; узлы 6-10
работают постоянно и при приеме, и при передаче; включаются узлы пере-
датчика 12, 13 и 14. Узел 14 отвечает за создание телеграфного или однопо-
лосного телефонного сигнала 500 кГц. Первый смеситель передатчика в узле
12. Оборудование КВ радиосвязи
463
13 с помощью кварцевого генератора 5 МГц обеспечивает на выходе сигнал
5500 кГц, который выделяется ФСС узла 3; второй смеситель передатчика,
используя ГПД, преобра |ует сигнал в выходной с частотой
f ~ /гпд + 5500 кГц на высокочастотных диапазонах и f = /ГПд “ 5500 кГц -
на низкочастотных. Далее сигнал выделяется фильтрами узла 2, усиливается
в узле 12 и выходном каскаде усилителя мощности и через П-контур прохо-
дит в антенну. Защита УРЧ приемника от мощного сигнала передатчика
обеспечивается путем закорачивания узкополосного фильтра узла 1 на кор-
пус через вывод 9 узла 11.
В усилителе мощности передатчика используется ламповый выходной
каскад, имеющий высокое сопротивление нагрузки, хорошее согласование
с антенной через П-контур, а также не требующий (в отличие от транзистор-
ного) сложной схемы защиты от случайного отключения нагрузки (антенны).
Кроме того, может быть применена дешевая лампа 6П31С от генератора
строчной развертки телевизора.
В схеме присутствуют также управляющие элементы. SA2-2 управля-
ет УЗЧ приемника для обеспечения самоконтроля работы ключом на пере-
дачу. SA2-3 избавляет от необходимости при контроле передатчика нажи-
мать на педаль, управляющую переходом трансивера в режим передачи.
SA2-4 управляет работой усилителя телефонного сигнала узла 14. С помо-
щью SA2-5 осуществляется переключение питающего напряжения между
устройствами формирования телефонного и телеграфного сигнала, входя-
щими в состав узла 14. При контроле работы передатчика телеграфный
ключ замыкается SA2-6.
Основные параметры трансивера
Диапазон частот, МГц................................... 1,83...29,7
(все любительские диапазоны)
Виды модуляции......................................... SSB, CW
Уход частоты:
ГПД, Гц, не более........................................ 100
генератора телеграфного сигнала............................50
Точность настройки цифровой шкалы, кГц.........................5
Максимальная потребляемая мощность, Вт, не более .............40
Питание............................................... Сеть 220 В
Передатчик
Выходная мощность передатчика, Вт............................ 10
Подавление несущей частоты
(с учетом балансного модулятора и ЭМФ), дБ, более.............50
464
Системы и устройства коротковолновой связи
Приемник
Чувствительность приемника, мкВ.........................0,3...4
(пропорционально снижается при переходе к более низкочастотным
диапазонам)
Промежуточные частоты, кГ ц:
ПЧ1...................................................5500
ПЧ2.....................................................500
Подавление помехи по зеркальному каналу, дБ............80... 100
(в зависимости от диапазона)
Ослабление по соседнему каналу при расстройке на 2...3 кГц, дБ .60
Полоса пропускания ЭМФ, кГц
по уровню 3 дБ..........................................3
по уровню 60 дБ................................. не более 5
Динамический диапазон приемника, дБ.......................90
Выходная мощность УЗЧ приемника, Вт......................0,1
Более подробную информацию о трансивере, а также подробное руко-
водство по его конструктивной реализации можно получить из [83].
12.3. Зарубежные радиостанции
Семейство профессиональных КВ трансиверов ХК2000. К семейст-
ву трансиверов ХК2000 относятся три трансивера, выпускаемые фирмой
Rohde&Schwarz [190]: ХК2100, ХК2500 и ХК2900 - отличающиеся практи-
чески только уровнем излучаемой мощности. Трансиверы обеспечивают при-
ем сигналов в диапазоне 10 кГц...30 МГц и передачу в диапазоне
1,5...30МГц. Настройка частоты осуществляется с лицевой панели, мини-
мальный шаг настройки 1 Гц. Время настройки новой частоты 20 мс.
Трансиверы обеспечивают работу следующих видов: А1А (CW), J3E
(SSB, USB/LSB), J7B (A7J), В8Е (ISB), FIB (FSK, AFSK), F3E (FM), F1C, пере-
дача данных. Возможен также прием AM сигналов (АЗЕ). Передача данных
осуществляется со скоростью 50...600 Бод, которая за счет использования
внутреннего КВ модема может быть увеличена до 5400 бит/с. Помимо обеспе-
чения высоких характеристик при создании трансиверов большое внимание
было уделено их работе в составе автоматизированных систем радиосвязи. В
связи с этим ХК2000 не только оснащен мощным процессором, контролирую-
щим и управляющим его функциями, но также поддерживает целый ряд ин-
терфейсов для сопряжения трансивера с другими устройствами (рис. 12.3).
Трансивер оборудован так называемым ALE (Automatic Link Establish-
ment - автоматическое установление соединения) процессором GS2200, пред-
назначенным для автоматического установления оптимальной радиосвязи при
передаче речевых сообщений или данных с использованием разработанной
фирмой Rohde&Schwarz процедуры ALIS в соответствии с FED-STD-1045A
(MIL-STD-188-141A+B). Реализация этой процедуры в ХК2000 полностью со-
вместима с аналогичной, использованной в серии радиооборудования HF 850.
30- 5869
Ctrl AF, PTT Ctrl AF, PTT Ctrl RF
электронная почта
12. Оборудование KB радиосвязи______________________465
466
Системы и устройства коротковолновой связи
Встроенный многорежимный КВ модем GM 2100 устраняет один из
недостатков, свойственных КВ радиосвязи, - низкую скорость передачи ин-
формации. Его использование значительно повышает скорость передачи, по-
зволяя передавать и принимать компьютерную информацию, факс, электрон-
ную почту, цветные видеоизображения.
Блок Автоматической Телефонной Коммутации (АРР - Automatic
Phone Patch) GN2100 предназначен для подключения телефона к частному
(локальному) автоматическому узлу связи, а также к телефонной сети общего
пользования. При этом реализуются все сервисные функции, присущие со-
временным телефонным аппаратам (импульсный или двухтональный набор,
память номера и др.). Соединение устанавливается процессором связи
GS2200 в полудуплексном режиме, а переключение передача/прием осущест-
вляется специальной системой VOX (VOX - Voice Operated Transmitter). При
изменении качества передачи в телефонном канале производится автомати-
ческая адаптация.
Дистанционное управление ХК200 осуществляется специальным моду-
лем GB2000, процессором GP2000 и/или персональным компьютером, при-
чем одновременно могут использоваться сразу два средства управления. Че-
рез последовательный интерфейс RS-485 возможно удаленное подключение
до 99 трансиверов, управляемых специально разработанным программным
обеспечением XK2000S, либо пользовательскими программами дистанцион-
ного управления и контроля. Формат ASCII команд делает возможным ис-
пользование для создания таких программ практически любого языка про-
граммирования.
Центральный блок управления на базе мощного микропроцессора ко-
ординирует работу всех внутренних узлов и модулей, осуществляет взаимо-
действие с внешними устройствами через последовательный порт по интер-
фейсам данных RS-232-C и RS-485 и с помощью клавиатуры, а также генери-
рует необходимые внутренние сообщения и выводит информацию на графи-
ческий дисплей. В электрически стираемой программируемой постоянной
памяти (EEPROM) блока управления может храниться порядка 1000 настроек
каналов, из которых 401 программируются пользователем, 120 полудуплекс-
ных каналов используются для работы с применением ALE процессора
и фиксированные каналы, установленные Международным Союзом по Теле-
коммуникациям (ITU) с назначенными номерами от 401 до 2240.
Использование блока цифровой обработки сигнала GN 2110 (процессо-
ра ПЧ/ЗЧ) дает возможность обеспечить прием/передачу сигналов различных
классов излучения, а также обеспечить включение:
• одного из 17 полосовых фильтров с полосой пропускания от 50 Гц до
8 кГц, необходимых в режиме передачи данных;
• настройки полосы пропускания (с визуальной индикацией в виде диа-
граммы);
• режекторного фильтра (с визуальной индикацией);
12. Оборудование КВ радиосвязи
467
• системы подавления шумов;
• силлабической бесшумной настройки;
• речевой компрессии (увеличение выходной мощности при передаче
голоса);
• скремблирования и др.
Преселектор приемника содержит переключаемый предварительный
усилитель, который увеличивает чувствительность и обеспечивает низкий
коэффициент шума (9 дБ) при работе с различными типами антенн. Специ-
альная схема защиты предохраняет приемник от воздействия мощных наво-
док (до 100 В).
В зависимости от конфигурации системы может потребоваться под-
ключение внутреннего либо внешнего модема, а также внешних устройств.
В последнем случае для подключения внешних устройств (КВ модемов, ис-
точников данных, устройств защиты данных, процессоров связи) использует-
ся интерфейс данных модема GV2130 или интерфейс модема GV2100.
Управление внешним периферийным оборудованием, таким как механически
перестраиваемые селекторы, мощные фильтры передатчиков или селектив-
ные/активные антенны осуществляется с помощью внешнего интерфейса
GV2110. Rx/Tx интерфейс GS2110 предназначен для управления внешним
приемником или передатчиком, а также для управления и работы внешней
аварийной системы.
С помощью ЭВМ можно модифицировать или обновлять программное
обеспечение трансивера. Подключение ЭВМ (с соответствующим программ-
ным обеспечением) осуществляется через интерфейс RS-232-C, RS-485/RS-
422, DTE (терминал данных). Паразитные излучения и наводки эффективно
подавляются фильтром ЭМС.
Основные параметры трансиверов семейства ХК2000 представлены в
табл. 12.9 [190].
Таблица 12.9
Параметр ХК 2100 ХК 2500 ХК 2900
Диапазон частот. МГ ц Передача: 1,5... 30
Прием: 0,01...30
Виды модуляции Al A (CW), J3E (SSB, USB/LSB), НЗЕ (АМЕ, USB), J7B (A7J), передача данных (J3E), В8Е (ISB), F1B (FSK, AFSK), F3E (FM), F1C, АЗЕ (AM) (только при- ем), MIL-STD-188-203-1А (дополнительно)
Число каналов 401 программируемых пользователем [из них 100 полудуплексных (передающие и принимающие час- тоты программируются раздельно)], номера каналов между 401 и 2240 каналом полудуплексные между- народные фиксированные, 120 дополнительных по- лудуплексных
30*
468
Системы и устройства коротковолновой связи
Окончание табл. 12.9
Параметр ХК 2100 ХК 2500 ХК 2900
Шаг перестройки частоты, Гц 1
Дрейф частоты (стандартный) Менее 2-10'8/°С Менее ЫО^/год
Передатчик
Выходная мощность (при нагрузке 50 Ом): максимальная в режиме непрерывного излучения
150 Вт ±0,5 дБ 500 Вт ±0,5 дБ (400 Вт ±0,5 дБ с блоком на- стройки антен- ны FK 855) 1000 Вт ±0,5 дБ
100 Вт ±0,5 дБ
Уровни мощности, Вт 10/30/100 40/100/500 100/500/1000
Подавление несущей, дБ 70
Подавление нежелательной боковой полосы, дБ Не менее 60
Подавление паразитных излучений, дБ Не менее 70
Подавление гармоник, дБ 60
Подавление внеполосных излучений, дБ Не менее 60
Приемник
Чувствительность (при отношении сигнал- шум 10 дБ, диапазон частот 0,2...30 МГц), мкВ AIA(CW) (в полосе 300 Гц) J3E (SSB), J7B (в полосе 2,7 кГц) НЗЕ (АМЕ) (в полосе 6 кГц)
без пред- усилителя 0,4 1 2,7
с предусили- телем 0,15 0,4 1
Коэффициент шума, дБ без предусилителя: 17 с предусилителем: 9
Подавление ЗК и ПЧ, дБ 90
Полоса пропускания, Гц минимальная максимальная
по уровню -ЗдБ ±25 ±125
по уровню -60 дБ ±4000 ±5100
АРУ, дБ Менее3 (1 мкВ...1 В 1
12. Оборудование КВ радиосвязи
469
Профессиональный КВ трансивер IC-78 предназначен для использо-
вания в профессиональных системах связи, в том числе и в сложных условиях
[180]. Устанавливается как на подвижных объектах (автомобиль, судно, другие
транспортные средства), так и в помещении в качестве базового.
Трансивер обеспечивает все основные режимы работы: USB, LSB, CW,
RTTY (FSK), AM. Применение цифровой обработки сигналов и современной
элементной базы дает возможность осуществлять оптимальную обработку
сигналов и реализовать такие функции, как регулировка полосы пропускания
приемника и расстройки, сдвиг ПЧ, компрессия речевого сигнала, сканирова-
ние, система подавления помех, VOX и др. Характеристики приемника улуч-
шаются за счет использования предусилителя (10 дБ) и ВЧ аттенюатора
(20 дБ). Для уменьшения искажений во входных каскадах используются сверх-
линейные полевые транзисторы. Трансивер имеет 100 %-й режим на передачу.
Высокая стабильность частоты обеспечивается кварцевым генератором. Уста-
новка дополнительного высокостабильного генератора CR-338 дает возмож-
ность повысить стабильность до 5-10“7 в диапазоне температур -30.. .+60 °C.
На передней панели находятся большой ЖК-дисплей с подсветкой и
клавиатура. Набор частоты осуществляется либо непосредственно, либо в
режиме с заранее запрограммированными каналами. Общее количество хра-
нящихся в памяти каналов 100, причем для удобства каж тому из них можно
присвоить имя длиной до 8 символов. На дисплее отображаются частоты или
номер канала, а также данные программируемого S-метра, показывающего
уровень принимаемого сигнала, выходной мощности, КСВ антенны.
Дополнительно трансивер комплектуется штыревыми и дипольными
антеннами, настольными микрофонами, внешними громкоговорителями,
блоком питания и конвертором напряжения (24... 12 В). Дополнительный ан-
тенный тюнер позволяет работать на широкополосные антенны с автомати-
ческой настройкой на канал связи. Для использования в системах передачи
данных предусмотрен разъем для подключения внешних модемов; имеется
также порт CI-V для программирования и управления. С целью увеличения
механической прочности и повышения термостабильности трансивер имеет
цельнометаллический литой корпус. Основные технические параметры тран-
сивера приведены в табл. 12.10.
Таблица 12.10
Параметр Значение
Диапазон частот, МГц Прием: 0,03...30
Передача: 1.6...30
Виды модуляции USB, LSB, CW, RTTY, AM S-AM, FM
Шаг перестройки частоты, Гц 1
Число каналов памяти 100 (99 дуплексных, 1 вызывной)
470
Системы и устройства коротковолновой связи
Окончание табл. 12.10
Параметр Значение
Стабильность частоты ±200 Гц от 1 до 60 мин после включения +30 Гц/час при 25 °C +350 Гц при изменении температуры от 0 до 50 °C
Напряжение питания 13,8 В + 15%
Потребляемый ток (при 13,8 В) Прием: в режиме покоя 1,3 А при максимальной громкости 2,0 А
Передача: при максимальной мощности 20 А
Диапазон рабочих температур, °C -10...+60
Тип антенного разъема SO-239 (50 Ом)
Габаритные размеры и масса 240x95x239 мм, 3,8 кг
Передатчик
Выходная мощность, Вт SSB, CW, RTTY: 2... 100 AM: 2...40
Подавление несущей, дБ Не менее 40
Подавление нежелательной боко- вой полосы,дБ Не менее 50
Уровень внеполосных излучений, дБ -46
Приемник
Тип приемника Супергетеродин с двойным преобразованием
Чувствительность при отношении сигнал/шум 10 дБ Диапазон SSB. CW, RTTY AM
0,5...1,6 МГц 1,6...30 МГц 0,16 мкВ 13 мкВ 2 мкВ
Селективность SSB, CW, RTTY AM
2,1 кГц/-6 дБ 6,0 кГц/-6 тБ
4,5 кГц/-60дБ 20 кГц / -60 дБ
Подавление паразитных излуче- ний и зеркального канала, дБ Более 70
Морской КВ трансивер IC-M710. Бортовые/базовые морские транси-
веры IC-M710 и IC-M710GMDSS предназначены для решения задач морской
радиосвязи [65]: связь морских береговых и судовых служб голосовой связью
в ПВ/КВ диапазонах.
Мощность передатчика составляет 150 Вт; при использовании допол-
нительного усилителя мощности IC-PW1 она может быть увеличена до
1000 Вт. Автоматическая настройка на передающую антенну обеспечивается
дополнительным антенным тюнером АТ-130/Е или комплектом MN-100
(антенна + согласующее устройство).
12. Оборудование КВ радиосвязи
471
Конструкция трансивера рассчитана на многочасовую работу в слож-
ных судовых условиях: станция собрана из высококачественных компонен-
тов, расположенных на прочном цельном литом алюминиевом шасси; прину-
дительное воздушное охлаждение позволяет работать на передачу продолжи-
тельное время без перегрева даже при телексной передаче или передаче пря-
мым буквопечатанием.
Возможность работы в Глобальной морской системе связи при бедст-
вии (ГМССБ) предусмотрена реализацией следующих функций: передача
цифровых данных; прием карт погоды (при использовании внешнего моде-
ма); встроенный генератор подачи аварийного сигнала в телефонии на часто-
те 2182 кГц (в морской версии). Соответствие требованиям GMDSS достига-
ется при использовании дополнительного DSC терминала IC-GM110.
Из сервисных возможностей можно отметить большой объем каналь-
ной памяти (1136 каналов памяти: 160 программируемых пользователем, 242
международных SSB дуплексных, 72 международных SSB симплексных
и 662 международных телексных) с присвоением каждому каналу
7-символьного имени; большой буквенно-цифровой дисплей; возможность
прямого набора частоты; автоматическое включение/выключение станции на
передачу при телеграфной работе.
Основные параметры трансивера IC-M710 приведены в табл. 12.11 [65].
Более позднюю модель, IC-M802, разработанную на базе IC-M710, от-
личает встроенный модуль цифрового вызова, модульная конструкция и ряд
новых эксплуатационных возможностей, в частности, поддержка 160 каналов
памяти для работы с КВ электронной почтой.
Таблица 12.11
Параметр Значение
Диапазон частот, МГц Прием: 0,5... 30
Передача: 1,6... 27,5
Виды модуляции J3E (USB), НЗЕ, J2B (AFSK), FIB (FSK), R3E, AIA(CW)
Число каналов памяти 1136 (160 программируемых, 242 SSB дуп- лексных, 72 SSB симплексных и 662 FSK дуплексных)
Стабильность частоты, Гц 0,5...15 МГц: ±10 15...30 МГц: ±20
Напряжение питания 13,8 В ±15%
Диапазон рабочих температур, °C -30...+60
Тип антенного разъема SO-239 (50 Ом)
Габаритные размеры и масса 291,4x116,4x315 мм 7,9 или 8,1 кг (в зависимости от типа за- земления)
472
Системы и устройства коротковолновой связи
Окончание табл. 12.11
Параметр Значение
Передатчик
Выходная мощность, Вт 150/60/20 - ниже 24 МГв 60/20 - выше 24 МГц
Подавление несущей, дБ 40
Уровень побочных излучений, дБ 70
Импеданс микрофона, Ом 600
Приемник
Чувствительность, мкВ Диапазон J3E, R3E, J2B, F1B, А1А НЗЕ (10 дБ сиг- нал/шум)
0,5...1,6 МГц 6,3 32
1,6... 1,8 МГц 1,0 6,3
1,8...30 МГц 0,5 3,2
Выходная мощность НЧ (при 13,8 В), Вт 4,5 (при нагрузке 8 Ом)
Избирательность по побочным каналам приема, дБ 70 (1,6...30 МГц)
Трансивер IC-756PRO является одной из наиболее удачных разработок
фирмы Icom Inc. Он имеет расширенный диапазон приема (0,03...54 МГц) и
передачи (1,8...30, 50...54 МГц), большое количество функциональных воз-
можностей и поддерживает практически все существующие в КВ радиосвязи
режимы работы [179]. Высокие характеристики как приемника, так и передат-
чика обеспечиваются за счет ряда новых технических решений, среди которых
следует отметить применение цифровой обработки сигналов.
Приемный блок трансивера IC-756PRO построен по схеме с тройным
преобразованием частоты [179] (рис. 12.4). Промежуточные частоты (для
всех режимов работы) составляют: первой - 64,455 МГц, второй - 455 кГц,
третьей - 36 кГ ц. Отключаемый трехуровневый аттенюатор наб, 12 и 18 дБ
в преселекторе позволяет расширить динамический диапазон приемника,
а два усилителя радиочастоты обеспечивают высокую чувствительность
и низкий коэффициент шума. За счет применения в тракте второй ПЧ преоб-
разователей частоты высокого уровня (четверок) на МОП-транзисторах и ка-
чественного согласования сопротивлений ширина полосы пропускания по
второй ПЧ выбрана достаточно широкой (15 кГц), что позволяет обрабаты-
вать принимаемый сигнал без фазовых искажений.
В тракте третьей ПЧ установлены 24-разрядный АЦП, блок цифровой
обработки сигналов на основе быстродействующего 32-разрядного цифрово-
12. Оборудование КВ радиосвязи
473
го сигнального процессора (ЦСП) фирмы Analog Devices и цифроаналоговый
преобразователь (ЦАП). Цепь автоматической регулировки усиления (АРУ)
с регулируемой постоянной времени (медленная, средняя, быстрая) включена
в контур ЦСП и при необходимости может быть отсоединена.
Рис. 12.4
ЦСП выполняет в трансивере целый ряд базовых и сервисных функций,
реализация множества из которых ранее была связана с установкой дополни-
тельных узлов и блоков. Перечислим некоторые особенности трансивера,
достигнутые благодаря применению ЦСП.
• За счет повышения частоты дискретизации до 45 кГц цифровые сиг-
налы обрабатываются с качеством, практически не отличающимся от анало-
гового.
• ЦСП реализует цифровые филыры ПЧ, обеспечивая выбор любой из
51 полос пропускания (от 50 Гц в режиме PSK31 до 15 кГц в режиме FM),
а также их сдвиг.
• Включение АРУ, фильтров ПЧ и схемы режекции в контур цифровой
обработки позволило расширить динамический диапазон до 143 дБ по забитию.
• Цифровой фазовый модулятор/демодулятор повышает отношение
сигнал-шум в приемном и передающем трактах при сохранении оптимальной
полосы пропускания. Этой же цели служит и режекторный фильтр, улуч-
шающий качество приема речи, причем для уменьшения интермодуляцион-
ных искажений частота режекции меняется автоматически. Глубина фильт-
рации достигает уровня -70 дБ.
• Цифровой полосовой фильтр с двойным сдвигом частоты (Digital
Twin РВТ). Для эффективного подавления помех полоса пропускания сдвига-
ется в DSP методами цифровой фильтрации. Эта функция особенно полезна
при работе в режиме SSB на плотно занятых участках диапазона.
• Реализация цифровой системы шумоподавления, микрофонного эква-
лайзера, речевой компрессии с регулируемой полосой частот и др.
Трансивер имеет синтезатор сетки частот, вырабатывающий колебания
с шагом 1 Гц и компьютерный интерфейс (формат C1-V).
Обеспечивается одновременный прием на двух частотах, что бывает
необходимо при отслеживании трафика и работе в сети.
474
Системы и устройства коротковолновой связи
Таблица J 2.12
Параметр Значение
Диапазон частот, МГц Передача: 1,8... 30,0; 50,0...54,0
Прием: 0,03...54,0
Виды модуляции USB, LSB, CW, RTTY, AM, FM
Число каналов 101
Стабильность частоты ±0,5 ppm
Шаг сетки частот, Гц 1
Габаритные размеры, мм 340x111x285
Масса, кг 9,6
Передатчик
Выходная мощность, Вт SSB, CW, RTTY, FM: 5... 100 AM: 5...40
Подавление паразитных излучений, дБ 1,8.. 30,0МГц: 50 50,0... 54,0 МГц: 60
Подавление нежелательной боковой полосы, дБ 55
Уровень внеполосных излучений, дБ 60
Подавление несущей, дБ 40
Приемник
Чувствительность (с включенным предусилителем) при отношении сигнал-шум: SSB, CW, RTTY, AM - 10 дБ FM -12 дБ Диапа- зон, МГц SSB, CW, RTTY (в полосе 2,4 кГц) AM (в полосе 6 кГц) FM (в полосе 15 кГц)
0,5... 1,799 — 13 мкВ —
1,8...27,99 0,16 мкВ 2 мкВ —
28,0...29,99 0,16 мкВ 2 мкВ 0,5 мкВ
50,0...54 0,13 мкВ 1 мкВ 0,32 мкВ
Избирательность SSB, RTTY (полоса 2,4 кГц) 2,4 кГц / -6 дБ; 2,8 кГц/-60 дБ
CW (полоса 500 Гц) 500 Гц/-6 дБ; 700 Гц/ -60 дБ
AM (полоса 6 кГц) 6 кГц/-6 дБ; 15 кГц/ -60 дБ
FM (полоса 15 кГц) 12 кГц/-6 дБ; 20 кГц/ -60 дБ
Подавление зеркального канала, дБ 70
Цветной дисплей аппарата на основе активной матрицы позволяет вы-
вести на экран всю необходимую информацию, изменить общий дизайн
и размер шрифтов. При передаче телеграфных сообщений на экран выводится
Оборудование КВ радиосвязи
475
вся информация электронного ключа, что позволяет избежать ошибок при
передаче. В трансивере введен цифровой магнитофон, позволяющий записы-
вать и воспроизводить до 8 сообщений по 15 с, многофункциональный стре-
лочный индикатор. Кроме стрелочного индикатора на экране дисплея ото-
бражается его цифровой аналог. Все установки легко просматриваются и из-
меняются с помощью кнопок, а наглядная система меню из 12 функциональ-
ных клавиш по краям дисплея упрощают управление трансивером.
Встроенный анализатор спектра с изменяемой от 12,5 до 100 кГц поло-
сой обзора позволяет оценить сигнально-помеховую обстановку в диапазоне.
Для хранения информации об используемых каналах предусмотрена 101
ячейка памяти, включающая 99 ячеек обычной памяти и 2 ячейки для границ ска-
нирования, причем запоминаются не только номиналы часты и необходимые ус-
тановки, но и наименования каналов длиной до 9 буквенно-цифровых знаков. До-
полнительно введено 8 каналов голосовой памяти (4 на прием и 4 на передачу).
Одностороннее размещение деталей печатной плагы облегчает обслу-
живание, а улучшенная система охлаждения, модернизированная конструк-
ция корпуса и более прочное шасси позволяет сохранить работоспособность
в сложных условиях эксплуатации.
Основные параметры трансивера IC-756PRO приведены в табл. 12.12.
КВ трансивер NGT SR фирмы Codan. Трансивер NGT SR компании
Codan [145] может использоваться непосредственно для голосовой связи,
а также обеспечивать (при подключении соответствующих устройств) пере-
дачу данных, факсимильных сообщений и электронной почты, выполнять
навигационные функции в системе GPS. Трансивер выпускается в мобильном
и базовом вариантах.
В стационарном комплекте NGT SR используется настольный пульт
оператора, который представляет собой телефонную базу с 4 функциональны-
ми клавишами, программируемыми оператором, клавишей приема-передачи и
микрофоном. В качестве антенны применяется согласованная широкополосная
антенна-диполь серии С411. Для удобства оператора пульт управления транси-
вером NGT SR выполнен в виде телефонной трубки обычного сотового теле-
фона с ЖК-дисплеем, отображающим информацию о текущем режиме, посту-
пивших вызовах и названии канала или абонента. Записная книжка с памятью
на 100 адресов позволяет вызвать абонента радио- или телефонной сети (как
внутренней, так и общего пользования) нажатием «горячей» клавиши. Каналы,
функции и адреса программируются оператором в удобной для него форме.
Трансивер обеспечивает передачу и обработку следующих типов вызо-
вов: аварийный - осуществляет автоматическую передачу сигналов бедствия
на выбранные станции по четырем каналам; селективный - позволяет произ-
вести избирательный вызов конкретного трансивера; групповой - передается
как селективный вызов всем станциям или группе станций сети; пейджинго-
вый - дает возможность передавать или принимать текстовые сообщения
объемом до 64 символов без дополнительного оборудования и программного
476
Системы и устройства коротковолновой связи
обеспечения; телефонный - осуществляет вызов абонента городской или ве-
домственной АТС с удаленной радиостанции, и наоборот. При поступлении
всех указанных типов вызова трансивер NGT SR автоматически передает
подтверждение о его получении.
Система автоматического выбора канала и управления связью
CALM/ALE (Codan Automated Link Management), встраиваемая в трансивер и
не требующая внешнего контроллера ALE, определяет оптимальную для свя-
зи частоту в зависимости от характеристик КВ каналов, а также с учетом типа
станции (стационарная или мобильная), причем даже в том случае, если тран-
сивер был недавно включен. Обеспечивается сканирование до 10 каналов в
секунду. Система CALM позволяет снизить до 80% (по сравнению с ALE)
необходимость выхода в эфир участников сети для обновления данных о
прохождении радиоволн. Новые радиостанции автоматически распознаются
CALM, так что не требуется выводить из работы существующие радиостан-
ции для обновления информации об абонентах сети. Система CALM совмес-
тима с системами, работающими на основе стандарта FED-STD-1045 ALE,
однако в отличие от стандарта ALE CALM поддерживает разные типы сигна-
лизации, такие как ALE, Seicall, модемная 9001/9002 сигнализация, GPS и др.
Стационарная станция на базе трансивера NGT SR может использо-
ваться для голосовой связи на конкретном канале или в режиме сканирования
каналов, для передачи компьютерных данных (файлы текстовых документов
и таблиц) со скоростью до 6000 бит/с, а также для обмена факсимильными
сообщениями с применением компьютеров или стандартных факсимильных
аппаратов 3-й группы. Скорость передачи стандартной факсимильной стра-
ницы составляет примерно 2-3 мин, при этом обеспечиваются все современ-
ные функции (память, получение сообщений в отсутствие оператора, автома-
тический повтор при прерывании связи).
Встроенная система обработки речи Easitalk, использующая цифровую
обработку сигналов, постоянно контролирует уровень принимаемого сигнала
и снижает уровень шумов.
Функции встроенного тестирования BITE дают оператору возможность
проверки исправности оборудования с выводом отчета по конкретным пара-
метрам. Имеется также система дистанционной диагностики трансивера с
любой радиостанции сети без участия оператора. Контроль производится по
таким параметрам, как уровень принимаемого сигнала, напряжение питания
в режимах приема и передачи, мощность передатчика, КСВ антенно-
фидерной системы, чувствительность приемника. Функция сканирования ка-
налов позволяет автоматически контролировать несколько каналов, при этом
вызов может быть принят на любом из этих каналов.
Трансивер имеет комплексную защиту от таких повреждений, как высокое
КСВ антенны, перенапряжение и переполюсовка, которые могут вывести тран-
сивер из строя. Кроме того, трансивер защищен также от воздействия влаги.
12. Оборудование КВ радиосвязи
477
Широкий диапазон возможностей, предоставляемых трансивером, осо-
бенно при подключении дополнительных устройств, позволяет реализовать ста-
ционарную станцию на базе NGT SR, выполняющую самые разные функции;
при этом сохраняются все базовые функции, присущие данному трансиверу.
1. Стационарная станция с позиционированием GPS позволяет управ-
лять парком автотранспортных средств в удаленных районах. Она осуществ-
ляет пассивное слежение до 250 мобильных станций, оснащенных оборудо-
ванием GPS, регистрируя их передвижение и автоматически отображая их
текущее местоположение на компьютерной карте.
2. Сервер электронной почты предоставляет возможность передачи
электронной почты одному или нескольким удаленным КВ пользователям.
Применяется для создания собственной сети электронной по"ты или при на-
личии на сервере соответствующего программного обеспечения для обмена
электронными сообщениями между КВ сетью и сетью Интернет. Работа сер-
вера полностью автоматизирована, присутствие оператора не требуется.
3. Интернет-сервер обеспечивает услуги глобальной сети (WAN) через КВ
линии передачи данных с применением TCP/IP соединения. Подсоединяется не-
посредственно к локальной сети (LAN), использующей TCP/IP протоколы, или с
помощью телефонной линии к провайдеру Интернет-услуг (ISP). Поддержива-
ются все услуги Интернет, включая электронную почту, получение новостей,
просмотр Web-страниц, содержимого FTP; осуществляет стандартное SLIP под-
ключение к КВ клиентам сети Интернет и электронной почты. Работа Интернет-
сервера на базе NGT SR также полностью автоматизирована.
Основные параметры трансивера Codan NGT SR
Диапазон частот, МГц:
прием..............................................0,25...30
передача........................................... 1,6...30
Число каналов памяти..................................До 400
Виды модуляции...............J3E (USB, LSB), НЗЕ (дополнительно)
Выходная мощность, Вт.................................... 125
Потребляемый ток:
прием...................................1 А (в режиме покоя)
передача:
речь................................................8 А
два тона........................................9... 16 А
Компьютерный интерфейс..................RS-232C, 300 - 19200 Бод
Подключение приемника GPS...................Формат NMEA-0183
Напряжение питания, В..................................... 12
Диапазон рабочих температур, °C ......................-30.. .+60
Г абаритные размеры и масса:
базовый блок 2010.......................270x210x65 мм, 3,3 кг
трубка 2020 ............................ 130x65x35 мм, 0,4 кг
соединительный блок 20э0 .............. 135x106x38 мм, 0,4 кг
478
Системы и устройства коротковолновой связи
Компактный КВ трансивер Q-МАС серии HF-90 фирмы Q МАС [73]
- многоцелевой трансивер, предназначенный для применения в различных
областях: международные проекты оказания помощи, военные операции, по-
исково-спасательные работы, геологоразведочные экспедиции и т.п. Транси-
вер отличают компактность, легкость (общая масса приемопередающего
комплекта составляет около 6 кг), низкий уровень потребляемой мощности
и высокая эксплуатационная надежность (соответствие стандартам вибро-
стойкости MIL-STD-810E, пыле- и водонепроницаемости IP54), благодаря
чему оптимальным вариантом его использования можно считать мобильный
и переносной.
В состав стандартного переносного комплекта Q-MAC HF-90 входят
трансивер HF-90 с микрофоном, ручной антенный тюнер ТМ-90, гибкая
штыревая шестисекционная антенна длиной 3 м для работы в диапазоне
3,6... 10,3 МГц, комплект антенны «длинный провод» для использования
с тюнером ТМ-90 в диапазоне 2,5...10 МГц, аккумулятор, а также рюкзак
и руководство по эксплуатации.
Трансивер обеспечивает обработку селективных (стандарт CCIR 493-4)
и телефонных вызовов, при этом связь ведется на верхней (USB) или нижней
(LSB) боковой полосе. Функция сканирования позволяет при отключенном
динамике автоматически контролировать несколько каналов в ожидании вы-
зова; имеется функция «клонирования». Программирование каналов (до 255)
и различных параметров осуществляется с персонального компьютера.
Встроенная система самотестирования позволяет обнаруживать возможные
повреждения на уровне плат и субблоков. Модификация трансивера Н-90М,
предназначенная для военных нужд, оснащается модулем для работы в ре-
жиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ), необходимой
для защиты голосовой информации; эту модель отличают еще более жесткие
требования на устойчивость к внешним воздействиям.
Основные параметры трансивера Q-MAC HF-90
Диапазон частот, МГц.....................................2...30
Виды модуляции................................... J3E (USB, LSB)
Число каналов памяти .......................................255
Напряжение питания, В.................................... 12...24
Потребляемая мощность:
прием ................................................... 350 мА
передача .............................................2... 10 А
Диапазон рабочих температур, °C ....................... -30...+60
Тип антенного разъема............................ SO-239 (50 Ом)
Габаритные размеры и масса....................... 112x47x220 мм.
1 кг (только трансивер HF-90)
Передатчик
Выходная мощность, Вт........................................50
12. Оборудование КВ радиосвязи
479
Подавление, дБ, не менее:
нежелательной боковой полосы ...........................45
несущей............................................... 50
гармоник .............................................. 40
Приемник
Тип приемника..........Супергетеродин с двойным преобразованием
Промежуточные частоты:
ПЧ1,МГц..............................................83,16
ПЧ2, кГц..............................................455
Чувствительность при отношении (сигнал+шум)/шум 10 дБ .... 0,25 мкВ
Селективность.................................. 2,3 кГц / -6 дБ
4,8 кГц/-60дБ
Подавление зеркального канала, дБ, не менее...............50
Трансиверы CODAN 8525В и 8528 фирмы Codan отличаются только
панелью управления и методом контроля [144]. Серия 8528 имеет 2 базовые
модели: наземного (8528) и морского (8528S) базирования. Серия 8525В вы-
полняется в двух вере иях: с контролем с передней панели; с дистанционным
управлением.
Основные параметры трансиверов Codan 8525В и 8528
Диапазон частот, МГц:
передача...............................................2...24
прием..............................................0,25... 30
Виды модуляции...................................J3E (USB, LSB)
Число каналов:
8525В:......... 99 одно- или двухчастотных симплексных каналов
с разрешающей способностью 10 Гц, контролируемых
программируемым ПЗУ (ROM)
8528: ........ 501 одно-или двухчастотных симплексных каналов
с разрешающей способностью 10 Гц, контролируемых
программируемым ПЗУ (ROM), плюс 90 каналов
с разрешающей способностью 100 Гц
Время переключения на другую частоту, мс .....................20
Стабильность частоты................................... ±2(3)-1 О’6
Шаг сетки частот, Гц......................................... 10
Передатчик
Максимальная выходная мощность, Вт:
8528 .................................................. 100
8528S ................................................. 125
Приемник
Чувствительность, мкВ:
0,5...2 МГц......................................................8
2...28 МГц............................................. 0,25 (0,35)
28...30 МГц....................................................0,5
480
Системы и устройства коротковолновой связи
Подавление зеркального канала, дБ...................... 90 (80)
Полоса пропускания по уровню -6(-8) дБ, Гц.......... 300...2800
Промежуточные частоты:
1-я ...................................................45 МГц
2-я ................................................ 1650 кГц
Структурная схема трансивера состоит из следующих блоков: блок
усиления и фильтрации, блок радиотракта и синтезатор частот, аудиоблок,
микропроцессорный блок, передняя панель.
Приемник трансивера (рис. 12.5) построен по схеме с двойным преоб-
разованием частоты [144], позволяющей реализовать высокую селективность
как по соседнему, так и по побочным каналам. Это достигается выбором вы-
сокой первой (45 МГц) и низкой второй (1,65 МГц) промежуточных частот.
Преселектор состоит из 6 переключаемых ФНЧ, которые формируют
передний фронт полосы пропускания приемника, и 5 ФВЧ, которые образуют
задний фронт полосы пропускания приемника, а также неперестраиваемые
ФВЧ и ФНЧ. Неперестраеваемый ФНЧ имеет частоту среза 28 МГц и обеспе-
чивает необходимую избирательность по зеркальному каналу. Перестраивае-
мый ФВЧ с частотой среза 2 МГц (1,6 МГц) ослабляет помехи от станций,
работающих в диапазоне СВ и ДВ. В его состав включены также диоды, пре-
дохраняющие последующие каскады приемника от перегрузки при слишком
большом уровне входного сигнала.
Диапазон рабочих частот разбит на 6 поддиапазонов: 2...3,1 МГц,
3,1..,4,8МГц, 4.8...7,47 МГц, 7,47... 11,6 МГц, 11,6... 18 МГц, 18..,24МГц.
Частотные характеристики 6-ти поддиапазонов формируются соответствую-
щими переключаемыми ФНЧ и ФВЧ. Все коммутации фильтров осуществ-
ляются по командам микропроцессора.
Первый ПрЧ собран по кольцевой схеме на диодах Шотки, что позво-
ляет снизить уровень нелинейных эффектов и шумов. На ПрЧ 1 от гетеродина
поступает напряжение с частотой 45,25...75 МГц с шагом 2 кГц. Первая ПЧ
получается как разность частот гетеродина и сигнала.
Тракт первой ПЧ объединяет в себе два усилителя и полосовой фильтр.
Первый усилитель предназначен для усиления слабого сигнала, прошедшего
до этого момента только через пассивные элементы на входе. Высокодоброт-
ный полосовой кварцевый фильтр обеспечивает полосу пропускания
20 кГц. Второй усилитель предназначен для усиления сигнала первой ПЧ
(45 МГц) до уровня, необходимого для нормальной работы второго ПрЧ.
Схема второго ПрЧ аналогична схеме первого. В результате преобразо-
вания первой ПЧ и частоты гетеродина (43,350...43,352 МГц), поступающей
с шагом 10 Гц, на его выходе образуется сигнал второй ПЧ (1650 кГц). В трак-
те второй ПЧ имеется компенсационная система подавления импульсных по-
мех с частотно-фазовой селективностью, в которой помимо основного канала
создается канал помехи. Канал помехи содержит резонансный усилитель, де-
тектор и ждущий мультивибратор.
Рис. 12.5
72, Оборудование КВ радиосвязи
482
Системы и устройства коротковолновой связи
Резонансный усилитель отфильтровывает внеполосные помехи, предот-
вращающие ложное срабатывание мультивибратора. Прерыватель на выходе
УПЧ2.1 отключает последующие каскады при поступлении на его управляю-
щий вход сигнала от мультивибратора.
Ширина полосы пропускания кварцевого фильтра в тракте второй ПЧ
2,5 кГц. УПЧ2.2 охвачен петлей автоматической регулировки усиления
(АРУ) для поддержания постоянного напряжения на выходе УПЧ. Продетек-
тированное напряжение поступает на цифровой регулятор громкости и уси-
литель звуковой частоты, где он усиливается прежде чем попасть в динамик.
При передаче аудиосигнал усиливается в микрофонном усилителе; в
балансном модуляторе смешивается с частотой 1650 кГц (для режима USB)
или 1647 кГц (для режима LSB). Результирующий сигнал фильтруется квар-
цевым фильтром, выделяющим верхнюю или нижнюю боковую полосу и да-
лее поступает на усилитель промежуточной частоты и второй смеситель. По-
сле полосового фильтра сигнал смешивается с сигналом генератора для по-
лучения необходимой канальной частоты (от 2 до 24 МГц) и через ключ «пе-
редача/прием» идет на усилители и перестраиваемые НЧ фильтры в антенну.
Микропроцессор, осуществляющий управление и контроль за работой
трансивера, выполнен на интегральной микросхеме 80С31 фирмы Intel. Он
имеет 128 байт внутренней оперативной памяти, два счетчика/таймера, два
внешних источника прерывания и внутренний генератор тактовых импульсов
(ГТИ), 8-битную шину данных и 16-битную адресную шину. Для уменьше-
ния количества выводов младшие 8 бит адреса передаются по шине данных.
Для расширения шины адреса до 16 бит используется специальная инте-
гральная микросхема, которая переключает младшие разряды адреса, переда-
ваемые по шине данных на шину адреса.
Через обычные шины к микропроцессору подключены: ППЗУ, в кото-
ром хранится программное обеспечение, необходимое для работы приемника,
а также информация о каналах пользователя; внешняя дополнительная ОЗУ.
Микропроцессор имеет еще специальную шину (12С), состоящую из четырех:
данных, ТИ, прерываний, линии разрешения подключения к линии данных.
Линии данных, ТИ и прерываний соединяют микропроцессор с 8-битными
устройствами ввода/вывода, которые преобразовывают последовательный
код в параллельный. Устройство ввода/вывода собрано на двух микросхемах
и имеют различные адреса. Когда требуется передать данные на внешнее
устройство, микропроцессор сначала передает адрес требуемой микросхемы,
сопровождая его командой на чтение или запись, а затем считывает (или за-
писывает) данные в (из) микросхему.
При поступлении информации с внешних устройств, микросхемы вво-
да/вывода передают на микропроцессор сигнал прерывания. Так как сигналы
прерывания с обеих микросхем поступают на один вывод, микропроцессор
должен опросить каждую микросхему и только после этого считывать пере-
даваемую информацию.
12. Оборудование КВ радиосвязи
483
Микропроцессор с помощью линий данных и ТИ соединяется с микро-
схемой памяти, которая хранит информацию о номере выбранного канала,
точной настройке. При выключении питания приемника данные, хранящиеся
в памяти, поддерживаются с помощью батареи. Ток, потребляемый от бата-
реи, очень мал, поэтому срок эксплуатации батареи зависит, главным обра-
зом, от срока ее годности и составляет около 10 лет.
Через шину 12С к микропроцессору подключены также два электриче-
ски стираемых программируемых ПЗУ (ЭСППЗУ), содержащие данные, вве-
денные с передней панели.
Линия ТИ и линия данных подключены к СЧ. По линии данных пере-
даются значения коэффициентов деления ДПКД.
Через буферную микросхему внутренняя 12С шина соединяется с внеш-
ней. К внешней 12С шине подключается блок дистанционного управления и
передняя панель управления.
Синтез частот осуществляется косвенным методом с использованием
двух однопетлевых синтезаторов: основного, вырабатывающего сигнал час-
тотой 45,25...75 МГц с шагом 2 кГц, и вспомогательного, генерирующего
колебания частотой 43,350...43.352 МГц с шагом 10 Гц. Синтезаторы кон-
тролируются микропроцессором. Система стабилизируется одним эталонным
кварцевым генератором с частотой 6,6 МГц.
Для синтеза каждой сетки частот используются перестраиваемый гене-
ратор (ПГ), делители с переменным (ДПКД) и постоянным коэффициентами
деления, фазовый дискриминатор (ФД) и генератор эталонных частот. Часто-
та эталонного генератора для первой сетки частот равна 6,6 МГц. Для форми-
рования второй сетки частот используется тот же генератор, но его частота
предварительно делится на 4 (1650 кГц).
Эталонный генератор, ДПКД, делитель частоты и ФД собраны в одной
микросхеме. Так как делитель, встроенный в микросхему, не обеспечивает
нужного коэффициента деления, то сигнал с подстраиваемого генератора
пре щарительно делится на 64. Микросхема вырабатывает напряжение,
управляющее ПГ. ПГ собран по схеме Хартли, его перестройка обеспечива-
ется набором варикапов. Сигнал с генератора подается на усилитель на со-
ставном транзисторе, затем на каскодный усилитель и после этого поступает
на преобразователь частоты.
В состав СЧ также входит генератор на 1647 кГц, необходимый для ра-
боты приемника в режиме LSB.
Трансивер Yaesu FT-600 [66, 174] - всеволновый трансивер, разрабо-
танный для тяжелых условий эксплуатации, отвечающий требованиям военно-
го стандарта MIL-STD-810. Отличительными особенностями трансивера явля-
ются большой объем канальной памяти - 100 каналов в 4 группах, каждый из
которых может быть быстро выбран в качестве рабочего; фронтально располо-
женный громкоговоритель с повышенной мощностью; контроль приема по вы-
бранному каналу. Трансивер обеспечивает основные виды работы, обработку
зг
484
Системы и устройства коротковолновой связи
селективных вызовов в режиме SSB, имеет функцию клонирования рабочих
параметров. Приемник построен по схеме с двойным преобразованием часто-
ты, имеет систему подавления шумов и импульных помех, регулируемую рас-
стройку. Основные параметры трансивера FT-600 приведены в табл. 12.13.
Таблица 12.13
Параметр Значение
Диапазон частот, МГц Передача: 1,5... 30
Прием: 0,1...30
Виды модуляции USB, LSB (J3E), CW (AlA), AFSK (J2B), AM (АЗЕ)
Шаг перестройки частоты 10 Гц / 100 Гц (CW, SSB) 100 Гц/1 кГц (AM)
Стабильность частоты +10 ppm при 0.. .+40 °C - стандарт; ±2 ppm при 0.. .+50 °C - с ТСХО-4
Число каналов памяти 100 в группах по 25 каналов
Потребляемый ток Передача: 20 А (при 100 Вт)
Прием: 1,2 А (в режиме покоя)
Диапазон рабочих температур, °C -10... +50
Питание 13,5 В + 10%
Габаритные размеры, мм 244x104x286
Масса, кг 4,5
Передатчик
Выходная мощность, Вт 100
Паразитные излучения, дБ Менее -40
Подавление нежелательной бо- ковой полосы, дБ Не менее 50
Подавление несущей, дБ Не менее 40
Приемник
Тип приемника Супергетеродинный с двойным преобразовани- ем частоты
Промежуточные частоты, МГц ПЧ1: 47,055; ПЧ2: 8,215
Чувствительность при отноше- нии сигнал-шум 10 дБ Диапазон, МГц SSB, CW (в полосе 2,4 кГц) AM (в полосе 6 кГц)
0,5...1,8 2 мкВ 8 мкВ
1,8...30 0,25 мкВ 1 мкВ
11збирательность 2,2кГ ц / -6дБ; 5,0кГ ц / -бОдБ
Подавление ПЧ, дБ 60 (1,8...30 МГц)
Подавление ЗК, дБ 70 (1,8...30МГц)
12. Оборудование КВ радиосвязи
485
Трансивер Yaesu FT-1000MP MARK-V является старшей моделью
семейства трансиверов 1000-й серии [178]. По своему внутреннему устройст-
ву трансивер радикально отличается от младших моделей семейства.
Среди особенностей передающей части трансивера отметим возможность
переключения выходного каскада усилителя мощности в режим класса А. При
этом выходная мощность уменьшается по сравнению с максимальной до 75 Вт;
уровень интермодуляционных продуктов третьего порядка снижается с ти-
пичного -31 дБ до -50 дБ, а пятого и более высоких порядков - до -80 дБ и
менее. Оконечный каскад трансивера выполнен по двухтактной схеме на
транзисторах Philips BLF147 мощностью 150 Вт каждый. Фильтр нижних
частот, взятый из FT-1000D, эффективно подавляет гармонические состав-
ляющие.
В трансивере FT-1000MP MARK-V применен высокоскоростной авто-
матический антенный тюнер, представляющий собой модернизированный
вариант использовавшегося ранее антенного тюнера трансивера FT-1000MP.
Новый тюнер рассчитан на выходную мощность 200 Вт и управляется мик-
ропроцессором, который обеспечивает согласование с антенной.
При использовании различных режимов работы специального блока
EDSP (см. ниже) и функции точной подстройки частоты опорного генератора
формируются различные виды сигналов, а также корректируются их пара-
метры в зависимости от индивидуальных особенностей голоса оператора,
а также обеспечивается низкий уровень собственных шумов передатчика.
Структура приемной части трансивера (рис. 12.6) представляет собой
супергетеродин с четырехкратным преобразованием частоты [178], причем
последнее преобразование используется для блока расширенной цифровой
обработки сигнала (EDSP - Enhanced Digital Signal Processing), основой кото-
рого является 16-разрядный процессор с тактовой частотой 33 МГц.
Преселектор приемника включает четырехуровневый аттенюатор
(0/6/12/18 дБ), систему фильтров и усилитель радиочастоты (УРЧ). Для защи-
ты чувствительных компонентов на входе приемника предназначен специ-
альный перестраиваемый РЧ фильтр (VRF модуль). Этот элемент конструк-
ции ориентирован на использование при работе с несколькими передатчика-
ми, однако эффективен и в повседневной работе, снижая помехи от мощных
местных радиостанций. Если рядом с приемником находится много антенн, в
тракте приема могут возникать интермодуляционные искажения. VRF модуль
обеспечивает узкополосную селективность, предотвращая поступление неже-
лательных сигналов на вход полосовых фильтров, где наиболее часто возника-
ет интермодуляционные искажения второго порядка. Настройка VRF осущест-
вляется с помощью ручки «VRF/МЕМ СН» на передней панели, при этом су-
ществует возможность запоминания до 31 варианта настроек. В схеме VRF мо-
дуля используются большие катушки (10x10 мм), обладающие высокой доб-
ротностью и перестраиваемые конденсаторы с высокой точностью настройки,
что гарантирует эффективную работу в течение длительного времени.
486
Системы и устройства коротковолновой связи
ЦПУ
Сдвиг ПЧ
Ширина ПЧ
Рис. 12.6
Низкий коэффициент шума и высокая чувствительность приемника
достигается за счет использования двух малошумящих предусилителей,
обеспечивающих раздельное усиление для трех полос ДКМ диапазона: ниж-
ней (до 7 МГц), средней (10. ..21 МГц) и верхней (выше 24,89 МГц). Один
усилитель выполнен в резонансной конфигурации с оптимальным усилением
и независимым коэффициентом шума для верхней и нижней полос, другой
72. Оборудование КВ радиосвязи
487
имеет плоскую характеристику. Такая комбинация обеспечивает одинаковое
усиление в широкой полосе частот. При необходимости оба предусилителя
могут быть отключены.
Первый преобразователь частоты (ПрЧ1) построен по двойной баланс-
ной схеме на четырех транзисторах SST-310 с широким динамическим диапа-
зоном. Одиннадцать полосовых фильтров, обеспечивающих защиту пресе-
лектора, работают совместно с VRF модулем для предотвращения интермо-
дуляционных искажений второго порядка.
В трактах второй и третьей ПЧ устанавливается несколько кварцевых
и/или механических фильтров с различными полосами пропускания, обеспе-
чивающими работу в заданных режимах приема. Для борьбы с помехами
в режиме SSB в MARK-V применена система цифровой регулировки полосы
пропускания IDBT (Interlocked Digital Bandwidth Tracking System), которая
автоматически согласует полосы пропускания аналоговых фильтров ПЧ
с полосой пропускания цифрового фильтра блока EDSP. Фильтры второй
и третьей ПЧ имеют две регулировки: ширина ПЧ и сдвиг ПЧ, позволяющие
изменять полосу пропускания ПЧ и центральную частоту настройки. При их
использовании перепрограммируется и цифровой фильтр, так чтобы ширина
его полосы пропускания соответствовала устанавливаемой. За счет этого дос-
тигается резкое увеличение крутизны скатов характеристики и, как следст-
вие, высокая селективность всей системы фильтрации. Кроме того, система
IDBT устраняет возможность «раскачки» системы АРУ, вызванную разли-
чиями в ширине полос пропускания аналоговых и цифрового фильтров, что
позволяет отказаться от отдельных систем АРУ (аналоговой и DSP) и таким
образом исключить возможность возникновения побочных эффектов из-за их
взаимодействия. Отметим, что функция IDBT требует до 60 Кбайт в ПЗУ
главного ЦПУ и 1 Мбайт EEPROM (электрически стираемое программируе-
мое ПЗУ) использует DSP.
Система АРУ может работать как в ручном, так и в автоматическом
режиме. В первом случае скорость АРУ выбирается в зависимости от теку-
щего режима работы трансивера, во втором постоянная времени устанавли-
вается с помощью ручки на передней панели в положение
ЕА5Т(быстрая)/5ЬО\У(медленная) или отключается (OFF).
Для избежания возникновения биений в схеме предусмотрен режектор-
ный фильтр на 455 кГц (на схеме не показан), обеспечивающий подавление
до 50 дБ. Центральная частота фильтра настраивается вручную с передней
панели.
Цифровая обработка сигналов предоставляет широкий набор функций:
• цифровая модуляция/детекз ирование различных видов сигналов;
• система подавления шумов, позволяющая выбрать один из четырех
предустановленных режимов, снижающих определенные виды помех;
• функция авторежекции;
• цифровой микрофонный эквалайзер и др.
488
Системы и устройства коротковолновой связи
Кроме того, DSP реализует узкополосный фильтр APF (Audio Peaking
Filter), необходимый для приема слабых сигналов в режиме CW или приема
цифровых сигналов. Полоса пропускания фильтра может быть выбрана рав-
ной 240, 120 или 60 Гц. Еще одна полезная функция DSP - цифровой магни-
тофон, позволяющий записывать и воспроизводить сообщения общей дли-
тельностью до 16 с.
Трансивер FT-1000MP MARK-V содержит два полностью независимых
приемника для работы в режиме так называемого сдвоенного приема, т.е. одно-
временного приема на двух частотах одной и той же полосы частот (рис. 12.7).
Каждый из приемников имеет собственные фильтры ПЧ и цепи АРУ, за счет
чего обеспечивается развязка между принимаемыми сигналами. Уровни си! на-
лов на выходе усилителя звуковой частоты (УЗЧ) устанавливаются независимо
для каждого приемника, причем имеется возможность как раздельного их про-
слушивания, так и комбинирования (смешивания, микширования).
Рис. 12.7
Основные параметры трансивера FT-1000MP MARK-V приведены в
табл. 12.14 [178] (параметры приемника указаны для обычного режима рабо-
ты или работы в режиме главного приемника).
Таблица 12.14
Параметр Значение
Диапазон частот, МГц Передача: 1,875...30 (160...10 м)
Прием: 0,1... 30
Виды модуляции USB, LSB, CW, FSK, AFSK, AM, FM
Шаг перестройки частоты 0.625/1,25/2,5/5/10 Гц- SSB/CW/RRTY/Packet 100 Гц-AM/FM
Стабильность частоты ±0,5 ppm после 1 мин при 25°C ±0,25 ppm
Габаритные размеры, мм 410x135x347
Масса, кг 14
Т2. Оборудование КВ радиосвязи
489
Окончание табл. 12.14
Параметр Значение
Передатчик
Выходная мощность, Вт Регулируемая до 200 SSB, режим А - 75 (максимальная)
Уровень внеполосных излучений, дБ Не менее 55
Подавление несущей, дБ Не менее 40
IMD 3-го порядка, дБ -31 - при 200 Вт -50 - при 75 Вт (режим А)
Приемник
Чувствительность (с включенным предусилителем и системой IDBT) при отношении сигнал-шум: SSB, CW, AM—10 дБ; FM — 12 дБ Диапазон SSB, CW (в полосе 2 кГц) AM (в полосе 6 кГц) FM
0,5...1,8 МГц 2 мкВ 13 мкВ -
1,8...30 МГц 0,16 мкВ 2 мкВ 0,5 мкВ
Избирательность Полоса 2,4 кГц 2,2 кГц / -6 дБ; 4,2 кГц/-60 дБ
Полоса 2,0 кГц 1,8 кГц/-6 дБ; 3,6 кГц/-60 дБ
CW/RTTY/Packet (полоса 500 Г ц) 500 Гц/-6 дБ; 1,8 кГц/-60 дБ
CW/RTTY/Packet (полоса 250 Гц) 250 Гц /-6 дБ, 700 Гц / -60 дБ
AM (широкополосная) 4 кГц / -6 дБ; 14 кГц/-60 дБ
FM 8 кГц/-6 дБ; 19 кГц /-60 дБ
Подавление ПЧ и ЗК Не менее 80 дБ (1,8... 30 МГц)
Мобильный/базовый КВ трансивер Barrett 950 фирмы Barrett Com-
munications Pty, Ltd [192] может использоваться в различных системах КВ
радиосвязи: коммерческих, подразделений гражданской обороны, полицей-
ских и военных подразделений, береговой охраны и т.п. Трансивер разрабо-
тан в соответствии с жесткими требованиям военного стандарта и допускает
эксплуатацию в экстремальных условиях. Обеспечивает 100%-й цикл работы
на передачу во всех режимах (при передаче речи и данных). В трансивере
реализованы все стандартные функции, характерные для профессиональных
КВ радиостанций, в дополнение к ним Barrett 950 имеет функции селективно-
го вызова, входа в телефонные сети общего пользования. Поддерживается
режим передачи пейджинговых вызовов на основе стандарта CCIR 493, при
490
Системы и устройства коротковолновой связи
этом сообщения выводятся на дисплей радиостанции. Встроенный механизм
адаптивной связи (автоматический поиск канала связи) FED STD 1045<MIL-
STD-188-141A упрощает настройку радиостанции на оптимальную частоту.
При использовании в системах передачи данных к трансиверу подклю-
чается высокоскоростной модем со скоростью передачи данных до 2400
бит/с. Оснащение трансивера GPS-приемником и соответствующим интер-
фейсом, поддерживающим выполнение GPS-функций, позволяет с помощью
Barrett 950 реализовать систему транспортной навигации, отслеживая мар-
шруты подвижных объектов.
Встроенный механизм самотестирования внутренних компонент упро-
щает обслуживание и ремонт. При возникновении неполадок на дисплей вы-
водится информация о неисправном блоке. Имеется также система дистанци-
онной диагностики по радиоканалу, позволяющая проверять основные пара-
метры удаленного трансивера, такие, как напряжение питания, КСВ антенны.
Органы управления и индикации включают 20 подсвечиваемых кнопок
и ЖК-дисплей, на который могут быть выведены 2 строки по 16 символов.
В модификации Barrett 950R панель управления и блок приемопередат-
чика могут быть разнесены на расстояние до 6 м, за счет чего облегчается
установка станции в транспортное средство. При использовании в качестве
базового трансивер оснащается кронштейном крепления в стойку и блоком
питания с кабелем подключения резервного питания на аккумуляторе. Для
подключения нескольких антенн имеется возможность установки дополни-
тельного разъема. Коммутация внешнего периферийного оборудования осу-
ществляется через разъем RS-232. В качестве дополнительных аксессуаров
вместе с трансивером поставляются антенный переключатель, автоматиче-
ский антенный тюнер, антенны.
Основные параметры трансивера Barrett 950
Диапазон частот. МГц:
передача ................
прием ................
Тип модуляции............
Число каналов ...........
Шаг перестройки частоты, Гц
Температурный диапазон, °C
Влажность ...............
........................ 1.6...30
........................0,5...30
............ USB, LSB, AM, CW
450 (симплекс или полудуплекс)
............. 10
......................-30...+60
............. 95% без конденсата
Время переключения прием/передача, мс....................... 10
Импеданс антенны, Ом .......................................50
Напряжение питания, В.................................. 12... 15
Потребляемый ток............................. 820 мА (ожидание)
15 А(передача)
Габаритные размеры.............................. 245x300x75 мм
Масса.................................................. 3,9 кг
72. Оборудование КВ радиосвязи
491
Передатчик
Выходная мощность, Вт....................................До 125
Цикл работы на передачу, % ............................. 100
Подавление, дБ, не хуже:
гармоник ............................................. —40
несущей................................................-50
Уровень внеполосных излучений, дБ, не хуже................-50
Диапазон модулирующих частот, Гц..................... 350...2800
Приемник
Чувствительность ...........................-115 дБм (10 дБ с/ш)
Селективность..................... 245 кГц / -6 дБ, 4,2 кГп / -60 дБ
Внеполосные излучения, дБ, не хуже........................-60
Интермодуляция, дБ, не хуже...............................-70
Селективность по зеркальному каналу, дБ...................-65
Выходная мощность аудио, Вт...............................0,5
Коротковолновая радиостанция MICOM-2 (модель M70AMKOKV5_N)
фирмы Motorola [76] обеспечивает практически все современные режимы
работы: SSB, R3E, НЗЕ, АМЕ, J2A CW, J2B RTTY и др. При передаче данных
используются различные алгоритмы коррекции ошибок (FEC, ARQ). Конст-
рукция трансивера рассчитана как на мобильный, так и на стационарный ва-
риант установки, а соответствие военным и промышленным стандартам
США гарантирует надежное функционирование станции.
MICOM-2 оборудована встроенной системой самотестирования, кото-
рая запускается при включении и позволяет обнаружить и быстро устранить
неисправность, а также системой автоматического выбора оптимальной час-
тоты ALE. Действие помех от электрических импульсов снижается системой
подавления шумов.
Радиостанция работает в режиме пониженной мощности, уровни кото-
рой программируются равными 25, 62, 100 Вт. Станция имеет функцию ска-
нирования каналов, при этом каналы разбиваются на 5 групп, в каждой из
которых может быть до 100 каналов, включая один защитный. Скорость оп-
роса может устанавливаться в пределах от 1 до 5 с на канал (программирует-
ся) с шагом 1 с. За счет использования цифровой схемотехники достигается
бесшумная настройка приемника. Автоматическая регулировка усиления
обеспечивает изменение уровня выходного сигнала на 2 дБ при изменении
входного в диапазоне 5 мкВ - 1 В. По желанию заказчика радиостанция ос-
нащается интерфейсом дистанционного управления RS-232.
Основные параметры трансивера MICOM-2
Диапазон частот, МГц:
прием ..............................................0,1...30
передача ........................................ 1,6...30
492
Системы и устройства коротковолновой связи
Режимы работы и виды коррекции....... J3E SSB, R3E PILOT, НЗЕ,
АМЕ, J2A CW, J2B RTTY, ARQ, FEC,
PACKET, MCW, В8С FAX, DATA, FSK
Число каналов памяти ...... 100 симплексных или полудуплексных
Время переключения прием/передача, мс....................... 10
Шаг перестройки частоты, Гц ................................ 10
Стабильность частоты...................................... 10"6
Дрейф частоты (старение)............................... КГ6 за год
Время переключения синтезатора, мс ......................... 10
Напряжение питания ................................. 13,8 В ± 20%
Диапазон рабочих температур, °C ........................-30...+60
Габаритные размеры; масса................... 93x302x288 мм, 5,8 кг
Передатчик
Выходная мощность............................. 125 Вт - пиковая
(25/62/100 Вт - пониженная)
Подавление, дБ:
несущей..................................................50
нежелательной боковой полосы ............................55
Уровень гармоник, дБ ......................................-64
Неравномерность в звуковом диапазоне, дБ.....................3
Нелинейные искажения по звуковому тракту, % ...............2,5
Приемник
Чувствительность в режиме SSB
при отношении сигнал/шум 10 дБ , мкВ, не хуже..............0,5
Селективность.............................-6 дБ при 350 - 2700 Гц
-60 цБ при -1 кГц; +4 кГц
Подавление зеркального канала, дБ...........................80
Профессиональный трансивер VX-1210 фирмы Vertex Standard Со.,
Ltd [135, 189] относится к классу носимых. Трансивер отличают малые габа-
ритные размеры и масса и, несмотря на это, реализация множества современ-
ных функций: различные режимы работы, 500 каналов памяти, обработка се-
лективных вызовов, система подавления импульсных помех, 8-символьный
дисплей с подсветкой, возможность программирования с персонального ком-
пьютера. Трансивер имеет плавную настройку частоты, поставляется вместе с
гибкой штыревой антенной YHA-61, складывающейся штыревой антенной
FHA-27 и при необходимости с антенным тюнером. Для носимых радиостан-
ций важное значение приобретают функции энергосбережения. С этой целью
трансивер оборудован системой, продлевающей ресурс работы батарей, при-
чем на индикатор выводится информация о степени их разряда. Трансивер
устойчив к климатическим воздействиям, его конструкция отвечает требова-
ниям стандарта MIL-STD 810/Е.
72. Оборудование КВ радиосвязи
493
Основные параметры трансивера VX-1210
Диапазон частот, МГц:
передача .............................................1,6...30
прием..............................................0,5... 30
Виды модуляции .... J3E (USB. I SB), Al A (CW), НЗЕ (AM), FIB (AFSK)
Шаг перестройки частоты, Гц ............................... 10
Стабильность частоты....................................±1,0 ppm
Число каналов памяти ......................................500
Потребляемая мощность:
передача:
при 20 Вт............................................5 А
при 5 Вт.............................................3 А
прием:
в обычном режиме.................................. 500 мА
в режиме энергосбережения......................... 100 мА
Питание..........................................Батареи 14,4 В
Диапазон рабочих температур, °C ......................-30.. .+60
Габаритные размеры............................... 193x74x274 мм
Масса.............................. 3,2 кг (с комплектом батарей)
Передатчик
Выходная мощность:
J3E.A1A, F1B ....................................... 20 Вт/5 Вт
НЗЕ............................................ 10 Вт / 2,5 Вт
Паразитные излучения, дБ, не менее......................... -56
Подавление, дБ:
нежелательной боковой полосы ...........................55
несущей...................................................55
IMD 3-го порядка, дБ ......................................-31
Приемник
Тип приемника................................ супергетеродинный
с двойным преобразованием частоты
Промежуточные частоты, МГц:
ПЧ1 ................................................ 47,055 МГц
ПЧ2.............................................. 10.7 МГц
Чувствительность при отношении
сигнал-шум 10 дБ............................ 0,25 мкВ (J3E, А1А)
Избирательность.................................. 2,4 кГц/-6 дБ
5,0 кГц/-60 дБ
Подавление ПЧ и ЗК........................................... 80 дБ
Диапазон подстройки частоты:
J3E, А1А, F1B ......................................... ±200 Гц
НЗЕ.....................................................±400 Гц
494
Системы и устройства коротковолновой связи
12.4. Аппаратура автоматизации радиосвязи
Процессор ALIS GP853 для автоматизированной адаптивной КВ
радиосвязи [183, 185] позволяет автоматизировать и оптимизировать про-
цесс установления и поддержания радиосвязи. Прогресс в области микропро-
цессорной технологии позволил не только реализовать функции автоматиче-
ского установления соединения и адаптивной реакции аппаратуры на изме-
нение качества радиоканалов, но также интегрировать в КВ радиостанции
уже известные широко применявшиеся приборы (модемы, устройства защи-
ты достоверности при передаче данных и др.).
Концепция автоматизации связи, предложенная фирмой Rohde&-
Schwarz, реализуется с помощью процессора связи ALIS, основой которого
является 16-разрядный процессор, содержащий операционную систему и
обеспечивающий посредством нескольких подпроцессоров совместную рабо-
ту, например, с интерфейсом шины передачи данных, блоком FEC (Forward
Error Correction) или с модемом передачи данных. Питание прибора осущест-
вляется от источника 24 В. Требуемые для работы прибора различные рабо-
чие напряжения создаются регулировочными блоками в основной модели
процессора ALIS
Процессор ALIS типа GP 853 состоит из базисной модели, предусмат-
ривающей целый ряд модификаций, а также различных дополнительных уст-
ройств, которые в качестве модулей или пакетов программного обеспечения
могут быть интегрированы в приборе. Принцип действия прибора заключает-
ся в следующем.
Базисная модель выполняет следующие операции: пассивный анализ
каналов; расчет оптимальных рабочих частот; автоматический выбор кана-
лов; автоматическое установление связи; активный анализ каналов; защита
данных (повышение достоверности передаваемых данных с использованием
системы Simplex-ARQ); адаптивная реакция при возникновении помех. В до-
полнение к указанным в ALIS могут быть реализованы функции: оценка за-
писанных в ЗУ эмпирических значений; интерфейс EIA RS-485 (с шиной по-
следовательной передачи данных); интеграция систем управления частотами.
В качестве дополнительных устройств к процессору ALIS могут подключать-
ся системы защиты данных FEC (в режиме FSK или AFSK), устройство пере-
дачи данных со скоростью 720 бит/с (в виде пакета уплотненных данных или
непрерывно), а также высокочастотный модуль для передачи со скоростью
2,4 Кбит/с.
Процесс автоматизированной радиосвязи с использованием ALIS про-
исходит в следующей последовательности.
1. Выбор канала производится с учетом целого ряда факторов, таких,
как сезон, время суток, расстояние, помеховая обстановка. По встроенным
часам процессор определяет время суток и года, считывает записанное в па-
мяти расстояние до корреспондента, производит расчет максимально приме-
72. Оборудование КВ радиосвязи
495
нимой частоты (МПЧ). Эти данные дополняются результатами проводимого
в масштабе реального времени (в сканирующем режиме) анализа радиокана-
лов, причем основные параметры связи могут быть сохранены в матрице
«частота - время - качество канала». После расчета процессор автоматически
настраивает радиостанцию на оптимальную рабочую частоту.
2. Автоматическое установление связи осуществляется по принципу
адресации с использованием надежного, резервированного кодирования.
В радиосетях с разрешенным ответом корреспондента связь осуществляется
по технологии Handshake, в соответствии с которой инициатору связи пере-
дается подтверждение приема. Уже на этом этапе на приемной стороне про-
изводится оценка качества канала связи и адаптивная реакция радиостанции,
например, выбор другой рабочей частоты. В дополнение к этой информации
приемной станции сообщается также вид работы (режима передачи данных,
например, речевое сообщение, телетайпное сообщение с ARQ или FEC).
В концепции процессора ALIS учитывается не только взаимодействие с
приемопередатчиком, но и устройство согласования с антенной и сама антен-
на. Так, при использовании некоторых видов антенн возможен автоматиче-
ский выбор различных составляющих сигнала (вертикальной, горизонталь-
ной) в зависимости от рабочей частоты.
3. Передача информации после сообщения процессора ALIS о готовно-
сти канала связи чаще всего осуществляется по телетайпу, хотя исследования
показывают, что по каналу связи, пригодному для передачи телетайпной ин-
формации, можно передавать также данные и речевые сообщения. Для по-
вышения достоверности передачи данных используется система Simplex-
ARQ (Automatic Reset Request), которая получает синхронизирующий сигнал
одновременно с процессом установления связи. При ухудшении канала связи
возрастает количество запросов на повторную передачу данных, это означа-
ет, что коэффициент полезного действия радиоканала снижается. При сниже-
нии контролируемых параметров ниже запрограммированного уровня в тече-
ние нескольких секунд ALIS реагирует автоматической сменой антенны или
переходом на другую частоту, которая во время пассивного анализа каналов
определена как резервная.
Для радиосетей, в которых желательна только односторонняя передача,
также очевидны преимущества автоматической смены каналов; для повыше-
ния надежности передачи данных в этих сетях применяется блок коррекции
искажений GC 005, работающий по методу предварительной коррекции оши-
бок (FEC) с расширенным кодированием. В зависимости от вида помех в ра-
диоканале (что определяется путем анализа данных радиоканала) здесь мож-
но работать в режиме одноканальной передачи (FSK - Frequency Shift Keying)
или в режиме трехканальной передачи с разносом частот и времени передачи
(AFSK - Audio Frequency Shift Keying).
Для передачи большого количества данных при хорошем качестве ка-
налов используется модем типа GM 856 со скоростью 720 бит/с или более
496
Системы и устройства коротковолновой связи
современный GM 857С4. (Отметим, что концепция автоматизированной свя-
зи на базе процессора ALIS поддерживается и в более поздних разработках
фирмы Rohde&Schwarz, в связи с чем многие виды оборудования оснащают-
ся встроенными модемами и другими внутренними и внешними устройства-
ми, совместимыми с системой ALIS.)
Управление процессором ALIS GP 853 осуществляется в диалоговом
режиме, причем в качестве устройства управления могут использоваться те-
летайп, терминал или персональный компьютер.
При использовании в качестве устройства ввода-вывода телетайпа
функции управления берет на себя сам телетайп. Переключение между ре-
жимами ввица-вывода информации и управления осуществляется путем вво-
да соответствующей запрограммированной последовательности знаков, кото-
рая может быть составлена или изменена самим пользователем, причем сна-
чала оператор должен ввести в запоминающее устройство данные адресных
таблиц (расстояния и местоположение абонентов) и частот. Для осуществле-
ния связи после этого достаточно ввести адресные данные корреспондента и
дать команду на установление связи. Процессор ALIS устанавливает соеди-
нение, после чего сообщает оператору о готовности канала; оператор переда-
ет информацию, окончание которой сопровождается посылкой специального
кода; затем система ALIS вновь переходит в режим готовности.
Раздельное использование устройств ввода и вывода информации же-
лательно в тех случаях, когда к системе подключены внешние шифровальные
устройства. В этих случаях, а также если телетайп вообще не нужен, управ-
ляющим терминалом служит обычный, не оснащенный искусственным ин-
теллектом, терминал или персональный компьютер. Центральный пульт
управления с оснащенным искусственным интеллектом терминалом дает
преимущества в больших системах связи с несколькими приемопередатчика-
ми или трансиверами. Управление может осуществляться также прибором
GB 854 С1 (в диалоговом режиме) через интерфейс шины V.24 (RS-486) бла-
годаря унификации блоков передачи данных оборудования ДКМ диапазона
(в том числе процессора ALIS GP 853), выпускаемого фирмой
Rohde&Schwarz.
Вышеописанные концепции управления входят в комплект процессора
ALIS GP 853 в виде модуля программного обеспечения, которое может быть
изменено в соответствии с задачами пользователя.
Системный процессор MERLIN [185] является компьютером про-
мышленного стандарта, предназначенным для решения задач управления ра-
диоаппаратурой, обработки информации, а также выполнения стандартных
программ и различного рода специальных задач.
Концепция построения системы принимает во внимание возможность
ее наращивания и расширения конфигурации, а также подключения перифе-
рийных устройств и блоков [182] (рис. 12.8).
12. Оборудование КВ радиосвязи
497
Рис. 12.8
Первоначально она создавалась на базе процессора IBM АТ 386, произ-
водительность которого была достаточна для решения поставленных задач;
впоследствии был разработан системный процессор MERLIN на базе INTEL
80486 и соответствующих периферийных модулей. Аппаратные средства
ранней модели процессора MERLIN GR 856 включают в себя также 1-4 бло-
ка интерфейса ICOM8 с искусственным интеллектом, каждый из которых
укомплектован 8 интерфейсами типа V.24/RS-485 с собственным процессо-
ром, предназначенным для повышения пропускной способности; 1-2 стан-
дартных интерфейса с последовательной/параллельной передачей; 1 карту
типа ARCNET LAN для связи между собой нескольких процессоров
MERLIN; 1 контроллер флоппи-диска/дисковода жесткого диска; 1-4 карты
с запоминающими устройствами в виде жесткого диска (макс, емкость до
12 Мбайт), рассчитанные на полевые условия работы; 1 карту факсимильной
связи с собственным процессором для подключения обычных телефаксов 3-й
группы; 1 карту для связи по системе ISDN для подключения к сетям WAN
(Wide Area Network); 1 карту типа Х.25 для подключения к сетям с пакетной
передачей информации; специализированные карты заказчиков.
Устройства ввода-вывода информации оператора MERLIN GR 856 вклю-
чают несколько типов клавиатур (в настольном исполнении, консольном испол-
нении для стойки шириной 19", с подавлением излучаемых помех), различные
виды мониторов (монохромные, цветные, электролюминесцентные), принтер.
Специально разработанные фирмой Rohde&Schwarz карты интерфейса
ICOM8 с искусственным интеллектом делают систему MERLIN многопро-
цессорной, значительно повышая ее производительность. Каждая из карт ос-
нащена собственным процессором, операционной системой многозадачного
режима, имеет 8 последовательных каналов передачи и поддерживает пяти-
значный телетайпный режим работы. Наличие таких карт позволяет также
32 - 5869
498
Системы и устройства коротковолновой связи
избежать замедления работы главного процессора из-за прерываний, вызван-
ных наличием портов с последовательной передачей.
В процессоре MERLIN GR 856 использовалась собственная многоза-
дачная операционная система Concurrent DOS 386 фирмы Digital Research,
обеспечивающая одновременную обработку до 255 задач.
Конфигурация более поздних моделей MERLIN GR 2000 и GR 2000Х
[190] построена на базе процессора Intel Pentium с встроенным сопроцессо-
ром, имеет 128 Мбайт ОЗУ, включает высокоскоростную графическую карту
PCI VGA с 8 Мбайт ОЗУ, приводы флоппи-диска и дисков CD-ROM, смен-
ный жесткий диск объемом не менее 4 Гбайт, 2 последовательных (RS-232)
и 1 параллельный (Centronics) интерфейсы, сетевую карту PCI Ethernet
10 Мбит/с, карту PCMCIA, стандартные клавиатуру, мышь. От прежней мо-
дели были сохранены карты интерфейса ICOM8 с искусственным интеллек-
том. Свободные слоты PCI и ISA обеспечивают возможность дальнейшего
наращивания конфигурации в соответствии с нуждами конкретных пользова-
телей. В качестве устройства отображения информации может использовать-
ся любой стандартный монитор с электронно-лучевой трубкой и диагональю
17", 19", 21" или монитор типа TFT с диагональю 15".
Конструкция MERLIN GR 2000 и GR 2000Х разработана с учетом стро-
гих требований к электромагнитной совместимости и включает специальные
фильтры, подавляющие паразитные излучения, так что прибор может уста-
навливаться в непосредственной близости от чувствительной аппаратуры;
сам прибор нормально работает в условиях сильных электромагнитных по-
лей. Ударо- и вибростойкий корпус, использование комплектующих, устой-
чивых к механическим воздействиям, делают процессоры MERLIN GR 2000
и GR 2000Х пригодными для работы в полевых условиях.
Интерфейс управляющих программ разработан с учетом строгих тре-
бований, предъявляемых к современному программному обеспечению; они
включают системы меню, программы подсказки, контроль ввода данных, со-
держат списки установленных ранее параметров, поддерживают различные
устройства ввода-вывода, работают под управлением различных операцион-
ных систем (Windows 95/98/NT) и пр.
При настройке обору ювания с помощью специальных средств опера-
тору выдается информация о том, установка каких параметров еще не свер-
шена. Система постоянного «фонового» контроля обеспечивает «обратную
связь», подтверждающую выполнение радиостанцией введенных значений.
Оператор получает также информацию о рабочем состоянии подключенных к
системе управления радиостанций. При возникновении в них неисправностей
с помощью внутренней программы автодиагностики имеется возможность
поиска и выявления дефекта.
В управляющих программах учтены особенности как радиоаппаратуры
фирмы Rohde&Schwarz, так и оборудования других изготовителей. Необхо-
димым условием является только наличие в них блоков дистанционного
72 Оборудование КВ радиосвязи
499
управления. Если имеется возможность адресации приборов, то они могут
быть также подключены к шине системы управления, и с помощью таблицы
конфигурации из подготовленных масок управления можно легко убрать лю-
бое устройство или, наоборот, добавить требуемую группу аппаратуры.
Специально для систем судовой связи, отличительной особенностью
которых является концентрация на малой площади большого количества пе-
редатчиков, антенн и приемников, была разработана программа управления
частотами и антенными устройствами (FAM). С помощью программы FAM
решаются такие вопросы, как выбор оптимальных частоты, мощности пере-
датчика и антенны. Последняя задача является весьма сложной, поскольку
передающие антенны создают как взаимные помехи, так и помехи для раз-
мешенных на судне КВ приемников, кроме того необходимо учитывать на-
правление корпуса судна в связи с требуемым направлением передачи. Про-
грамма обеспечивает ручной или автоматический (с навигационного обору-
дования) ввод координат позиции судна. Кроме того, с помощью программы
FAM оператор получает информацию о степени взаимных помех передатчи-
ков и приемников в процессе связи.
Важным аспектом является учет возможности подключения процессора
связи ALIS к системе управления. Процессор MERLIN может быть соединен
с несколькими процессорами ALIS, работающими параллельно и независимо
друг от друга. Подключение осуществляется посредством двух интерфейсов
типа V.24, причем один из них предназначен для передачи команд управле-
ния, а друюй - данных. Если в какой-то момент процессор ALIS не занят
контролем передачи, то процессор MERLIN переключает его в режим скани-
рования хранящихся в его памяти частот и поиска требуемых вариантов ус-
тановления связи. Одновременно производится пассивный анализ каналов с
целью выбора оптимальных условий для последующих сеансов передачи.
При поступлении от процессора MFRLIN команды на передачу прежде всего
сообщаются требования к виду защиты данных (режимы FEC, ARQ), способ
поддержания связи (например, адаптивная реакция), а также требуемая мощ-
ность передачи и список рабочих частот, после чего контролируется буфер-
ная память процессора ALIS до тех пор, пока полностью не закончится пере-
дача информации. После этого процессор MERLIN стирает переданную ин-
формацию из хранящегося в его памяти списка очередности.
Система обработки информации (MHS) на базе процессора MER-
LIN GR 856 была разработана с учетом целого ряда требований. Система
должна автоматически передавать информацию адресату с учетом ее срочно-
сти и важности, управлять передачей информации и контролировать этот
процесс. Каждый прием и передача информации должны отражаться прото-
колом с возможностью целенаправленного поиска информации; кроме того,
должны использоваться простые методы архивирования информации. Все
операции: ввод информации, прием, автоматическая передача и т.п. - должны
осуществляться параллельно; при этом во избежание потерь данных принятая
32*
500
Системы и устройства коротковолновой связи
информация должна записываться на жесткий носитель. Система должна
предусматривал ь надежное и наглядное управление имеющимися радиокана-
лами, а их контроль осуществляться по возможности автоматически. Система
должна обладать устройствами автодиагностики и быть надежной, гибкой
в отношении обрабатываемых форматов информации, топологии радиосетей,
а также характеристик подключенного перифепийного оборудования.
В систему MHS входят следующие функциональные блоки.
1. Блок ввода-вывода данных обеспечивает каждый подключенный
к процессору MERLIN аппарат (местный или со стороны радиоканала) дан-
ными в соответствии с его характеристиками. При поступлении информации
необходима автоматическая подача сообщения на функциональный блок
«журнала-архива», управляющего процессом протоколирования и записи по-
лученной информации на жесткий диск.
2. Блок «журнал-архив» обеспечивает протоколирование входящей или
исходящей информации с указанием времени, числа, направления передачи,
адресата, порядкового номера и т п. Имеются программы поддержки функ-
ций поиска и архивирования информации. Все важные события (действия
оператора, изменения конфигурации, неисправности и т.п.) записываются
в соответствующих массивах данных.
3. Блок выбора направлений связи и контроля обеспечивает граммати-
ческую проверку всех входящих и исходящих сообщений и их распределение
в соответствии с адресацией. Модуль выбора направлений связи осуществля-
ет адресацию и выбор направлений по имеющимся в адресном блоке сведе-
ниям. Подлежащие передаче сообщения распределяются в соответствии с
данными приоритетности. Система очередности передачи обеспечивает
управление потоком информации. Каждый входящий и исходящий канал
имеет свой блок очередности, который может быть открыт или закрыт. В за-
крытом состоянии сообщения могут поступать в этот блок, но не могут выхо-
дить из него. При открывании бывшего прежде закрытым модуля очередно-
сти в первую очередь из него поступают сообщения, имеющие более высо-
кую степень приоритета.
4. Адресный блок осуществляет управление адресацией сообщений
и направлений их передачи. В банке данных этого модуля имеется информа-
ция о том, через какой блок очередности и с какими параметрами связи со-
общение должно быть передано соответствующему адресату. Имеется воз-
можность создания различных топологий радиосетей.
5. Блок редактирования и вспомогательных программ форматирова-
ния дает возможность оператору быстрого и простого составления текстов и
форматированных сообщений. При этом могут быть использованы варианты
имеющихся наборов знаков, в том числе и специальных знаков телетайпов (с
возможностью их ввода, отображения и редактирования). Ввод основных па-
раметров сообщения (адрес получателя, приоритет и т.п.) осуществляется
путем выбора из соответствующих меню, имеющихся в виде массивов дан-
12. Оборудование КВ радиосвязи
50I
них в процессоре MERLIN: это означает, что системные банки данных могут
быть легко интегрированы в тексты сообщений.
6. Блок системной диагностики и конфигурации предназначен, в пер-
вую очередь, для постоянного контроля работы всей системы обработки дан-
ных. По команде оператора может быть проведено тестирование аппаратуры
и программного обеспечения процессора MERLIN. Еще одна функция блока -
обеспечение гибкости конфигурации системных параметров. К числу таких
параметров относятся, с одной стороны, характеристики аппаратуры - ско-
рость передачи, длина слов, протокол и т.п., а также портов процессора
MERLIN, а с другой - характеристики средств программного обеспечения,
такие как, например, набор знаков программы редактирования, параметры
форматирования сообщении и, наконец, язык команд управления и систем-
ных сообщений. В зависимости от условий использования система обработки
информации может быть дополнительно оснащена блоком управления аппа-
ратурой. В этом случае блок управления аппаратурой является интегриро-
ванной составной частью системы обработки, т.е. управляемые ею приборы
подлежат непрерывному контролю, а в автоматическом режиме работы про-
цессора ALIS - учитываются адресным блоком.
7. Блок отображения системной информации создает изображение на
экране монитора и выдает команды для каждого входящего в систему блока
с целью индикации параметров их работы и внесения изменений. На экране
монитора постоянно отображается поток информации, а также содержание
отдельных блоков очередности. Для используемых команд управления име-
ется вспомогательный список, с помощью которого оператор получает ин-
формацию о разрешенных командах и параметрах.
Все функциональные блоки образуют элементы модульной системы,
которая может быть неограниченно расширена и скомбинирована. Таким об-
разом, в любое время имеется возможность создания программных модулей
в соответствии с конкретными условиями использования системы обработки
информации. Такая необходимость может возникнуть, например, в том слу-
чае, когда требуется создать переходные устройства для вновь установлен-
ных в систему MERLIN карт и для согласования их с имеющимся программ-
ным обеспечением или при изменении требований потребителей.
Концепция, положенная в основу системы обработки информации
MHS, была учтена и в более поздних разработках фирмы. Современное про-
граммное обеспечение процессоров MERLIN GR2000 и GR2000X включает
в себя целые программные комплексы, предназначенные для решения таких
задач, как [190]:
• адаптация систем ВЧ/ОВЧ/УВЧ радиосвязи для передачи данных по
протоколу TCP/IP (электронная почта) (PostMan);
• управление комбинированной KB/спутниковой системой (SpaceMan),
обеспечивающей пользователям из удаленных регионов со слабо развитой
инфраструктурой и отсутствием проводных систем связи доступ ко всем ус-
502
Системы и устройства коротковолновой связи
лугам, предоставляемым современными системами связи, в частное ги, доступ
в Интернет;
• дистанционное управление и контроль радиооборудования по сети
Intranet с широким набором инструментов, поддержкой баз данных и архи-
тектуры клиент/сервер, осуществляемое через последовательный интерфейс
RS-232 или RS-485 (Radio Remote Control);
• конфигурирование процессора связи ALIS с помощью баз данных,
управление автоматизированным обменом информацией путем настройки
процедур автоматического установления соединения (ALE) (СОМ 2000):
• предсказание качества КВ радиолинии (PropWiz - Propagation Wizard)
на основе расчета таких параметров, как МПЧ, напряженность поля в точке
приема, уровень помех (атмосферных и станционных), отношение сигнал-
помеха, оптимальный диапазон рабочих частот; при этом учитываются все
основные факторы, определяющие качество КВ радиосвязи (тип используе-
мых антенн, мощность передатчиков, вид модуляции, скорость передачи, се-
зон, время суток и др.) и выдаются рекомендации по установке оптимальных
параметров аппаратуры.
Диапазон применения систем обработки информации и управления ра-
диоаппаратурой на базе процессора MERLIN весьма широк: он используется
в настоящее время самыми различными пользователями как в стационарных,
так и в полевых условиях. Подобные системы установлены на морских судах
ФРГ и других государств и выполняют задачи управления несколькими ра-
диостанциями с одного или нескольких рабочих мест, включая возможность
одновременного управления комплексом судового радиооборудования. Сис-
темы обработки информации используются ведомственными службами связи
(посольств, полиции и т.п.), в которых передается и обрабатывается инфор-
мация самого разного формата. Специальной областью применения является
использование системы в сложных окружающих условиях, характеризуемых
жесткими требованиями к электромагнитной совместимости, вибрационно-
ударными нагрузками, неблагоприятными температурными режимами и т.д.:
в таких условиях высокопроизводительный компьютер может выполнять са-
мые разнообразные пользовательские программы.
12.5. Модемы
Общие сведения. Модемы представляют собой устройства преобразо-
вания сигналов, которые служат для передачи цифровой информации по те-
лефонным или другим аналоговым каналам. Два модема, включенных на
обоих концах аналогового канала, делают этот канал как бы цифровым, при-
годным для использования цифровыми устройствами. Современные модемы
часто используются для передачи информации между персональными ком-
пьютерами; новыми областями их применения стали доступные широким
слоям населения ряд телематических служб, таких как телекс, электронная
12. Оборудование КВ радиосвязи 503
почта, телефакс, видеотекс и др. Широкое использование модемов стало воз-
можно благодаря тому, что в последние десятилетия были разработаны новые
виды модуляции и обработки сигналов (сверт очное кодирование и декодиро-
вание, адаптивная коррекция, эхо-компенсация), а в сами модемы введены
меры защиты от ошибок и сжатия данных, широко использована новая эле-
ментная база и методы цифровой обработки сигналов.
Таким образом, модем - это сложное аналого-цифровое устройство,
обеспечивающее передачу цифровой информации в аналоговой форме по
обычным телефонным линиям. В модемах поступающие цифровые сообще-
ния путем модуляции превращаются в аналоговые, пригодные для передачи
по телефонным каналам в полосе 300...3400 Гц. Принятые же сигналы демо-
дулируются и превращаются в цифровые сообщения.
Современные модемы строятся как для дуплексной, так и для полудуп-
лексной работы. В последнем случае один и тот же канал используется попе-
ременно для передачи сигналов то в одну, то в другую сторону. Характерны-
ми признаками современных модемов является наличие местного и дистан-
ционного управления, использование цифровых сигнальных процессоров
(ЦСП), сжатие данных [125].
В действующих ныне системах КВ радиосвязи добавление модемов не-
обходимо еще и потому, что эксплуатируемые в настоящее время в России
передатчики КВ радиоцентров («Снежинка», «Циклон», «Молния-3», «Пур-
га» и др.) разрабатывались преимущественно в 1960-х гг., когда совершался
переход от AM к ОМ и предполагалось широкое использование многока-
нальных радиосистем для передачи аналоговых сообщений (речь, фототеле-
граф, вторичное уплотнение ТЧ каналов телеграфными каналами). I [оэтому
в передатчиках с ОМ была предусмотрена только одноканальная передача
цифровых сообщений (ЧТ, ДЧТ, ОФТ) несмотря на то, что мощность многих
передатчиков (например, «Молния-3» и особенно «Пурга») чрезмерно велика
для одноканальной телеграфной работы.
Модемы, с помощью которых можно значительно расширить возмож-
ности систем, использующих такую аппаратуру, должны быть однотипными
и обеспечивать передачу в каждом ТЧ канале цифровых сообщений со ско-
ростью 50, 100, 200 и 400 Бод (методом ЧТ и ДЧТ) и 1200, 2400 бит/с (мето-
дами ОФТ, ДОФТ и ТОФТ). Передающая часть модема ЧТ, ДЧТ состоит из
формирователя двухуровневых (для ЧТ) и четырехуровневых (для ДЧТ) по-
сылок. двухтактного частотного модулятора (ДТЧМ) на варикапах, смесите-
ля, фильтра нижних частот и выходного усилителя. Средние рабочие частоты
ДТЧМ - 8,5 и 10 кГц, относительная нестабильность частоты Г10"4, выходная
средняя частота 1500 Гц, абсолютная нестабильность выходной частоты око-
ло 2 Гц и максимальная девиация частоты - более 500 Гц. В формирователе
посылок производится скругление фронтов и калибровка уровней.
Многочастотный модем, разработанный в Санкт-Петербургском го-
сударственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-
504
Системы и устройства коротковолновой связи
Бруевича [82], обеспечивает передачу сообщений со скоростью 1200 и 2400
бит/с при двукратной или трехкратной ОФМ. Скорость манипуляции в пар-
циальных каналах 40 Бод, защитная зона 5 мс, допустимое смещение частоты
±100 Гц.
Рис. 12.9
Модем построен на ЦСП TMS320C31 с внешним восьмиразрядным
ПЗУ на базе флэш-памяти объемом 256 Кбайт и ОЗУ объемом 32 или 128
Кбайт. Схема модуля цифровой обработки сигналов (рис. 12.9), на основе
которого реализован модем, помимо ЦСП включает: аналого-цифровой ин-
терфейс (14-разрядный АЦП/ЦАП с блоками фильтров) на базе микросхемы
TLC3204X; блок управляющей и интерфейсной логики на базе микросхем
гибкой логики фирмы Xilinx; микроконтроллер TMS370C710 для поддержки
интерфейса RS-232A (либо другого цифрового интерфейса для связи с внеш-
ними устройствами); логический блок на базе микросхем средней степени
интеграции, формирующий управляющие сигналы для ЦСП и памяти. На мо-
дуле имеются разъемы для эмуляции ЦСП и конфигурационного файла логи-
ки от компьютера. Для повышения помехоустойчивости работы в каналах с
замираниями в модеме применяется разнос по времени и помехоустойчивое
кодирование. По результатам испытаний модема на имитаторе КВ канала
снижение вероятности ошибок на бит по сравнению с аналогичными моде-
мами типа «Кинеплекс» составляет несколько порядков.
Модемы фирмы Rohde&Schwarz [185], совместимые с оборудовани-
ем серии HF 850, предназначены для работы в автоматизированных сетях КВ
радиосвязи и обеспечивают подключение к процессору связи ALIS. Модем
данных типа GM 856 обеспечивает быструю передачу сигналов кода ASCII и
телеграфного кода на устройства полудуплексной и симплексной связи со
12. Оборудование КВ радиосвязи
505
скоростью 720 бит/с. Модем входит в набор дополнительных устройств про-
цессора ALIS; используемый в нем восьмикрагный принцип FSX обеспечи-
вает хорошие характеристики передачи через радиостанцию, работающую с
полной мощностью несущей. GM 856 может использоваться также в режиме
передачи со скачкообразным переходом на другую частоту, поскольку он
продолжает работать без подачи синхронизирующего сигнала после смены
частоты, а также в режиме передачи уплотненного пакета данных, при кото-
ром краткие сообщения или зашифрованная информация передаются с высо-
кой скоростью. Модем сигналов однополосной боковой модуляции типа
GM 853 может быть подключен к передатчикам мощностью от 150 до 400 Вт
или встроен в консоль трансивера мощностью 1 кВт. Устройство модулирует
и демодулирует независимые друг от друга сигналы двух боковых полос, ис-
пользуемых в режиме ISB. В GM 853 имеется интерфейс для раздельного
подключения входов и выходов сигналов звуковой частоты. Модем линейной
связи типа GM 016 используется в случаях, когда передатчик и приемник
размещены в разных местах и соединение между ними осуществляется по-
средством двух- или четырехпроводных линий связи. Модем GM 016 имеет
микропроцессорное управление; команды управления и речевые сигналы пе-
редаются одновременно в пределах стандартной полосы частот 0,3...3,4 кГц.
Модемы фирмы Codan [91] представлены тремя моделями устройств:
серий 9001, 9002 и 3012.
Модем серии 9001 используется для сопряжения КВ радиостанций со
стандартным факсимильным аппаратом группы 3 и IBM совместимым ком-
пьютером, обеспечивая прием-передачу данных и факсимильных сообщений
по радиоканалу.
Передача сообщений ведется со скоростью до 6000 бит/с, при этом эффек-
тивная скорость составляет 3800 бит/с, что позволяет передать среднюю факси-
мильную страницу за время от 2 до 5 мин в зависимости от качества канала свя-
зи. Передача данных осуществляется с применением 16-канальной квадратурной
фазовой манипуляции QPSK и селективного автоматического запроса на повто-
рение; для установления связи используется 80 Бод ЧМ импульс. Полная авто-
матизация модема на базе процессора TMS320C31 с тактовой частотой 27 МГц,
автоматическая коррекция сдвига канальной частоты позволяют практически
полностью исключить искажение информации при приеме и оптимизировать
пропускную способность сети коротковолновой связи.
Из сервисных функций можно отметить возможность работы в режи-
мах селективной (для связи с одной станцией), групповой (для передачи дан-
ных до 99 станциям) и вещательной (связь со всеми радиостанциями, кото-
рые могут осуществлять прием на выбранном канале) адресации, а также
хранения и отправки до 25 стандартных факсимильных страниц.
Модем серии 9002 разработан для использования как на стационарных,
так и мобильных объектах и работает с КВ радиостанциями и IBM совмести-
мым компьютером. Основные параметры модема 9002 те же, они также пол-
506
Системы и устройства коротковолновой связи
ностью автоматизированы, поддерживают режимы индивидуальной, группо-
вой и вещательной адресации, имеют функцию автоматической коррекции
сдвига канальной частоты и используют совместимый с 9001 протокол. По-
мимо этого модем серии 9002 обеспечивает передачу файлов с автоматиче-
ской адресацией, сканирование до 8 каналов, передачу данных и текстовых
файлов с возможностью ведения диалога с корреспондентом, скремблирова-
ние данных. Для реализации последней возможности необходим цифровой
шифратор типа 9003, специально предназначенный для работы с КВ транси-
верами и аппаратурой дистанционного управления.
Программное обеспечение модема позволяет осуществлять обмен дво-
ичными и текстовыми файлами, одновременно отображать входящие и исхо-
дящие сообщения, по каждому сообщению идентифицировать передавшую
его станцию, время и дату приема.
Общие параметры модемов серий 9001 и 9002 представлены в
табл. 12.15.
Таблица 12.15
Параметр Модем
9001 9002
Скорость передачи данных, бит/с: максимальная эффективная 6000 3800
Вид манипуляции 16-канальная квадратурная ФМ QPSK
Режимы адресации Селективный, групповой, вещательный
Интерфейс Сопряжение с факс, аппаратом группы 3 (телефонная розетка типа FCC-68) сопряжение с тран- сивером; 9600 Бод RS-232 (порт TR.29 на осно- ве АТ-команд;
Диапазон рабочих напряжений, В 9... 16 (12 - номинальное)
Рабочая температура, °C 0...+55
Габаритные размеры, мм 250x350x80 250x250x80
Масса, кг 3 L6
В модеме 3012, предназначенном для работы совместно с трансивером
Codan NGT SR, добавлена опция CALM автоматического установления связи
(ALE) в соответствии со стандартом FED-STD-1045, в остальном этот модем
полностью повторяет 9002.
КВ модем фирмы Barrett Communications Pty, Ltd [94] имеет воз-
можности, аналогичные возможностям модема GM 856 фирмы
Rohde&Schwarz. Модем предназначен для передачи цифровых данных; его
основу составляет цифровой сигнальный процессор, благодаря которому
возможно в автоматическом режиме менять виды и типы модуляции для оп-
12. Оборудование КВ радиосвязи
507
тимизации передачи данных. Благодаря этой адаптации к условиям про-
хождения сигналов в радиоканале повышается надежность и качество пе-
редачи. В системе реализован метод адаптации, при котором меняются
виды модуляции от частотной до фазовой или амплитудной, С учетом этих
возможностей передача данных без предварительной компрессии ведется
со скоростью до 750 бит/с, а при использовании специального алгоритма
компрессии возможна передача со скоростью 2400 бит/с. Модем подклю-
чается к трансиверам, имеющим механизм адаптивной связи (предусмат-
ривающий автоматический поиск канала связи) в соответствии с протоколом
FED STD 1045/MIL-STD-188-141A (например, Barrett 950). При невозможно-
сти прямого соединения с конкретным терминалом данные могут быть пере-
даны адресату через другие абонентские трансиверы, оснащенные такими же
модемами.
Универсальный частотный модем, описанный в [7], предназначен, в
основном, для использования в системах пакетной радиосвязи, но также мо-
жет использоваться в радиосистемах общего назначения и проводных систе-
мах. Модем рассчитан на работу со скоростями 300/600/1200/2400/4800 Бод,
не требует обязательного наличия аппаратного контроллера пакетной связи,
работает с любыми программными контроллерами типа L2, TFPCX, TFX,
может использовать также программный контроллер 1NC (при применении
эмулятора Kiss-режима TFKISS) программ TCP/IP типа KA9Q, TNOS, JNOS.
При использовании в стандартах ARPA (протокол TCP/IP), ISO OSI (прото-
кол Х.25/АХ.25) абонентской программы ТРК и программы Host-режима
FBB скорости увеличиваются вдвое за счет программного сжатия.
Функционально модем состоит из двух завершенных частей-блоков:
приемника и передатчика, работающих независимо друг от друга. Реализован
модем может быть на отечественных микросхемах серий 561 и 1401
(К561ГГ1, К561ИР2, 1401УД2Б) или с помощью зарубежных ТСМ3105,
FX419, АМ0911. При практически одинаковом количестве элементов в обоих
вариантах несомненным достоинством модема на отечественной элементной
базе разработчики считают возможность получения более высоких по срав-
нению с номинальными скоростей для более широкополосных каналов то-
нальной частоты. Среди других его достоинств отмечаются высокие чувстви-
тельность и статистические показатели по частоте сбоев в условиях помех,
отсутствие размножения ошибок скремблирования, как, например, в GMSK
модеме, а также требования подключения по постоянному току на варикап
передатчика и с выхода частотного детектора приемника. Последнее обстоя-
тельство является основным препятствием в работе с радиостанциями, не
имеющими этих выводов для модема.
На скоростях 300/600/1200/2400 Бод модем работает в типовом канале
тональной частоты, на скорости 4800 Бод - в нестандартном канале тональ-
ной частоты (удвоенной ширины). Конструкция модема предусматривает ре-
508
Системы и устройства коротковолновой связи
гулировку средних частот и девиации передатчика и приемника, скважности
принимаемого сигнала и переключение полосы приема (2,5/5 кГц).
Всережимный контроллер пакетной связи КАМ Plus фирмы Кап-
tronics [130] обеспечивает эффективную связь между трансивером и терми-
нальным оборудованием или компьютером, передавая цифровые данные по
УКВ и КВ каналам в соответствии с протоколом АХ.25. КАМ Plus поддер-
живает режимы G-TOR™, Pactor, AMTOR, packet, RTTY, CW, ASCII, NAV-
TEX/AMPEX, позволяя вести работу с КВ и УКВ каналами одновременно.
В сервисные функции контроллера входят также почтовый ящик, «TOR
Standby», on-line help. Внутренняя память модема 128 Кбайт.
12.6. Антенны
Требования, предъявляемые к антеннам. Основным требованием,
предъявляемым как к передающим, так и к приемным антеннам, является по-
лучение требуемого усиления в заданных диапазонах изменения углов на-
клона и азимута [77]. Выполнение этого требования осложняется тем, что при
распространении радиоволн возможны отклонения их траектории от дуги
большого круга за счет неоднородностей в атмосфере (ионосфере) и накло-
нов ее слоев. Поэтому ширину главного лепестка диаграммы направленности
(ДН) в горизонтальной плоскости выбирают не менее 4-6°. На трассах про-
тяженностью 2000...4000 км оптимальные углы колеблются в пределах 3-
21°. Кроме того, КВ антенны должны иметь возможность изменять направле-
ние главного излучения и приема в вертикальной плоскости или ширина
главного лепестка должна быть достаточно широкой, не уже 10°.
Основными факторами, ухудшающими отношение сигнал-шум в КВ
радиосвязи, являются помехи от других радиостанций (см. гл. 1). Для их
уменьшения приемные и передающие антенны должны иметь диаграммы на-
правленности с малыми боковыми лепестками. Для уменьшения на радио-
центре общего числа антенн они должны быть диапазонными, т.е. обеспечи-
вать примерно одинаковые усиление, ДН и другие характеристики в широком
диапазоне частот.
Линейно-поляризованная волна при отражении от ионосферы преобра-
зуется в эллиптически поляризованную. За счет флуктуаций в ионосфере эл-
липс поляризации изменяет свою ориентировку в пространстве. Следова-
тельно, поляризации приемной и передающей антенн при связи пространст-
венной волной могут быть разными. Антенны с вертикальной поляризацией
требуют металлизации земли, их ДН существенно зависят от параметров
почвы; значительная доля энергии, излучаемая вдоль поверхности земли, по-
глощается почвой. Местные помехи имеют в основном верзикальную поля-
ризацию. Учитывая эти обстоятельства, на передаче и приеме при связи про-
странственной волной преимущественно применяют антенны с горизонталь-
ной поляризацией.
12. Оборудование КВ радиосвязи
509
Особенности выбора антенн для КВ связи. Эксплуатация в ДКМ
диапазоне узкополосных телеграфных каналов с высокой пропускной спо-
собностью и повышенными качественными показателями требует согласова-
ния направленных свойств передающих и приемных антенн с угловыми ха-
рактеристиками многолучевого радиоканала - сопряжения антенн. Это озна-
чает обеспечение усиления антеннами луча основного мода при подавлении
лучей прочих, неосновных модов. (Напомним, что инженерное моделирова-
ние распространения коротких волн при магистральной радиосвязи базирует-
ся на делении общего времени работы радиолинии на характерные состояния,
именуемые моделями распространения волн, которые отличаются друг от
друга числом и типом модов распространения, вариантов прохождения сиг-
налом КВ трассы. В обозначении «мода» фигурируют число скачков и ионо-
сферный слой, от которого происходит отражение сигнала.) Сопряжение ан-
тенн является эффективным средством устранения влияния запаздывающих
сигналов, которые возникают из-за многолучевости распространения радио-
волн и при узкополосном тракте приема приводят к снижению пропускной
способности канала связи.
Анализ теоретических и экспериментальных данных показывает, что
секторы углов прихода и выхода лучей разных модов сложным образом зави-
сят от времени суток и года и часто взаимно перекрываются [77]. На
рис. 12.10 показаны два варианта построения антенной системы, способной в
большинстве случаев эффективно излучать и принимать луч основного мода:
в виде комплекта из двух антенн с разными диаграммами направленности
разной ширины (А и В) и в виде П-лучевой антенной решетки. Первый вари-
ант реализуется при использовании «дневных» и «ночных» антенн с разными
геометрическими размерами. Если дневная антенна обладает диаграммой А,
а ночью обеспечивает диаграмму В, то ночная антенна должна иметь диа-
грамму А на более низких ночных частотах.
Рис. 12.10
Особенности выбора рассматриваемых, а также некоторых других ан-
тенн для использования на КВ радиоцентрах, являющихся основой зоновой
системы КВ радиосвязи, приведены в гл. 9.
Симметричный вибратор - один из наиболее простых и распростра-
ненных видов антенн, используемых в ДКМ диапазоне [77]; их применяют
как в качестве самостоятельных элементов, так и в составе антенных реше-
510
Системы и устройства коротковолновой связи
ток. Существует несколько видов вибраторов: простейший горизонтальный
вибратор (ВГ), симметричный горизонтальный циапазонный вибратор (ВГД),
петлевой (вибратор Пистолькорса) и др.
Симметричные вибраторы ВГД, предназначенные для работы в широ-
ком диапазоне частот, выполняют с пониженным волновым сопротивлением
За счет этого повышаются значения коэффициента бегущей волны (КБВ)
в питающем фидере, а также электрическая прочность. Плечи вибратора
обычно выполняют из проводов, расположенных по образующим цилиндрам.
Такой вибратор был впервые предложен С.И. Надененко и известен под на-
званием диполя Надененко.
Петлевой вибратор Пистолькорса представляет собой комбинацию из
двух параллельных короткозамкнутых на концах проводников, расположен-
ных на расстоянии друг от друга, меньшем чем длина волны, и генератора,
включенного в центре одного из проводников (рис. 12.11, а). Достоинствами
такой конструкции являются более высокое входное сопротивление и воз-
можность его регулировки путем подбора радиусов проводников. В ряде слу-
чаев это помогает избежать трудностей в согласовании с питающим фидером:
при использовании петлевого вибратора волновое сопротивление фидера
должно составлять 300 Ом.
Рис. 12.11
Для улучшения диапазонных свойств по входному сопротивлению про-
водники могут соединяться перемычками - в этом случае вибратор называет-
ся шунтовым (ВГДШ). С этой же целью в центре верхнего (рис. 12.11, б) про-
водника иногда включается сопротивление, однако при этом снижается КПД,
вследствие чего такие антенны применяются только как приемные.
Плоские вибраторы работают на основе принципа, сформулированного
Буккером для плоских бесконечно протяженных антенн, состоящих из метал-
лических листов произвольной формы и идентичных по форме отверстий.
Отличительной особенностью таких вибраторов является постоянное, т.е. не
зависящее от частоты, и чисто активное входное сопротивление, равное 60тг.
Несмотря на то, что практически реализуемые антенны такого типа имеют
конечные размеры и реализация принципа самодополнительности в полной
мере невозможна, их входные сопротивления, как показывают эксперимен-
тальные данные, слабо меняются в широком диапазоне частот и имеют ма-
лую реактивную составляющую. Плоский вибратор реализуется с помощью
12. Оборудование КВ радиосвязи
511
системы проводов; его плечи соединяют шутовыми перемычками, которые
вместе с боковыми сторонами плеч образуют щелевой вибратор, идентичный
электрическому. Для выравнивания потенциалов соседних проводов и устра-
нения противотактных волн центры проводов соединяют поперечной пере-
мычкой.
В тех случаях, когда необходимо увеличить интенсивность излучения
симметричного горизонтального вибратора в одном направлении за счет ос-
лабления в другом, применяют рефлектор или директор. Часто используемый
рефлектор представляет собой аналогичный антенне вибратор, расположен-
ный на расстоянии Х/4 от нее, который может быть как активным, так и пас-
сивным.
Вертикальные симметричные и несимметричные вибраторы имеют
«прижатую» к земле ДН, что позволяет использовать их при малой высоте
подвеса для приема и излучения волн под низкими у1лами к горизонту. Кро-
ме того, их ДН и усиление слабо зависят от частоты; они создают достаточно
интенсивную поверхностную волну, что делает целесообразным их примене-
ние. Однако последнее обстоятельп во снижает эффективность вертикальных
вибраторов, так как это делает их более чувствительными к местным поме-
хам. Вертикальные вибраторы имеют также больший уровень потерь при из-
лучении в земле, чем горизонтальный вибратор.
Синфазные горизонтальные диапазонные антенны (СГД) широко
используются в ДКМ диапазоне для радиовещания в качестве передающих
антенн, применяются они и в радиосвязи [77]. Их основные преимущества
заключаются в высоком КПД, низком уровне боковых лепестков и возможно-
сти управления диаграммой направленности в горизонтальной и вертикаль-
ной плоскостях для обслуживания различных территорий.
Ан генна СГД состоит из полотен собственно антенны, рефлектора, пи-
тающих и распределительных фидеров. Полотно антенны включает несколь-
ко рядов горизонтальных синфазно возбуждаемых вибраторов - этажей, рас-
положенных на определенном расстоянии друг относительно друга, в каждом
из которых имеется несколько вибраторов. Система вибраторов, расположен-
ных параллельно друг над другом с точками подключения питания на одной
вертикальной оси, составляют секцию ан генны. Синфазное возбуждение
вибраторов антенны приводи г к увеличению напряженности поля в направ-
лении, перпендикулярном плоскости полотна антенны, за счет уменьшения ее
в других направлениях. Для обеспечения однонаправленного излучения ан-
тенны применяется рефлектор, который может быть апериодическим (сетка
горизонтальных проводов) в антенне типа СГДРА, настраиваемым пассив-
ным (полотно, идентичное полотну антенны, возбуждаемое за счет простран-
ственной элекз ромагнитной связи) в антеннах CIДРН и активно питаемым
(полотно, идентичное полотну антенны, возбуждаемое как за счет простран-
ственной связи, так и за счет подводимой к нему части мощности передатчи-
ка) в антеннах СГДРАД.
512
Системы и устройства коротковолновой связи
Питание вибраторов в полотне антенны осуществляется таким образом,
что синфазность возбуждения всех вибраторов не зависит от частоты. Это
достигается равенством длин распределительных фидеров от точек подклю-
чения главного фидера до точек питания каждого вибратора. Для получения
хорошего согласования антенны с питающим фидером в широком диапазоне
волн в антеннах типа СГД используются вибраторы с пониженным волновым
сопротивлением. В тракте питания антенн применяются многоступенчатые
чебышевские трансформаторы, обеспечивающие согласование фидерного
тракта на всех участках распределительных фидеров от точек питания вибра-
тора до главного фидера в заданном диапазоне волн. Применение таких
трансформаторов устраняет необходимость применения фидеров с низким
волновым сопротивлением, выполнение которых встречает значительные
конструктивные трудности.
Число этажей антенны выбирается в зависимости от протяженности
трассы: при длине трассы 1000...2000 км используются двухэтажные антен-
ны, 2000...4000 км - четырехэтажные, свыше 4000 км - восьмиэтажные ан-
тенны. Наибольшее распространение получили двух-, четырех-, восьмиэтаж-
ные антенны. Антенны СГДРА различаются кроме количества этажей еще
и типом вибраторов: проволочных, жестких, плоских проволочных.
Следует отметить, что антенны СГД чрезвычайно громоздки, при их
развертывании и настройке возникают значительные трудности, поэтому
применение СГД в системах связи с передвижным ретранслятором представ-
ляется практически невозможным.
Ромбические антенны. Ромбические антенны - наиболее распростра-
ненный тип передающих антенн, применяемых для радиосвязи [77]. Это объ-
ясняется требованием обеспечения максимальной напряженности поля в оп-
ределенном пункте. Основное достоинство ромбических антенн - хорошее
согласование с питающим фидером в широком диапазоне частот, а также
конструктивная простота и дешевизна. Однако при одном и том же коэффи-
циенте усиления территория, обслуживаемая синфазной антенной, примерно
на 50-100% больше, чем территория, обслуживаемая ромбической антенной.
Конструктивно ромбическая антенна РГ выполняется в виде симмет-
ричной линии, провода которой расположены по сторонам ромба (рис. 12.12).
Напряжение подводится к одному из острых углов ромба, а к противополож-
ному подключается активное сопротивление, равное волновому сопротивле-
нию линии. При таком включении в проводах антенны устанавливается ре-
жим бегущей волны, следствием чего являются характерные признаки ром-
бической антенны: однонаправленное излучение, максимум которого получа-
ется в вертикальной плоскости, проходящей через вершины острых углов
ромба, и мало меняющееся входное сопротивление в широком диапазоне час-
тот. При надлежащем выборе длины сторон ромба и тупого угла в направле-
нии, совпадающем с большей диагональю в сторону нагрузочного сопротив-
ления, поля от всех сторон ромба складываются синфазно, т.е. в указанном
12. Оборудование КВ радиосвязи
513
направлении имеет место максимальное излучение. Для уменьшения обрат-
ного излучения, вызванного изменением волнового сопротивления, боковые
стороны ромба выполняют из двух расходящихся проводов, расстояние меж-
ду которыми максимально у вершины тупого угла.
В передающей ромбической антенне в нагрузочном сопротивлении вы-
деляется 20-50% подводимой мощности, поэтому при больших мощностях
передатчиков нагрузочное сопротивление выполняется в виде длинной двух-
проводной линии из стального или фехралевого провода с большим затуха-
нием. При длине стальной линии 300...500 м или фехралевой 100...200 м ам-
плитуда отраженной волны от конца линии невелика и входное сопротивле-
ние близко к ее волновому сопротивлению.
Для улучшения электрических параметров ромбических антенн
Г.Г. Айзенбергом была предложена двойная ромбическая антенна (РГД). Она
состоит из двух горизонтальных ромбов, наложенных один на другой таким
образом, что смещение друг относительно друга в направлении малой диаго-
нали составляет величину порядка Хо, причем обе ромбические антенны пи-
таются параллельно и синфазно. Уровень боковых лепестков у РГД значи-
тельно ниже, чем у РГ таких же размеров. Поскольку оба ромба, входящие в
антенну РГД, включаются параллельно, то ее волновое и входное сопротив-
ления оказываются в 2 раза меньше, чем у антенны РГ. Взаимное влияние
между ромбами приводит к увеличению КПД антенны РГД до 75-85%.
Вследствие снижения уровня боковых лепестков и повышения КПД коэффи-
циент усиления антенны РГД увеличивается по сравнению с РГ примерно
в 1,5-2 раза.
Коэффициент усиления ромбической антенны может быть увеличен
в 1,7-2 раза путем параллельного соединения двух антенн РГД. Однако ан-
тенны РГД-2, несмотря на весьма высокий коэффициент усиления, применя-
ются ограниченно из-за их громоздкости и большой занимаемой площади.
В отдельных случаях, когда необходимо расположить большое количе-
ство антенн при ограниченных размерах антенного поля, можно размещать
33 - 5869
514
Системы и устройства коротковолновой связи
на общей площадке или подвешивать на общих опорах две ромбические ан-
тенны, одна из которых предназначена для работы днем, а другая - ночью.
Логопериодические антенны (ЛПА) относятся к классу сверхдиапа-
зонных антенн [77]. Их электрические характеристики повторяются на часто-
тах, кратных In &повт, где &повт - коэффициент, равный отношению размеров
соседних элементов антенны, чем обусловлено ее название. Условием, при
котором практически реализуемая антенна может считаться частотно-
независимой, является слабое изменение ее электрических параметров
в пределах одного периода изменения частоты, что справедливо при соответ-
ствующем выполнении антенны, когда этот период оказывается малым.
В ДКМ диапазоне используются различные типы ЛПА: вертикальные,
наклонные, ЛПА с рефлектором. Наиболее удобными среди данного класса
антенн является дипольная ЛПА. Ее короткие по сравнению с длиной волны
вибраторы практически не излучают, к тому же создаваемые ими поля оказы-
ваются практически в противофазе. По мере удаления от точек питания уве-
личивается длина вибраторов и расстояние между ними, вследствие чего ме-
жду полями соседних вибраторов появляется дополнительный фазовый
сдвиг. Для получения интенсивного однонаправленного излучения поля
должны складываться синфазно, т.е. полный фазовый сдвиг должен быть ра-
вен 360°, что выполняется, если расстояние между соседними вибраторами
примерно равно четверти длины волны.
При установке ЛПА следует помнить, что они утрачивают свои частот-
но-независимые свойства, если не приняты специальные меры для обеспече-
ния постоянства электрическою расстояния от фазового центра антенны до
поверхности земли. Фазовый центр располагается примерно в середине так
называемой «активной области» - небольшой группы вибраторов, участвую-
щих в излучении на данной длине волны. Поскольку при изменении частоты
активная область, включающая всего небольшую часть всех излучателей, пе-
ремещается вдоль антенны, располагаясь в той части, где ее поперечный раз-
мер равен примерно половине длины волны, то эта задача решается путем
наклонной установки антенны. При этом короткие вибраторы располагаются
ближе к земле, а вершина треугольника, в который вписывается структура
антенны, лежит на поверхности земли. В этом случае ЛПА имеет в рабочем
диапазоне частот постоянную по форме и ориентации ДН и хорошее согласо-
вание с питающим фидером.
Антенны бегущей волны. Для приема на КВ магистральных линиях
применяются как антенны, аналогичные передающим: ромбические, ВГД,
ВГДШ, УГД, ЛПА - так и специальные типы антенн. К таким типам относят-
ся антенны бегущей волны (АБВ) с активными сопротивлениями связи и ан-
тенны бегущей волны с параллельным питанием вибраторов [77]. АБВ явля-
ется широкодиапазонной и применяется обычно для приема радиоволн.
Антенна бегущей волны типа БС состоит из двухпроводной горизон-
тальной линии, протянутой в направлении корреспондента (собирательного
12. Оборудование КВ радиосвязи
515
фидера), симметричных вибраторов, подключенных к этой линии через со-
противления связи. Конец собирательного фидера, обращенный к корреспон-
денту, нагружается на сопротивление, равное его волновому сопротивлению,
а второй конец соединяется с помощью фидерной линии с расположенными
в техническом здании приемниками.
Длина полотна антенны в значительной степени определяет электриче-
ские параметры. Увеличение длины полотна приводит к сужению диаграммы
направленности, увеличению КНД, КПД и коэффициента усиления антенны.
Однако в этом случае параметры антенны оказываются весьма критичными
к изменению фазовой скорости в собирательном фидере. Исходя из этих со-
ображений, длину полотна типовой антенны БС выбирают равной 90 м.
В качестве сопротивлений связи в антенне БС используют резисторы.
Увеличение сопротивлений связи уменьшает влияние изменения входного
сопротивления вибратора в диапазоне волн на режим работы собирательного
фидера, что приводит к расширению рабочего диапазона антенны. В то же
время при этом уменьшаются КПД и коэффициент усиления. В типовых ан-
теннах БС в качестве сопротивлений связи используются резисторы с номи-
налом 200 Ом. Длина плеча вибратора выбирается из соображений увеличе-
ния коэффициента усиления в длинноволновой части диапазона и сохранения
хороших направленных свойств на коротковолновом краю. В типовых антен-
нах БС длина плеча вибратора -8 м, расстояние между вибраторами - 4,5 м,
число вибраторов в одном полотне - 21. Высота подвеса полотна антенны БС
выбирается из условия получения максимальной интенсивности приема в
секторе наиболее вероятных углов прихода лучей. Обычно применяют мачты
высотой не более 25 м В некоторых случаях, когда требуется повышенная
эффективность в длинноволновой части диапазона, полотна антенн БС под-
вешивают на высоте 40-50 м, длина плеча вибратора увеличивается до 12 м,
а расстояние между вибраторами до 6 м. Волновое сопротивление фидера
в типовых антеннах выбирается равным 160 Ом. Такую величину сопротив-
ления имеет четырехпроводный перекрещенный фидер.
Наибольшее распространение в настоящее время получили двойные
антенны бегущей волны, состоящие из двух параллельно соединенных поло-
тен. Расстояние между полотнами выбирается равным 25 м. В коротковолно-
вой части диапазона диаграмма направленности сдвоенной антенны БС при-
мерно вдвое уже, чем у антенны БС. В длинноволновой части диапазона та-
кое сужение незначительно, но взаимное влияние между полотнами увеличи-
вает сопротивление излучения каждого вибратора примерно вдвое. В резуль-
тате коэффициент усиления сдвоенной антенны во всем диапазоне примерно
вдвое больше, чем у антенн БС в коротковолновой части из-за увеличения
КНД, в длинноволновой - из-за увеличения сопротивления излучения и КПД.
В некоторых случаях возникает необходимость приема параллельно-
поляризованного поля. Для этой цели разработана вертикальная несиммет-
ричная антенна бегущей волны с активными элементами связи типа БСВН.
33’
516
Системы и устройства коротковолновой связи
Следует отметить, чтс на ее сооружение требуются сравнительно небольшие
затраты. Одна антенна БСВН обеспечивает прием во всем ДКМ диапазоне и,
что особенно важно, низкие углы приема. Для повышения эффективности
обычно применяют сдвоенные антенны - БСВН2. При установке рекоменду-
ется использовать следующие параметры антенны БСВН2: длина полотна -
90 м, число вибраторов в полотне - 21^42, длина плеча вибратора -8 м, рас-
стояние между вибраторами - 2,25...4,5 м, расстояние между полотнами -
15...25 м.
Наряду с пространственно-разнесенным приемом для борьбы с замира-
ниями в ДКМ диапазоне используется поляризационное разнесение. Ком-
плект антенн в этом случае состоит из обычной горизонтальной антенны БС
и антенны для приема параллельно-поляризованного поля, например БСВН,
которая располагается на одной площадке с антенной БС непосредственно
под ее полотном. Комплекты из таких антенн успешно используются на ли-
ниях средней протяженности и дают результаты, близкие к результатам для
пространственно-разнесенного приема.
При необходимости повышения эффективности приема параллельно-
поляризованного поля применяют более сложные антенны - антенны БСРП.
Антенна БСРП состоит из двух ортогональных симметричных полотен БС
с совмещенными избирательными линиями. Симметричная вертикальная ан-
тенна БС, применяемая в антенне БСРП, имеет диаграммы направленности в
вертикальной плоскости, более близкие к ДН в вертикальной плоскости гори-
зонтальной антенны БС. Это повышает эффективность антенны БСРП при раз-
несенном поляризационном приеме. Недостатком антенн БСРП является необ-
ходимость применения высоких мачт (до 40 м) и более сложная конструкция.
Дальнейшее повышение эффективности антенн БС может быть достиг-
нуто путем применения двух сдвоенных антенн БС 2БС2 или трех сдвоенных
антенн ЗБС2. Антенны БС2 устанавливаются одна за другой «гуськом» в на-
правлении корреспондента. Каждая из антенн БС2, входящих в состав слож-
ной антенной системы, соединяется отдельной фидерной линией со специ-
альной аппаратурой формирования диа! рамм направленности и многократно-
го использования антенн, установленной в техническом здании. Эта аппара-
тура включает в себя широкополосные антенные усилители, собственно ли-
нейно-фазирующие устройства и широкополосные делители. С помощью
указанной аппаратуры формируются три независимых приемных канала
с управляемыми в вертикальной плоскости ДН, при этом выход каждого ка-
нала заводится на отдельный коммутатор. К одному приемному каналу мо-
жет быть подключено до десяти приемников.
Антенны бегущей волны с параллельным питанием вибраторов. Как
было указано выше, направленные свойства антенн бегущей волны типа БС
существенно зависят от фазовой скорости в собирательном фидере. Эта фазо-
вая скорость, в свою очередь, зависит от шунтирующего действия вибрато-
ров, которое меняется в пределах рабочего диапазона в очень больших пре-
12. Оборудование КВ радиосвязи
517
делах. Уменьшение шунтирующего действия путем увеличения сопротивле-
ния связи ограничивается снижением КПД и, соответственно, коэффициента
усиления антенны. Существенное улучшение электрических параметров ан-
тенн бегущей волны может быть достигнуто путем использования парал-
лельной схемы питания вибраторов, имеющей следующие достоинства.
1. Могут быть получены равные амплитуды тока во всех вибраторах,
причем соотношение амплитуд токов в вибраторах не зависит от их входного
сопротивления и длины антенны.
2. Имеется возможность задания фазовых соотношений между токами
в вибраторах, обеспечивающих оптимальные направленные свойства в диа-
пазоне волн.
3. Коэффициент полезного действия при параллельном питании не за-
висит от числа включенных вибраторов. Это позволяет выбирать число виб-
раторов, исходя из заданных направленных свойств.
Перечисленные выше достоинства антенн бегущей волны с параллель-
ным питанием вибраторов были реализованы для трасс различной протяжен-
ности, причем по ряду основных параметров типовые антенны были превзой-
дены.
На рис. 12.13 приведена структурная схема одного полотна антенны
АБВП, состоящего из 16 вибраторов. Напряжения двух соседних вибраторов
складываются в устройствах сложения (УС2х2). Эти устройства соединяются
с устройствами сложения восьми напряжений (УС8х1).
Антенны для трасс малой протяженности состоят из одного полотна.
Выход УС8х1 с помощью фидерной линии подается в техническое здание и
соединяется с приемником. В сложных антеннах для трасс большой протя-
женности, состоящих из двух АБВП или четырех АБВП полотен, выходы
УС8х1 соединяются с устройствами нормирования диаграмм направленно-
сти, состоящими из фазовращателей, аналогичных фазовращателям сложных
антенн бегущей волны ЗБС2 и 2БС2.
Антенные решетки. Для повышения надежности связи в ДКМ диапа-
зоне используются высоконаправленные электрически управляемые и много-
лучевые антенные решетки [24], при построении которых используются два
5-. 8
Системы и устройства коротковолновой связи
основных принципа. Антенна может быть развита в высоту до размеров по-
рядка ЮЛ, что обеспечит прижатие луча к горизонту около 5°. Другой вари-
ант - использование горизонтальной антенны с излучением, близким к осе-
вому. Использование вертикальных антенн требует сложных и громоздких
конструкций; в то же время горизонтальная антенна при длине около 80Л
(т.е. примерно 1...2 км) конструктивно достаточно проста, требует малых
высот вибраторов и состоит из набора однотипных элементов, разнесенных
на расстояние, меньшее половины минимальной длины волны друг от друга.
Кроме того, горизонтальная антенна при излучении, близком к осевому, име-
ет сравнительно слабо зависящую от длины волны ширину луча, пропорцио-
нальна ю -\[Л, и отличается высокой устойчивостью параметров по отноше-
нию к отказам составляющих ее элементов. Другим преимуществом линей-
ных горизонтальных антенных решеток является слабая зависимость их КНД
от направления фазирования, связанная лишь с влиянием поверхности разде-
ла (линейная антенна в свободном пространстве имеет КНД, не зависящий от
направления фазирования).
При выборе типа вибратора существенными соображениями являются:
широкополосность; КПД антенны, связанный с потерями мощности сигнала
в почве; эффективность при малых углах места; конструктивная простота. Ши-
рокополосность вибратора обеспечивается применением многопроволочных
конструкций большого диаметра (типа диполя Надененко). С точки зрения
конструкции предпочтение следует отдать вертикальному несимметричному
вибратору (высота конструкции меньше примерно в два раза по сравнению с
симметричным вибратором). Однако использование несимметричного вибра-
тора ведет к увеличению потерь в почве и, следовательно, к снижению КПД.
Эти потери можно значительно снизить, применяя металлизацию почвы под
антенной (размещая металлический экран), однако это усложняет конструкцию
антенны. При очень малых углах места КПД антенны из вертикальных вибра-
торов выше, чем из горизонтальных (при сравнительно низких частотах).
Управление лучом и формирование ДН. Хотя в большинстве электриче-
ски управляемых антенн для формирования луча используются фазовые сис-
темы, практическое применение нашли и методы временного управления,
когда обеспечиваются необходимые временные задержки во всех вибраторах.
Временное управление имеет два существенных преимущества перед фазо-
вым: антенна становится широкополосной и значительно упрощается про-
грамма управления лучом. Основной недостаток системы - ее сложность -
снимается при использовании двоично-этажного метода фазирования. В со-
ответствии с этим методом система управления лучом разбивается на ряд
этажей, как показано на рис. 12.14.
В каждом этаже устанавливаются фазовращатели (здесь фазовращате-
лями условно называются устройства с временной задержкой), объединяю-
щие небольшое (от 2 до 6-8) количество элементов. Число положений вре-
менной задержки в фазовращателях первого этажа делается минимальным,
72. Оборудование КВ радиосвязи
519
так как ширина луча группы элементов, объединяемых таким фазовращате-
лем, велика. С увеличением номера этажа фазовращатели усложняются и
лишь в самом последнем этаже, где установлен один фазовращатель, число
положений временной задержки совпадает с требуемым числом положений
луча антенны. Основное число фазовращателей определяется несколькими
первыми этажами. Для оптимизации отдельного фазовращателя временная
задержка в нем изменяется по двоичному принципу: п элементов задержки
(п разрядов) при их коммутации дают 2" значений временной задержки.
В качестве элементов временной задержки целесообразно использовать
отрезки высокочастотного коаксиального кабеля. При этом удается получить
широкий диапазон частот при очень малых внутренних отражениях. Для
трансформации сигнала в антенных трактах и для суммирования сигналов на
выходах фазовращателей разработаны широкополосные трансформаторы и
гибридные устройства, основным элементом которых является миниатюрный
трансформатор (автотрансформатор) или двухобмоточный трансформатор на
тороидальном сердечнике из феррита.
Практически для работы связной антенны в заданном секторе необхо-
димо формирование до 16 независимых лучей. Схему многолучевой антенны
целесообразно строить следующим образом. Антенна разбивается на равные
секции таких размеров, чтобы ширина ДН секции соответствовала рабочему
сектору. Сигналы всех секций подаются на лучеобразующее устройство,
формирующее полный набор независимых лучей внутри сектора (рис. 12.15).
При использовании временной схемы лунеобразования М независимых
лучей сигнал каждой из NceKll секций с помощью разветвителей Р разделяется
на М равных частей и далее j станавливается столько же фазирующих схем Ф1,
Ф2, ..., ФМ с соответствующими задержками для каждого луча. Недостатком
такой системы являются потери мощности сигнала в М раз. Этого недостатка
лишены матричные схемы лучеобразования, использующие матрицы Батлера.
520
Системы и устройства коротковолновой связи
Кроме описанных элементов, схема высокоэффективной антенны
должна включать в себя, как правило, еще согласующие реактивные четы-
рехполюсники, установленные после каждого вибратора, широкополосные
антенные усилители, включаемые на выходах групп вибраторов или секций
антенны, а также систему контроля параметров антенны, хотя в наиболее
простых системах усилители и контроль могут быть исключены. Структурная
схема антенны рассмотренного типа показана на рис. 12.16. На этом рисунке
первый этаж - согласующие четырехполюсники, второй - фазовращатели
секций, третий - антенные усилители.
Выходы секций
Выходы лучей
Рис. 12.15
Рис. 12.16
12. Оборудование КВ радиосвязи
521
КВ антенна с изменяемой направленностью. Разработанная австра-
лийским инженером Гуэртлером Рудольфом проволочная антенна [168] при-
годна для использования в передвижных войсковых радиосетях. Два одина-
ковых плеча треугольной формы подвешиваются в верхних точках с помо-
щью телескопической мачты на высоте 10...20м. Вертикальные провода
плеч параллельны друг другу и образуют линию передачи с сопротивлением
600 Ом. Нижние провода плеч параллельны земле и вместе с горизонтальным
проводником, заземленным на концах, образуют линию передачи с сопротив-
лением 300 Ом. Токи в этом проводнике равны по амплитуде токам в нижних
проводниках плеч, но имеют противоположное направление, что обеспечивает
относительно высокий КПД и независимость характеристик антенны от
свойств почвы. При расположении плеч в одной плоскости может быть полу-
чена всенаправленная по азимуту диаграмма направленности с углом подъема,
необходимым для работы на коротких и средних трассах. При расположении
плеч под углом, меньшим 180°, обеспечивается однонаправленное излучение
под углами, характерными для трасс средней и большой протяженности.
Магнитная рамочная антенна ML-90 [89], разработанная фирмой
Q-МАС, относится к антеннам зенитного излучения (NVIS). Предназначена
для использования в составе мобильного комплекта Q-МАС для связи на рас-
стояния до 1000 км и более. Частотный диапазон 3,5... 15 МГц, коэффициент
усиления на 10... 14 дБ больше, чем у штыревой. Отличительными особенно-
стями антенны является отсутствие «мертвой» зоны, так как зона распростра-
нения поверхностной волны перекрывает зону распространения пространст-
венной, а также автоматическая настройка. Конструктивно антенна состоит
из рамы и расположенной под ней прочной алюминиевой сетки, которая кре-
пится на крыше автомобиля с помощью специального каркаса.
Антенные системы АК501 и АК501А4 [190], разработанные фирмой
Rohde&Schwarz, предназначены для использования в автоматизированных
системах КВ радиосвязи. Система состоит из двух антенн разных типов, вы-
бор которых осуществляется с пульта дистанционного управления. Для рабо-
ты антенной системы необходим специальный блок настройки антенны
FK859 или другой, совместимый с КВ оборудованием серии 850, например
FK2100. Максимальная мощность, подводимая к антенне, составляет 1,15 кВт
для АК501 и 400 Вт для АК501А4 (как в режиме непрерывного излучения,
так и пиковая); импеданс антенны с блоком настройки антенны FK859
500 Ом. Конструкция и параметры антенных систем позволяет осуществлять
связь практически на любые расстояния как в стационарных условиях, так и
для целей подвижной связи, обеспечивая полный охват обслуживаемой тер-
ритории по всем направлениям, даже на средних дистанциях. Другой отличи-
тельной особенностью является отсутствие взаимодействия при излучении
между поверхностной и пространст венной волнами. Антенные системы бы-
стро развертываются и занимают мало места при установке.
522
Системы и устройства коротковолновой связи
12.7. Радиостанции гражданского диапазона 27 МГц
Популярность гражданского диапазона 27 МГц в наши дни понятна:
простота, относительная дешевизна аппаратуры, отсутствие абонентской
платы (в сотовых системах связи, например, расценки на то и другое доволь-
но высоки), широкий ассортимент выпускаемых радиостанций как отечест-
венного, так и зарубежного производства, мобильность. Эти и множество
других причин делают его использование весьма привлекательным для ра-
диолюбителей; таким образом, несмотря на невысокое качество, связь в диа-
пазоне 27 МГц работает и довольно успешно.
Производством и поставками радиостанций, используемых для связи
в гражданском диапазоне, занимается целый ряд фирм. Ниже приведены таб-
лицы параметров портативных (табл. 12.16) и автомобильных (табл. 12.17)
трансиверов отечественных и зарубежных фирм [62]. Как видно из представ-
ленных данных, большинство радиостанций многоканальные, обладают
сравнительно малыми мощностями (у автомобильных трансиверов мощности
в среднем несколько выше) и невысокой дальностью связи.
Разнообразие эксплуатируемой в настоящее время аппаратуры диапа-
зона 27 МГц, а также реальная обстановка, сложившаяся при его использова-
нии, особенно в крупных городах России, привели к необходимости центра-
лизованного контроля за аппаратурой, распространяемой в России. В 1994 г.
Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) при Министерстве свя-
зи РФ признала целесообразным расширить применение отечественных
и зарубежных радиостанций в диапазоне 27 МГц. В дополнение к разрешен-
ной ранее полосе частот 27280. ..27410 кГц теперь можно использовать на
вторичной основе полосы 26970...27410 и 27410...27860 кГц для разработки,
серийного производства, закупок по импорту и эксплуатации радиостанций
типа БЗЕ/СВ, Д/СВ [97].
Новый перечень технических характеристик радиостанций личного
пользования, реализуемых через торговую сеть, устанавливает параметры
приемопередатчиков (табл. 12.18): предельные значения мощностей, девиацию
и отклонения частоты для различных классов излучений; максимальное число
частотных каналов и разнос между ними; ширину полосы частот излучения;
уровень побочных излучений; характеристики приемников. Эти данные со-
держатся в приложении № 1 к решению ГКРЧ России от 29 августа 1994 г.
Отметим, что в соответствии с новым решением диапазон 27 МГц мо-
жет использоваться и в условиях приближения или наступления чрезвычай-
ной ситуации. Для оповещения людей о грозящей им опасности выделен так
называемый канал бедствия и безопасности (канал №9, частота 27065 кГц),
причем его наличие обязательно в многоканальных радиостанциях типа
БЗЕ/СВ, а канал № 19 (частота 27,185 МГц) рекомендуется использовать в
качестве информационного для автомобилистов. Максимальный уровень пе-
редатчиков при любых видах работы не должен превышать 10 Вт.
Таблица 12.16
Параметр Портативные радиостанции индивидуального пользования
«Макси 90» «Сигнал-401» «Мечта» «Таис ВТ-11» «Алан-80», «Алан-80А»
Диапазон частот, МГц 26,975...27,405 27,150...27,275 27,200, 27,225, 27,250 27.200 26,975...27,405
Выходная мощность, Вт до 4 0,15.,.0,35 0,5 0,5 AM-2, ЧМ-4
Вид работы ЧМ ЧМ ЧМ F3E AM, ЧМ
Число каналов 40 - - 1 40
Потребляемый ток, мА до 750 прием - 45 передача - 70.. 140 прием - 40 передача - 170 деж. прием - 18 передача - 150 -
Чувствительность приемника прн с/ш=12 дБ, мкВ - 0,3 1 0,5 -
Дальность связи, км - 2...5 город- 1...1.5 откр. местн - 3...5 город-2...4 откр. местн. -4...8 -
Питание 10 батарей «ДА» 3 элемента АЗ 16 7 элементов 316 9...12 В 10 элементов 316, аккумулятор
Г абаритные размеры, мм 190x75x55 115x60x28 200x70x40 200x70x42 -
Масса, кг 0,5 без ист пит. 0,26 с ист. пит. - 0,5 -
го
Таблица 12.17
Параметр Автомобильные радиостанции индивидуального пользования
«Алан-100» «Мегаджет» «Онва» «Мидланд 77-094» YOSAN JC-2204JJ/JC-2204R
Диапазон частот, МГц 26,975...27,405 26,975...27.405 26,975...27,405 26,975...27,405 26.975...27,405
Число каналов 40 40 40 40 40+40/80+80
Мощность, Вт 4 4 4 3,5...4 4
Вид модуляции АМ.ЧМ АМ.ЧМ AM AM АМ.ЧМ
Габаритные размеры, мм 31x120x190 49x140x190 49x140x190 34x116x163 40x150x148
Масса, кг 1 1.3 1,3 1.1 -
Питание Аккумулятор, блок питания 13,8 В / 2 А Аккумулятор, блок питания 13,8 В/2 А Аккумулятор, блок питания 13.8 В/2 А Аккумулятор, блок питания 13,8 В/2 А 13,8 ±2,1 В
524 Системы и устройства коротковолновой связи
12. Оборудование КВ радиосвязи
525
Таблица 12.18
Параметр Типы радиостанций
БЗЕ/СВ Д/СВ
Диапазон частот, кГц 26970...27410 27410...27860
Класс излучения АЗЕ, F3E, J3E
Мощность несущей передатчика для класса излучения F3E, Вт, не более 10
Пиковая мощность передатчика для классов из- лучения АЗЕ, J3E, Вт, не более 10
Число частотных каналов 1—44 1-40
Частотный разнос между соседними каналами, кГц 10
Девиация частоты передатчика для класса излучения F3E, кГц 1,8
Полоса частот модуляции, Гц 300...2700
Ширина полосы частот излучения передатчика на уровне -30 дБ, кГц, не более для класса излучения F3E для класса излучения АЗЕ для класса излучения J3E 9 10,3 4,3
Относительное отклонение частоты передатчика и гетеродина приемника от номинала, не более для классов излучения АЗЕ, F3E для класса излучения J3E 50-Ю-6 5-1 О’*
Уровень несущей и боковой полосы передатчи- ка для класса излучения J3E, дБ, не более -40
Уровень побочных излучений передатчика, дБ- не более -40
Чувствительность приемника при отношении сигнал-шум 12 дБ, мкВ, не хуже 10
Избирательность приемника по соседнему каналу, дБ, не менее -40
Избирательность приемника по побочным каналам приема, дБ, не менее -40
Интермодуляционная избирательность приемника, дБ, не менее -40
Оформление разрешений на приобретение и эксплуатацию радиостан-
ций производится Главгоссвязьнадзором России.
Эти меры направлены на запрет использования радиостанций, техниче-
ские характеристики которых не соответствуют «Перечню типовых характе-
ристик», а также на пресечение действия радионарушителей и радиохулига-
нов, что, в свою очередь, должно привести к улучшению качества связи
в гражданском диапазоне.
526
Системы и устройства коротковолновой связи
Таблица 12.19
Параметр Значение
Диапазон частот, МГц 25,615...28,315
Число каналов 217FM, 271 AM, 271LSB, 271USB
Виды модуляции AM, FM, SSB, CW
Задание частот СЧ с ФАПЧ
Стабильность частоты, % 0,001
Диапазон рабочих температур, °C -30... +50
Передатчик
Мощность, Вт SSB - 10; PEP - 25
Диапазон модулирующих частот, Гц 450...2500
Подавление несущей, дБ 55
Подавление внеполосных излучений, дБ 50
Приемник
Чувствительность, мкВ (SSB/CW, AM - при отношении (с+ш)/ш 10 дБ; FM - при отношении (с+ш)/ш 20 дБ; SSB/CW AM FM
0,25 0,5 1,0
Избирательность AM/F М SSB/CW
6дБ / ЗкГ ц; 50дБ/9кГц 6дБ/2,1кГц; 60 дБ / 3,ЗкГц
Избирательность по ПЧ, дБ 65
Промежуточные частоты AM/FM SSB/CW
10,695 МГц, 455 кГц 10,695 МГц
Диапазон воспроизводимых частот, Гц 300...2800
Габаритные размеры, мм 60x200x235
Масса, кг 2,25
Питание Аккумулятор, блок питания 13,8 В / 2 А
В табл. 12.19 приведены параметры одной из сравнительно поздних
моделей радиостанций диапазона 27 МГц - «Алан-87» [143].
Номенклатура оборудования КВ радиосвязи, выпускаемого в нашей
стране и за рубежом, чрезвычайно широка. Применение современных техно-
логий, новейших достижений дают возможность обеспечить высокое каче-
ство передачи различных видов информации и значительно расширить
функциональные возможности КВ аппаратуры, делая ее пригодной для ре-
шения самых разных задач. Помимо этого современное оборудование отли-
чает высокая степень автоматизации, что наряду с другими преимущест-
вами позволяет использовать его в автоматизированных системы КВ ра-
диосвязи и интегрировать с другими сетями I вязи.
13. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ С ВЫНЕСЕННЫМ
РЕТРАНСЛЯЦИОННЫМ ПУНКТОМ
13.1. Эффективность системы связи
с вынесенным ретрансляционным пунктом
Общие сведения. Ниже приведены результаты комплексного экспери-
ментального исследования зоновой системы КВ радиосвязи с вынесенным
ретрансляционным пунктом (ВРП), позволившие обосновать ее преимущест-
ва по отношению к системе с прямыми связями. Различные варианты по-
строения зоновой системы радиосвязи можно сравнивать по одному из из-
вестных показателей качества. Однако существенно повысить надежность и
достоверность результатов сравнения позволило использование комплекса
различных показателей качества, таких как частость ошибок и сверхпорого-
вые временные искажения (СПВИ), функции надежности, отношение сигнал-
помеха (ОСП).
Методика экспериментальных исследований. При проведении экс-
периментальных исследований была использована автоматизированная сис-
тема сбора и обработки данных (АССОД). Это позволило резко повысить
точность измерений и производительность труда при проведении экспери-
мента, оперативно менять его программу, сократить время получения досто-
верных данных и расходы на проведение исследований.
Структурная схема эксперимента представлена на рис. 13.1 [26]. Она
включает в себя прямую трассу (Передатчик Ш-Приемник Пр1), составную
трассу с ретрансляцией (П2-ВРП-Пр2), состоящую из двух односкачковых
ионосферных радиолиний с протяженностью, близкой к оптимальной (около
2,5 тыс. км). Излучение сигналов обеспечено передатчиками, расположенны-
ми в пункте А. Ретрансляцию на ВРП осуществляют с регенерацией сигнала с
помощью регенератора типа «Кварц» [20]. Это позволило исключить накоп-
ление искажений на составных трассах. Сигналы с обеих трасс принимаются
в пункте В. Там же находилась измерительная аппаратура (ИА) АССОД. Для
более полной оценки эффективности используемых радиолиний, имитирую-
щих зоновую систему связи «напрямую» и с ВРП соответственно, с помощью
датчиков, входящих в состав АССОД, оценивалось одновременно несколько
параметров принимаемых сигналов: частость ошибок и СПВИ, напряжен-
ность поля, ОСП, а также корреляция между различными параметрами сиг-
нала. Для экономии измерительной аппаратуры измерения проводили попе-
ременно на прямой трассе и на трассе с ретрансляцией путем коммутации
сигналов на входе АССОД. Длительность сеанса выбирали из необходимости
528
Системы и устройства коротковолновой связи
Рис. 13.1
получения надежной оценки при измерении
частости ошибок и СПВИ до 10“5. Для этого
в каждом сеансе анализировали свыше 100
тыс. телеграфных посылок. Результаты из-
мерений регистрировались автоматически
на бумаге с помощью электрической печа-
тающей машинки (ЭПМ) и дублировались
на магнитной ленте с помощью встроенно-
го в микроЭВМ накопителя (НМЛ).
Экспериментальная оценка эффек-
тивности ретрансляции проведена на осно-
ве статистических измерений частостей
ошибок и СПВИ, анализа временных ис-
кажений (ВИ) и ОСП при приеме сигналов
на прямой трассе и с ретрансляцией. Пара-
метры и техническая оснащенность ис-
пользуемых радиотрасс сведены в табл.
13 1. Условия эксперимента были следую-
щими: для группы трасс I измерения про-
водили в дневные часы весной и летом
1983 г. в режиме ЧТ-400 и ЧТ-500 на тест-
сигнале 1:1 при скорости передачи 200
бит/с; для группы трасс II - в дневные часы
летом-осенью 1984 г. в режиме ЧТ-500 на
тест-сигнале 1:1 при скорости манипуля-
ции 200 бит/с.
Кроме того, оценивали относительный выигрыш по напряженности по-
ля в точке приема на односкачковой радиотрассе по сравнению с короткими
(до 600 км) трассами. Эти измерения проводили с помощью стандартного
измерителя напряженности поля (ИНП), в состав которого входят селектив-
ный микровольтметр SMV-6.1 и усилитель FMA-6.1 с диапазонными магнит-
ными антеннами с калиброванными параметрами (см. табл. 13.1, группа трасс
III). Передатчик на ВРП работал в режиме телеграфирования ЧТ-500 на сиг-
нале манипуляции 1:1 со скоростью передачи 200 бит/с. При этом одновре-
менно измеряли напряженность поля сигнала, частости ошибок и СПВИ.
Уровень помех на рабочих частотах периодически фиксировали при выклю-
ченном передатчике. Напряженность поля на трассе 11 сравнивали с напря-
женностью поля на трассах 5... 10 (см. табл. 13.1). Измерения проводили в
дневные часы зимой 1985 г.
Комплексное оценивание условий приема по первичным и вторичным
параметрам сигнала позволило получить наиболее полные характеристики
исследуемых трасс, оценить эффективность применения ВРП, проследить
закономерности изменения указанных параметров во времени.
34 - 5869
Таблица 13.1
Номер Характеристики трассы
Группы Трассы ПунктА Р„, кВт ВРП Пункт В Поддиапазон частот, МГц; протяженность трасс, км
Прием Передача
I 1 А*3:БС-1 3’’;РГД АУРК; А'3:БС-2 15...20; 2x2500
2 5; ВГДШ-8 без ретрансляции А*3:БС-2 5...10; 600
II 3 5; ВГДШ *2 А*3:БС-2 5; РГД А'3:БС-1 10.. 15; 2x2000
4 5; ВГДШ без ретрансляции А*3:БС-2 2...5; 400
III 5 1;ВГДШ то же ВГДШ 5...10; 420
6 1. ВГДШ » ВГДШ 5... 10; 450
7 1; ВГДШ » ВГДШ 3...5; 150
8 1;ВГДШ » ВГДШ 3...5;600
9 1; ВГДШ » ВГДШ 5...10; 350
10 1;ВГДШ » ВГДШ 3...5; 340
11 I; РГ » БС-2 10...15, 2260
IV 12 5; РГ » БС-2
'' Парциальная мощность в канапе частотного уплотнения системы АУРК.
" V-образная антенна.
’’ Работа в режиме сдвоенного приема с пространственным разнесением.
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП 529
530
Системы и устройства коротковолновой связи
Анализ результатов. Для КВ радиоканала характерным является то,
что его параметры непрерывно изменяются. Это приводит к непрерывному
изменению во времени условий приема. Поэтому данные, полученные в экс-
перименте, были рассортированы по сеансам на отдельные группы в зависи-
мости от качества приема, как показано в табл. 13.2 126]. Здесь к - группа ка-
чества, Рк - соответствующая ей частость ошибок или СПВИ.
Таблица 13.2 Подсчитывали число сеансов в каждой группе качества и общее число сеансов измере-
к Л ния. По полученным данным определяли зави-
1 >10’’ симость надежности приема от частости ошибок
2 Ю^-.-Ю2 (или СПВИ) по формуле
3 4 ИГ2...1(Г3 КГ3... КГ Г 1 4-1 ' Г|* = 1 — У nki 100%, где - число сеансов,
5 6 юЛ.,10’5 <10-5 1 п '' J характеризуемых определенной достоверностью
п - общее число сеансов.
Надежность приема тц. определяли процентом времени, в течение кото-
рого достоверность связи оказывалась не ниже заданной. На рис. 13.2 приведе-
ны графики т] =f(Pk), аппроксимирующие зависимость надежности приема от
частости ошибок для трасс 1 и 2 (см. табл. 13.1), построенные в логарифмиче-
ских координатах. В табл. 13.3 приведены сравнительные данные по надежно-
сти приема на прямой и составной трассах при разных частостях ошибок и со-
ответствующие выигрыши по надежности Лтр- (в скобках указаны значения для
режима ЧТ-400).
Согласно рис. 13.2 и данных табл. 13.3 применение составной трассы с
ВРП для организации связи между близкорасположенными (600 км) абонен-
тами обеспечивает более надежный прием по сравнению с прямой связью
независимо от разноса частот. Необходимо отметить, что выигрыш по надеж-
Рис. 13.2
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
531
Таблица 13.3
Вид приема, № трас- сы т]* %, при значениях вероятности Р*
5-Ю'2 510’3 5-10^ 51O'5
Прямой, № 2 Ретрансляционный, № 1 Выигрыш Дт|* % 87 (98) 97 (99,8) 10(1,8) 68 (94) 86 (99,1) 16(5,1) 43 (86,5) 63 (97) 20 (10,5) 20 (73) 33 (91,5) 13 (18,5)
ности имеет тенденцию к возрастанию с повышением помехоустойчивости
приема; применение ретрансляции, повышая в целом достоверность приема,
уменьшает разброс частости ошибок в диапазоне изменения надежности; эф-
фективность ретрансляции повышается при снижении общей надежности
связи. Это особенно четко указывает на целесообразность применения ВРП
для улучшения качественных характеристик канала связи.
Проведенные исследования статистики СПВИ показали преимущество
радиотрассы с ретрансляцией сигнала. Причем огличие по СПВИ в иссле-
дуемых радиоканалах тем больше, чем лучше общее качество канала. На
рис. 13.3 и 13.4 представлены зависимости надежности приема, вычисленные
по частостям ошибок (сплошная линия) и СПВИ (штриховая) для радиотрасс
прямой связи и с ретрансляцией. Обозначения трасс даны в соответствии
с табл. 13.1. Максимальная разница между зависимостями т] от частостей
ошибок Рош и СПВИ Рь в большинстве случаев не превышает 15%, что кос-
венно подтверждает наличие взаимосвязи между ними. В результате были по-
лучены гистограммы распределений помеха-сигнал (рис. 13.5) для трасс № 3
и № 4. Из анализа гистограмм видно, что трассу с ретрансляцией сигнала ха-
рактеризует меньший средний уровень ОСП и меньшая дисперсия.
34*
Рис. 13.3
532
Системы и устройства коротковолновой связи
Сравнительная оценка условий приема на трассах малой (менее 600 км)
и средней (2...3 тыс. км) протяженности показала, что односкачковая ионо-
сферная трасса средней протяженности обеспечивает больший уровень на-
пряженности поля по сравнению с короткими трассами вне зависимости от
времени суток, что подтверждает теоретические расчеты. Максимальный от-
носительный выигрыш от перехода к односкачковой ионосферной трассе со-
ставил около 12 дБ. Следует при этом иметь в виду, что в реальных условиях
выигрыш по уровню сигнала на входе приемника значительно возрастет за
счет усилительных свойств магистральных антенных систем, используемых
обычно на типовых трассах данной категории. Поэтому реальный выигрыш -
примерно 20...25 дБ.
Рис. 13.5
Таким образом, экспериментальная проверка эффективности на реаль-
ных трассах показала, что зоновая система радиосвязи с ВРП обеспечивает
более надежный прием по сравнению с системой с прямыми связями незави-
симо от ее качества. Этот вывод подтвержден при оценке качества связи как
по критерию ошибок, так и по критерию СПВИ. Эффективность ретрансля-
ции на исследованных трассах возрастает с уменьшением надежности связи.
Использование ретрансляции приводит к сглаживанию процесса изменения
параметров принимаемого сигнала, уменьшению разброса их значений при
одновременном повышении достоверности приема. Анализ корреляции оши-
бок и СПВИ подтвердил возможность оценивания помехоустойчивости дей-
ствующих радиоканалов по критерию СПВИ. Наиболее полные характери-
стики КВ канала радиотелеграфной связи можно получить с помощью ком-
плексной оценки условий приема по первичным и вторичным параметрам
принимаемого сигнала.
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
533
13.2. Корреляция между параметрами принятого
радиотелеграфного сигнала
В данном параграфе изложены результагы экспериментального иссле-
дования статистической взаимосвязи между различными параметрами при-
нимаемого радиотелеграфного сигнала. Исследование корреляции между па-
раметрами принимаемого сигнала позволяет оценить применимость различ-
ных показателей качества канала связи для оценки верности принимаемой
информации.
Методика исследований. Исследование взаимной корреляции между
различными параметрами принятого радиотелеграфного сигнала проводили
комплексно с другими экспериментальными исследованиями на трассах 1-4,
11 и 12 (см. табл. 13.1). При поэлементном приеме тест-сигнала 1:1, переда-
ваемого по исследуемым радиолиниям со скоростью 200 бит/с в режиме теле-
графирования ЧТ-500, с помощью измерительной аппаратуры АССОД анали-
зировали ВИ и одновременно регистрировали ошибки и СПВИ, а также фик-
сировали отношение помеха-сигнал или уровень сигнала на выходе детекто-
ра цепи автоматической регулировки усиления (АРУ) радиоприемного уст-
ройства (РПУ). При этом порог регистрации СПВИ был выбран равным 40%
номинальной длительности телеграфной посылки. Измеряли отдельными се-
ансами, в каждом из которых анализировали по 105 элементарных телеграф-
ных посылок.
Отношение помеха-сигнал измеряли с помощью прибора «Оптима»
[50] при программной записи его показаний, преобразованных с помощью
АЦП в цифровую форму, с интервалами в 1 с в ячейки памяти микроЭВМ
АССОД. Аналогично измеряли уровень сигнала при подключении к АССОД
вместо прибора «Оптима» цифрового вольтметра ЦВ, фиксирующего ежесе-
кундные отсчеты напряжения на выходе детектора АРУ приемника.
По полученным в течение каждого сеанса измерений данным микро-
ЭВМ АССОД вычисляла следующие статистические характеристики: час-
тость ошибок Pouii и СПВИ Ры, гистограммы ВИ, среднее значение и диспер-
сию отношения помеха-сигнал, среднее за замер значение и дисперсию
уровня сигнала; по гистограммам ВИ рассчитывали также среднее значение
модуля ВИ Эти характеристики качества принятого телеграфного сигнала
использовали для корреляционного анализа. Степень статистической взаимо-
связи оценивали по коэффициенту корреляции.
Коэффициент корреляции любой из пар исследуемых статистических
параметров х и у рассчитывали по формуле [147]
’ (13Л>
где значения эмпирического корреляционного момента и дисперсии соответ-
ственно:
534
Системы и устройства коротковолновой связи
П ,=1 (13.2)
oz =-Jxf-(x)2; п 1=1 (13.3)
O2v =-SzZ-(j)Z • n ,=1 (13.4)
Средние значения величин x и у
й* -1 с и 1 ч (13.5)
-1 « II 1 (13.6)
Для полученного объема выборки п (числа проанализированных сеан-
сов измерений) оценивали границы доверительного интервала, в котором с
заданной наперед вероятностью Рд заключено реальное значение коэффици-
ента корреляции R*^. Расчеты границ проводили по формуле [147]
1 — /?2 1 —
-7=^ < -р l - (13.7)
УП УП
где tq - множитель, связанный с доверительной вероятностью Рд соотноше-
нием
РД=2Ф(1Ч), (13.8)
где ф([ )=-;__\е 2 dt - интеграл вероятности. При Рд=0,95 tq= 1,96.
л/2л 0
Результаты эксперимента. По полученным на трассах № 1 и № 2 (см.
табл. 13.1) предварительным экспериментальным данным с использованием
(13.1)-(13.8) был рассчитан определяемый по всем группам качества коэф-
фициент корреляции Лош 6 инт. В результате Лош 8 инт = 0,72, что несколько ниже
приведенных в [20] данных. Это объясняется недостаточным объемом вы-
борки, из-за чего полученная оценка коэффициента 7?Ошбиит является весьма
приближенной. Поскольку условия проведения эксперимента изменялись во
времени и от трассы к трассе, то корреляционный анализ прово тили диффе-
ренцированно по группам качества, определяемым согласно табл. 13.2. Так,
результаты вычислений Т?Ош8 для групп качества 3, 4 и 5 по данным измере-
ний на трассах № 1 и № 2, а также соответствующие им оценки доверитель-
ных границ, найденные при Рд = 0,95, приведены в табл. 13.4.
Как следует из табл. 13.4, степень корреляции между частостями оши-
бок и СПВИ снижается с повышением качест ва канала связи, что противоре-
чит теоретическим выводам. Это связано, главным образом, с недостаточным
объемом статистических данных в группах с повышенным качеством (А>4),
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
535
Таблица 13.4
Группа качества, к Коэффициент корреляции, ЛОШ5 Границы доверительного интервала при Ря= 0,95
3 0,88 0,82...0,94
4 0,59 0,49...0,69
5 0,36 0,12...0,60
что выражается в существенном расширении доверительного интервала
оценки 2?ош s и приводит к ее несостоятельности. Поэтому результаты оцени-
вания взаимной корреляции между Рош и Р& уточняли при испытаниях на дру-
гих радиотрассах.
На рис. 13.6 в координатах Рош, Р& точками показаны частости ошибок
и СПВИ, найденные по результатам измерений на трассе 12 (см. табл. 13.1).
Из анализа рис. 13.6 можно видеть, что при повышении верности приема ин-
формации, определяемой по значению РОш. дисперсия частости СПВИ замет-
но уменьшается. Это одновременно сказывается и на усилении корреляции
между этими параметрами. Поскольку регрессия величин РОш и Pg в первом
приближении линейна (см. рис. 13.6), то коэффициент корреляции /?оша дос-
таточно полно характеризует степень их статистической взаимосвязи. Коли-
чественные оценки корреляции частостей ошибок и СПВИ, вычисленные по
пяти группам качества, сведены в табл. 13.5.
Таблица 13.5
Группа качества, к 1 2 3 4 5
^ОШ б -0,004 0,372 0,644 0,721 0,896
536
Системы и устройства коротковолновой связи
Из данных табл. 13.5 следует, что с повышением качества радиоканала
статистическая взаимосвязь частостей Рош и усиливается. Отсутствие кор-
реляции между РОш и Pg при низком качестве связи (группа качества k=Y)
обусловлено, по-видимому, процессом пакетирования ошибок, возникающим
при значительном ослаблении уровня сигнала или увеличении интенсивности
действующих в канале помех. При этом наблюдаются «слияние» и «выпаде-
ние» посылок, сопровождающиеся уменьшением числа границ посылок на
приеме относительно переданных. При отсутствии перемен знака регистра-
ция СПВИ невозможна, поэтому отмечается превышение частости ошибок
над частостью СПВИ.
В табл. 13.6 приведены результаты вычислений коэффициента корре-
ляции РОш s с оценками доверительных границ для групп качества 3 и 4, про-
веденных по экспериментальным данным измерений на различных радио-
трассах.
Таблица 13.6
Номер радиотрассы Коэффициент корреляции /?ош8 Оценка границ доверитель- ного интервала при Рл=0,95
1 0,89 0,87...0,91
2 0,96 0,956...0,964
3 0,80 0,70...0,90
4 0,84 0,76 ..0,92
11 0,76 0,685...0,835
12 0,68 0,622...0,738
Анализ данных табл. 13.6 показывает, что коэффициент корреляции Рошб,
изменяясь в небольших пределах от одной радиотрассы к другой из-за сезон-
ных колебаний условий распространения радиоволн ДКМ диапазона и флук-
туаций интенсивности различных помех, все же остается достаточно боль-
шим. Это также указывает на целесообразность текущего автоматического
контроля верности информационного обмена по ВИ двоичных сигналов.
При эксперименте по оценке взаимосвязи ошибок и ВИ на трассе № 11
(см. табл. 13.1) исследована зависимость коэффициента корреляции 7?ош а от
положения порога регистрации СПВИ. Для этого порог регистрации СПВИ 8П
изменяли в диапазоне 15...45%. Полученная экспериментальная зависимость
Т?ош8 = <р(5п) показана на рис. 13.7. Она представляет собой монотонно возрас-
тающую в указанном интервале значений функцию. При 8П = 45%
Рош а = 0,84, оставаясь с доверительной вероятностью Ра = 0,95 в интервале
0,72...0,96. Следует, однако, отметить, что при измерении использовали вхо-
дящую в состав АССОД регистрирующую аппаратуру с расчетной исправ-
ляющей способностью рр = 48%. При использовании же регенераторов с бо-
лее низкой исправляющей способностью р' (например, абонентского теле-
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
537
графного аппарата) максимум коэффициента
корреляции должен наблюдаться при положе-
нии порога 8П вблизи ц'. На положение мак-
симума исследуемой зависимости могут вли-
ять также наличие и степень дроблений дво-
ичных посылок, имеющих несколько иную
природу возникновения, чем ВИ телеграфных
сигналов. Таким образом, для конкретных ус-
ловий работы и используемой регистрирую-
щей аппаратуры существует пороговое значе-
ние регистрации СПВИ, оптимальное в смыс-
ле максимума корреляции между частостями
ошибок и СПВИ.
Корреляционный анализ частости ошибок и среднего за замер отноше-
ния помеха-сигнал не выявили прямой взаимосвязи между этими параметра-
ми, хотя при усреднении за очень большие временные интервалы и наблюда-
лось сходство в тенденциях их изменения. Оценивание корреляции между
частостью ошибок и дисперсией отношения помеха-сигнал также не обнару-
жило определенной взаимосвязи этих характеристик. Неинформативность
среднего значения отношения помеха-сигнал объясняется тем, что в услови-
ях замираний сигнала и помех ошибки возникают при превышении уровня
помех над уровнем полезного сигнала. Поэтому вероятность ошибки опреде-
ляется вероятностью появления больших отношений помеха-сигнал, а не
средним его значением. Отсутствие корреляционной связи между частостью
ошибки и дисперсией отношения помеха-сигнал, вероятно, связано с много-
лучевым характером распространения радиоволн ДКМ диапазона, при кото-
ром флуктуации значений этого отношения не оказывают существенного
влияния на качество связи. Определяющее значение при этом приобретают
отношение амплитуд и относительное временное запаздывание приходящих
в точку приема лучей.
На основании анализа можно заключить, что измерители отношения по-
меха-сигнал, подобные прибору «Оптима», нельзя использовать в качестве ос-
новных датчиков для оперативной оценки состояния каналов в автоматизиро-
ванной системе КВ радиосвязи. Их можно применять в качестве вспомогатель-
ного устройства оценки качества каналов в комплексе с другими датчиками.
При испытаниях на трассе № 12 (см. табл. 13.1) были получены данные
о взаимосвязи первичных и вторичных статистических характеристик принято-
го телеграфного сигнала. Взаимную корреляцию между частостями ошибок
Рош и СПВИ Pg, средним значением модуля ВИ у, средним значением и диспер-
сией уровня сигнала на выходе детектора АРУ РПУ оценивали с помощью ко-
эффициента корреляции Rjy согласно (10.1) - (10.6). Сводные данные приведе-
ны в табл. 13.7: УС - среднее значение уровня сигнала, ДС - дисперсия этого
уровня. Общее число проанализированных сеансов измерений было 500.
538
Системы и устройства коротковолновой связи
Таблица 13.7
Параметры ^ош Y Рош-УС - ДС Ръ-УС Pi-ДС
Коэффициент кор- реляции R„ 0,848 -0,370 -0,099 -0,444 -0,146
Оценка довери- тельного интервала при Рл= 0,95 0,823...0,873 -(0,294... ...0,446) -(0,023... ...0,186) -(0,374... ...0,514) -(0,06... ...0,232)
Приведенные в табл. 13.7 данные показывают, что существует корре-
ляция между первичными и вторичными параметрами принятого телеграфно-
го сигнала. Так, коэффициент корреляции между частостью ошибок и сред-
ним значением уровня сигнала получился равным минус 0,37, а между часто-
стью СПВИ и средним значением уровня сигнала минус 0,444. Отрицатель-
ный знак коэффициента корреляции объясняется тем, что при увеличении
уровня сигнала частость ошибок (как и частость СПВИ.) должна падать. Не-
достаточно высокая степень статистической взаимосвязи указанных парамет-
ров, вероятно, обусловлена следующим обстоятельством. Контролируемый
на выходе детектора АРУ уровень сигнала может увеличиваться как из-за
улучшения условий прохождения радиоволн, гак и из-за появления на рабо-
чей частоте интенсивной сосредоточенной помехи или сравнимого по уров-
ню запаздывающего луча, пришедшего в точку приема по другой траектории.
При этом одновременно увеличивается и частость ошибок, что и приводит к
снижению степени взаимосвязи ошибок и уровня сигнала. Поэтому параметр
УС в целом нельзя использовать для оценки качества связи, без учета поме-
ховой обстановки в месте приема и условий распространения радиоволн на
радиотрассе.
Оценивание взаимосвязи между дисперсией уровня сигнала ДС и час-
тостями ошибок и СПВИ показало, что корреляция между этими параметра-
ми практически отсутствует. Поэтому использовать параметр ДС для опера-
тивной оценки качества радиоканала нецелесообразно из-за его низкой ин-
формативности.
Как можно видеть из данных табл. 13.7, коэффициент корреляции меж-
ду Рош и у равен 0,848. Это говорит о том, что кроме частости СПВИ для ко-
личественной оценки верности информационного обмена может быть ис-
пользован параметр принятого телеграфного сигнала у - среднее значение
модуля ВИ.
Ранее отмечалось, что при низком качестве связи из-за эффекта груп-
пирования ошибок оценка по частости СПВИ оказывается завышенной.
В этих условиях наблюдается уменьшение числа зарегистрированных за се-
анс измерений СПВИ при одновременном увеличении числа обнаруженных
ошибок. Корреляция между Рои1 и Р6 может оказаться нелинейной. Для ее
оценки по данным эксперимента были вычислены выборочные корреляцион-
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
539
ные отношения Рош к Р& и, наоборот, Р& к Рош. Для этого весь статистический
материал объема п величин Рош и Р& был сгруппирован по парам и,у, удовле-
творяющим условиям 10~'</’ош< 10-,+1, 1O'J < Р& < 1СГ'+|. Каждой такой паре
л,У приписывали значения Рош, = 5-1(Г' и Р$ = 5-1СР соответственно. Затем оп-
ределяли:
число сеансов измерений с определенным качеством канала при клас-
сификации состояний по частостям ошибок и СПВИ
6
<13-”
6
"» = £",/ (и- ю>
1=1
выборочные средние значения частостей ошибок и СПВИ
1 6
Р = Р (13.11)
ОШ Z J ОНИ OU11
И 7=7
1 6
п У=1
условные выборочные средние этих величин
/ \ 1 6
^Л)=-Х"<Л... аз.Гз)
n&J 1=1
I 6
Вдш.)=—(13Л4)
«ОШ. J=1
После чего рассчитывали эмпирические корреляционные отношения
^ш6 = ^8Д^(^)-^]2/Х«ошХ^ш. -^ш)2 : <13Л5>
Айош = ^Нош.^ош.)- РьХ/JXfc - • (13Л6)
В результате расчетов по (13.9)-(13.16) получили 2^5 = 0,88 и
Аз ош = 0,96. Близость этих значений к единице позволяет утверждать, что су-
ществует высокая степень нелинейной статистической взаимосвязи между
частостями ошибок и СПВИ.
Таким образом, доказано, что оценивать качество КВ радиоканала по
вторичным статистическим характеристикам (частости СПВИ и среднему
значению модуля ВИ) более информативно и эффективно, чем по первичным
параметрам принимаемого телеграфного сигнала. Для повышения точности
контроля качества каналов связи целесообразно обрабатывать в совокупности
результаты измерения как первичных, так и вторичных параметров принято-
го радиотелеграфного сигнала.
540
Системы и устройства коротковолновой связи
13.3. Влияние условий распространения радиоволн
на качество радиотелеграфного сигнала
Существенно расширить информацию о качестве канала связи можно,
используя помимо совокупной обработки первичных и вторичных параметров
теле1рафных сигналов также и анализ состояния трасс путем зондирования
ионосферы. В [149] приведены экспериментальные данные, подтверждающие
качественную взаимосвязь между отклонениями рабочей частоты от опти-
мальной и ухудшением качества связи, сопровождающимся увеличением числа
ошибок и СПВИ. Однако эти данные получены по результатам прогноза ОРЧ и
не всегда соответствуют действительному состоянию ионосферы. Не имеется
однозначных данных по взаимосвязи результатов наклонного зондирования и
изменениями уровня принимаемого сигнала. Поэтому интересны приведенные
в [26] данные об итогах экспериментальных исследований первичных и вто-
ричных параметров сигнала совместно с данными наклонного зондирования.
Цель и методика эксперимента. Цель эксперимента - оценить сле-
дующие характеристики:
1) надежность радиоканала по критерию частости ошибок (ОШ) и ВИ;
2) взаимную корреляцию между ошибками, СПВИ и УС на выходе де-
тектора АРУ РПУ;
3) суточное распределение частости ошибок, ВИ (включая СПВИ) со-
вместно с данными наклонного зондирования и частотного расписания;
4) взаимную корреляцию максимальных наблюдаемых частот (МНЧ)
с параметрами ОШ, СПВИ и средними значениями УС.
Измерения проводили на трассе меридионального направления протя-
женностью 650 км в мае 1987 г. круглосуточно. Одновременно осуществляли
ежечасное наклонное зондирование трассы с помощью аппаратуры НАИС
[93]. По данным зондирования в соответствии с краткосрочным прогнозом
выбирали частоту связи, свободную от существенных сосредоточенных по-
мех. Далее настраивали приемную и передающую аппаратуру, измеритель-
ный комплекс АССОД, обеспечивали вхождение в связь и начинали измере-
ния. Связь осуществляли в основном на частоте, близкой к 7,5 МГц.
По радиолинии передатчиком мощностью около 5 кВт с антенной РГ
передавали тест-сигнал 1:1 (точки) при скорости манипуляции 200 Бод в ре-
жиме телеграфирования ЧТ-500. Прием осуществляли магистральным РПУ
типа КМПУ на пространственно разнесенные антенны БС-2. Сигнал был вы-
бран из условия минимизации манипуляционных помех из-за случайной его
структуры.
Упрощенная структурная схема измерений показана на рис. 13.8. То-
нальный манипулированный сигнал с выхода РПУ проходит через тональный
усилитель - выпрямитель ТУВ и преобразуется в периодическую последова-
тельность импульсов постоянного тока. Под влиянием помех смещаются во
времени фронты детектированного сигнала относительно их номинального
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП 541
положения (ВИ) на некоторую величину 5. В измерительном комплексе ИК
оценивается 5, для чего формируются четыре временных зоны в процентах от
номинальной длительности элементарного сигнала То: 10...20, 20...30, 30...40
и 40...50%. По данным о числе искаженных фронтов в соответствующей
временной зоне и общем их числе за сеанс измерений определяли частость
искажения Ръ,-, (г - номер зоны искажения). Для оценки СПВИ учитывали
фронты четвертой зоны; при этом частость СПВИ определяли по значению
Р&п, где бп - порог СПВИ. Частость ошибок оценивали значением Рош.
Рис. 13.8
Одновременно с измерениями ВИ, СПВИ, ОШ с помощью цифрового
вольтметра ЦВ фиксировали уровень сигнала с выхода детектора АРУ при
емника. Уровень отсчитывали через интервал Ar = 1 с. Данные по ОШ, ВИ,
СПВИ и УС обрабатывали по разработанной программе в ЭВМ и фиксирова-
ли печатающим устройством ЭПМ и магнитным носителем НМЛ. Для обра-
ботки и хранения информации о первичных и вторичных параметрах сигнала
в едином масштабе устанавливали время по индикатору времени ИВ.
Измерения ОШ, ВИ и СПВИ проводили непрерывно отдельными сеан-
сами продолжительностью около 10 мин каждый, при которой достоверная
оценка канала получилась при вероятности ошибки до 10”5. При скорости
манипуляции 200 Бод за сеанс измерений анализировалось 105 элементарных
сигналов (за час проводилось шесть сеансов измерений). При появлении со-
средоточенной помехи, влияющей на качество приема, передатчик переходил
на другую частоту из числа разрешенных, по возможности близкую к реко-
мендуемой. Прием на рекомендованной частоте продолжали вплоть до зна-
чительного ухудшения связи, сопровождающегося увеличением частости
ошибок до значений около 0,5, когда поток ОШ определялся, в основном,
уже шумами. После этого передатчик переходил на частоту, обеспечиваю-
щую уверенный прием сигналов.
Результаты эксперимента. Результаты обрабатывали в следующей
последовательности:
1) по каждому сеансу определяли частости Pbll Р&п и Рош;
2) по значению Рои1 весь массив сеансов разбивали на отдельные груп-
пы качества к в соответствии с табл. 13.2, в каждой из которых подсчитывали
число сеансов щ;
542
Системы и устройства коротковолновой связи
3) определяли характеристики надежности приема (относительное вре-
мя работы канала с заданной потерей достоверности Рош) как интегральную
функцию распределения т] =
•100% , где п - общее число сеансов
измерений;
4) аналогично п. 3 обрабатывали данные по С11ВИ;
5) в пределах каждого состояния канала, определяемого группой каче-
ства к, оценивали известными способами коэффициенты корреляции сле-
дующих пар параметров сигналов- ОШ-СПВИ, ОШ-УС, СПВИ-УС;
6) находили суточный ход частостей ОШ и СПВИ для каждого дня экс-
перимента и сопоставляли с данными наклонного зондирования. Поскольку
эти данные поступали один раз в час, то результаты измерений параметров
сигнала, получаемые за шесть сеансов в час, усредняли для каждого часа.
Дополнительно определяли суточный ход частостей ОШ и СПВИ, усреднен-
ный за все время эксперимента.
В результате эксперимента были получены следующие данные.
1. Оценка характеристик надежности радиоканала по интегральным
функциям ц = <р(Рош) и ц = <р(Р5п). Соответствующие аппроксимированные за-
висимости, построенные в логарифмически нормальном масштабе для четы-
рех рабочих частот, приведены на рис. 13.9; сплошные линии на этом рисун-
ке характеризуют качество приема по ОШ, штриховые - по СПВИ. Согласно
зависимостям рис. 13.9 исследуемая трасса отличается сравнительно высокой
средней надежностью: при Рош = Р&п = 104 связь обеспечивается в 80% вре-
мени. Пологий ход зависимостей в среднем характеризует постоянство пара-
метров трассы, а близость характеристик 1, 4 и 2, 3 позволяет оценивать ка-
чество приема не только по критерию ОШ, но и СПВИ.
2. Суточные изменения частостей ошибок, ВИ и СПВИ можно проил-
люстрировать диаграммами рис. 13.10, полученными усреднением значений
ОШ и СПВИ за время проведения эксперимента при круглосуточной связи.
Из диаграмм видно, что минимальные значения ОШ и СПВИ наблюдаются
в основном днем, поскольку в это время рабочая частота/р наиболее близка к
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
543
Рис. 13.10
оптимальной. Изменения частости и абсолютные значения ОШ и СПВИ
близки друг к друг}’, что подтверждает тесную взаимосвязь между этими па-
раметрами. При плохом качестве канала (Рош >5-102) частость ошибок не-
сколько превышает частость СПВИ из-за слияния элементов сигнала и, как
следствие, уменьшения числа его фронтов. В целом же для контроля и про-
гнозирования качества канала связи важна не столько близость абсолютных
значений ОШ и СПВИ, сколько их тенденция изменения во времени.
При эксперименте сопоставляли суточные изменения ОШ, ВИ и СПВИ с
ходом МНЧ различных слоев ионосферы по отдельным дням Таким образом,
результаты суточного хода анализировали не по усредненным данным, а диф-
ференцированно по дням эксперимента. На рис. 13.11, a-в приведены зависи-
мости частостей Р&, Рь„ и Рош от времени на 14 мая 1987 г.; на рис. 13.11, г по-
казан суточный ход МНЧ для различных слоев, полученных по ионограммам
наклонного зондирования. Здесь же представлены/мнч по каждому слою.
Анализируя зависимости рис. 13.11, можно отметить, что ночью резко
возрастают частости ВИ2-ВИ4, СПВИ и ОШ. Это можно объяснить прибли-
жением МНЧ слоя F2 к/р, причем максимального значения (около 5-1СГ2)
частости ошибок и СПВИ достигают, когда/,>МНЧ F2 (02...06 ч). Далее из-
за кратковременного появления слоя Es (с 06 ч) частость ОШ и СПВИ резко
уменьшается. После появления слоя Е с 08 ч качество канала поддерживается
очень хорошим. Выбросы частости ОШ при малой частости СПВИ (с 09 по
10 ч и с 11 по 12 ч) можно объяснить лишь влиянием аддитивных помех.
Днем отражение, по-видимому, происходит в основном от слоев Fi и F2. Час-
тоты слоев F1 и F2 принимают значения около 9 МГц, т.е. отношение
/р/МНЧ = 0,8...0,85 и является оптимальным: /р=ОРЧ [149]. Наличие дру-
гих мод не вносит ошибок, так как максимальное время многолучевости со-
ставляет в этот период 0,8...0,9 мс, что влечет за собой увеличение частостей
ВИ лишь в первой (ВИ1) и второй (ВИ2) зонах.
эчч
Системы и устройства коротковолновой связи
г)
Рис. 13.11
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
545
В слое Е сигнал испытывает незначительное поглощение. Несмотря на
многолучевость качество связи днем остается высоким. С исчезновением
слоя Е (после 19 ч) и уменьшением МНЧ слоя F] ниже fp (после 18 ч), высо-
кое качество канала поддерживается слоем Es до 22 ч. Затем резко возросли
частости ОШ и СПВИ, несмотря на однолучевое распространение от слоя F2.
Сравнивая прогноз и реальные значения МНЧ (см. рис. 13.11, г), можно
отметить, что в большинстве случаев значение fp может быть выше значений,
указанных в прогнозе. Поэтому применение наклонного зондирования на
действующих радиолиниях позволит значительно повысить fp и тем самым
увеличить надежность радиосвязи.
3. В заимную корреляцию МНЧ с ОШ, УС и СПВИ оценивали с помо-
щью выборочного коэффициента корреляции по (10.1)-(10.4).
Результаты корреляционного анализа сведены в табл. 13.8. В группе I
корреляция между х и у оценивалась для всех трех частот, на которых осуще-
ствлялась связь, в группе II - только для частоты, близкой к 7500 кГц, на ко-
торой работали без перерыва трое суток. Согласно данным табл. 13.8 взаимо-
связь между частостями Рош, Pgn и УС с МНЧ достаточна высока. Коэффици-
ент корреляции между частостью Рпш и относительным отклонением /р от
МНЧ слоя F2 (основной отражающий слой для КВ радиолинии) оказался вы-
ше, чем R между Рош и /р/МНЧ. Возможно, это объясняется тем, что при
расчете R между Рош и /р/МНЧ в качестве МНЧ брались не только значе-
ния МНЧ F2, но и значения МНЧ других слоев, которые в момент зондирова-
ния оказались выше МНЧ F2.
Таблица 13.8
Труп- па X У N R
Рош /P/MH4F2 420 0,5335
I Р6п yp/MH4F2 420 0,5293
УС /p/MH4F2 420 -0,631
р 1 ОШ (fp- MH4F,)/MH4F, 420 0,5447
Рош /p/MH4F2 342 0,5638
II Р8п 4/MH4F2 342 0,5571
УС 4/MH4F2 342 -0,7069
Рош (/p- MH4F,)/MH4F, 342 0,5855
35 - 5869
I
il
546
Системы и устройства коротковолновой связи
13.4. Натурное моделирование
зоновой системы КВ радиосвязи
Постановка задачи натурного моделирования. С целью подтвержде-
ния полученных ранее результатов экспериментальной оценки эффективно-
сти применения ВРП как элемента зоновой системы КВ радиосвязи для по-
вышения устойчивости и надежности информационного обмена между кор-
респондентами такой системы летом 1991 г. были проведены повторные экс-
периментальные исследования [48]. Эти исследования проводились по разра-
ботанной в МТУСИ «Программе и методике натурного моделирования эле-
ментов системы зоновой декаметровой радиосвязи с централизованным
управлением» и включали в себя:
• сравнительную оценку надежности радиосвязи на трассах малой про-
тяженности и оптимальных односкачковых трассах;
• проверку эффективности применения вынесенного ретранслятора для
обеспечения устойчивости и надежности связи на КВ радиолиниях малой
протяженности;
• сравнение качественных показателей трасс малой протяженности и
составной двухпролетной трассы, являющейся элементарным звеном систе-
мы связи с ВРП и представляющей собой совокупность двух оптимальных
односкачковых радиолиний.
В качестве критерия сравнения была принята надежность связи при за-
данной достоверности - важнейший эксплуатационный показатель любой
системы радиосвязи. Сравнительная оценка верности передачи информации
производилась при использовании на испытуемых радиолиниях тест-
сигналов при одинаковых радиосредствах и оконечной аппаратуре.
Объем, содержание и материальное обеспечение сравнительных
натурных испытаний. Натурные испытания проводились с 4 июля по 18
июля 1991 г. на радиолинии Кемерово-Новосибирск протяженностью 200 км,
а также на составной двухпролетной радиолинии Кемерово-Джамбул-
Новосибирск с протяженностью пролетов 1700 км и 1600 км с ретрансляцией
и регенерацией сигнала в Джамбуле. Измерения проводились на базе ста-
ционарных узлов связи СибВО в Новосибирске и ТуркВО в Джамбуле, а так-
же полевой станции узла связи в г. Кемерово.
Исследования проводились передачей, приемом тестовых рекуррент-
ных последовательностей максимальной длительности с периодом 29-1 бит
при использовании устройств преобразования сигналов (УПС-Р) для переда-
чи по КВ радиоканалу одного потока дискретной информации со скоростью
1200 бит/с с обеспечением обмена служебными формализованными коман-
дами между операторами. Обмен тестовыми сигналами происходил в дуп-
лексном режиме.
Для получения статистических данных, достаточно полно учитываю-
щих случайный характер и нестационарность условий работы на коротких
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
547
волнах (с учетом ограниченного времени испытаний), натурные испытания
проводились круглосуточно с частой сменой рабочих частот. Интервал смены
частот составлял 1 ч. Радиочастоты, пригодные по условиям распространения
для данной трассы, сменялись по подготовленному графику без предваритель-
ного опробования на занятость. При назначении частот использовались данные
долгосрочного прогноза с исключением участков, занятых радиовещанием
и фиксированными службами, а также номиналов, выделенных для текущей
работы радиосредств. Разнос между частотами приема и передачи выбирался
с учетом обеспечения электромагнитной совместимости используемых радио-
средств в условиях размещения на задействованных узлах связи.
С целью получения объективных данных о работе и надежности срав-
ниваемых радиолиний в условиях воздействия случайных помех различной
структуры испытания проводились: на трассе Ксмерово-Новосибирск на 78
(в диапазоне 3...9 МГц), а на трассе Кемерово-Джамбул-Новосибирск на 103
(в диапазоне 10...20 МГц) различных частотах в зависимости от времени
суток согласно частотного расписания. Для четных и нечетных дней были
составлены различные расписания.
С целью минимизации разноса по времени сопоставляемых результатов
испытаний в условиях дефицита радиосредств (на узлах связи в городах Но-
восибирск и Кемерово при испытаниях имелось в распоряжении по комплек-
ту аппаратуры, обеспечивающей проведение измерений только на одной дуп-
лексной радиолинии), смена трассы производилась каждый час.
Продолжительность единичного сеанса измерения качества приема ин-
формации была выбрана ориентировочно соответствующей продолжительно-
сти сеансов связи в реальных условиях эксплуатации радиосредств при пере-
даче телеграмм (ТЛФ переговоров).
При оценке качества канала по частости искажений двоичных сигналов
длительность сеанса измерений выбиралась равной 10s тактов, что при скоро-
сти 1200 бит/с составляло 84 с.
Частость ошибок по символам фиксировалась с помощью приборов АТ-
3029 (АТ-3028) при обмене информацией по КВ радиоканалу через УПС-Р АТ-
3004 Д на установленной скорости передачи в режиме одинарного приема.
При испытаниях использовались передатчики мощностью 1 кВт. В Ке-
мерово и Джамбуле применялись ненаправленные антенны типа ВГД или
ВГДШ. В Новосибирске использовалась направленная антенна РГД при ра-
боте на составную радиолинию и антенна типа ВГД при работе на короткую.
Из за применения направленной антенны радиолиния Новосибирск-
Джамбул-Кемерово имела лучшую энергетику, чем обратная Кемерово-
Джамбул-Новосибирск, что позволило оценить эффективность применения
у корреспондентов зоновой системы направленных антенн.
Прием осуществлялся на РПУ Р-155П. В Кемерово и Новосибирске
в качестве приемных использовались антенны ВГД и ВГДШ. В Джамбуле
использовались остронаправленные приемные антенны типа БС2, потенци-
альные возможности которых, к сожалению, реализовать не удалось, так как
35*
548
Системы и устройства коротковолновой связи
азимуты направления главных лепестков антенн не совпадали с выбранными
радионаправлениями и прием велся на боковые лепестки. Поэтому можно
считать антенны ретранслятора фактически ненаправленными.
В ходе испытаний на каждом пункте приема показания приборов зано-
сились в журнал испытаний и сопровождались записями о трассе, времени
замера, скорости передачи информации, наличии и типе помех. С целью уп-
рощения процедуры обработки результатов испытаний операторами на пунк-
тах приема фиксировалась в журнале испытаний кондиционность отдельных
сеансов или констатировалась причина их некондиционности.
Результаты натурных экспериментальных исследований системы
зоновой КВ радиосвязи. В ходе эксперимента было получено более 9 тыс.
замеров [48]. Для оценки достоверности полученных статистических данных
была проведена проверка на достаточность статистики. Проверка осуществ-
лялась следующим способом: в процессе проведения эксперимента ежеднев-
но строились кривые интегрального распределения ошибок для каждой трас-
сы за период с начала эксперимента по текущий день и накладывались на
аналогичные кривые за предыдущие дни. Статистика считалась достаточной,
если учет нового экспериментального материала, полученного за текущие
сутки, не приводил к существенному изменению интегрального распределе-
ния частости ошибок, а расхождение между соответствующими кривыми не
превышало 3%. Для короткой и составной трасс в пункте приема Кемерово
достаточность статистики была обеспечена к 15 июля 1991 г. В пункте прие-
ма Новосибирск удовлетворительная сходимость на короткой трассе была
достигнута к 17 июля 1991 г. На составной трассе Кемерово-Джамбул-
Новосибирск расхождение между кривыми превышало допустимое. Поэтому
результаты, полученные при приеме в Новосибирске, использовались лишь
для качественных ориентировочных оценок.
На рис. 13.12 представлена зависимость надежности радиосвязи от дос-
товерности принимаемой информации на короткой и составной радиотрассах
для дневных часов. (При анализе графиков, где У - число замеров, следует
учитывать разницу между московским и местным временем 4 ч.) В диапазоне
изменения вероятности ошибки принимаемой информации 1О-3...1О-1, удов-
летворяющем требованиям эксплуатации радиолинии, применение ВРП для
организации радиообмена между расположенными на расстоянии
150...300км корреспондентами обеспечивает выигрыш до 10%. Например,
ПРИ ^ош = Ю-2 (что Равно одному из значений порога срабатывания контроль-
но-решающего устройства УПС) надежность связи на радиолинии Новоси-
бирск-Кемерово повысилась с 84 до 92%, а при Р0Ц1 = 3 • 10-2 - с 97 до 99%.
В области малых потерь достоверности (Рош=10^) надежность со-
ставной радиолинии с ретрансляцией сигналов оказалась несколько ниже,
чем короткой. Это объясняется увеличением числа ошибок при прохождении
сигнала по двум пролетам (при приблизительно равной энергетике короткой
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
549
Пункт приема КЕМЕРОВО
День - иск. время 04.00-14.00
Рис. 13.12
радиолинии и одного пролета составной). Однако ввиду низкой надежности
радиосвязи (менее 30%) на обеих радиолиниях принять однозначное решение
о преимуществе одной из них в этом диапазоне потерь достоверности нельзя.
На рис. 13.13 и 13.14 представлены графики интегральных распределе-
ний, полученные соответственно для вечерних переходных и ночных часов.
Для этих временных интервалов характерно улучшение условий прохожде-
ния радиоволн на длинных трассах вследствие исчезновения спорадического
слоя Es и ухудшение качества радиосвязи на коротких трассах из-за возрас-
тающего уровня станционных помех. В вечерние переходные и особенно в
ночные часы эффект от применения ВРП в диапазоне потерь достоверности
10-3...10-1 наиболее очевиден. Надежность связи на короткой радиолинии при
Рош = ПГ2 в вечерние переходные часы осталась прежней (84%), а в ночные
часы даже снизилась до 82%, в то время как на составной радиолинии она
возросла с 92 до 94% в вечерние переходные часы и до 95% в ночные.
Как и ожидалось, в ночное время надежность связи на составной ра-
диолинии с ретрансляцией сигналов резко повысилась во всем диапазоне из-
менения достоверности приема информации и составила 40% при Рош = 10~5
и 95% при Рош = 10-2. На короткой радиолинии надежность связи в ночные
часы несколько снизилась: 82,5% при Рош = 10-2 и 25% при Рош = 10~3.
Анализ зависимостей надежности радиосвязи от достоверности при
круглосуточных наблюдениях (рис. 13.15) показывает, что в среднем был
обеспечен существенный выигрыш по надежности связи через ВРП во всем
диапазоне изменения достоверности. Так, надежность радиосвязи возрастает
на 10% при Рош = 10"* (с 22 до 32%), на 18,5% при Рош = 10-3 (с 42,5 до 61%);
на 9% при = 10-2 (с 84 до 93%).
550
Системы и устройства коротковолновой связи
Пункт приема КЕМЕРОВО
Вечерние переходные часы - мех. время 14.00-17.00
Рис. 13.13
Пункт приема КЕМЕРОВО
Ночь - мск.время 17.00 - 01.00
Таким образом, применение вынесенного ретранслятора позволяет
улучшить надежность радиосвязи на радиолиниях малой протяженности, что
экспериментально подтверждает теоретические выводы об улучшении каче-
ства приема в зоне небольших размеров (300x300 км) при использовании
ВРП. По этой причине анализ эффективности применения вынесенного
ретранслятора для повышения устойчивости и надежности зоновой радиосвя-
зи на радиолиниях малой протяженности производился преимущественно на
основе статистической обработки результатов натурных испытаний, полу-
ченных на пункте приема Кемерово. Экспериментальные данные, получен-
ные в Новосибирске, использовались при обработке лишь как вспомогатель-
ные и для ориентировочной сравнительной оценки общих качественных за-
кономерностей изменения надежности КВ радиолиний.
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи с ВРП
551
Пункт приема КЕМЕРОВО
Интегральное распределение Р(Рош) по данным круглосуточных
измерений
В результате обработки результатов измерений были получены зависи-
мости надежности связи от достоверности передачи информации, а также
кривые суточного хода надежности радиосвязи при различных порогах сра-
батывания контрольно-решающего устройства (КРУ) УПС-Р АТ-3004 Д.
На рис. 13.16, 13.17 представлены экспериментально полученные
функции плотности распределения вероятности ошибок в канале связи. На
рис. 13.16 показан случай, когда качество связи на составной радиотрассе
лучше, а на рис. 13.17 - хуже, чем на короткой.
Многомодовый характер этих распределений отражает нестационар-
ность КВ канала, предполагающей наличие временных интервалов с различ-
ными состояниями канала, характеризуемыми различной вероятностью оши-
бочного приема в этих состояниях. Кроме того, хаждый из двух пролетов со-
ставной радиолинии с ретрансляцией сигналов имеет свои несколько отли-
чающиеся друг от друга показатели качества связи, что выразилось в наличии
двух максимумов итогового распределения частости ошибок для составной
радиолинии.
Полученные экспериментально функции плотности распределения час-
тости ошибок для КВ радиолиний различной протяженности можно использо-
вать для уточнения исходных данных имитационных моделей КВ радиоканала.
Наглядно представить, как изменяется во времени надежность радио-
связи, позволяют кривые ее суточного хода при заданном пороге срабатыва-
ния контрольно-решающего устройства и среднесуточные значения надежно-
сти радиосвязи. На рис. 13.18-13.20 по оси ординат отложены значения на-
дежности связи, вычисленные для каждого часа суток при достоверности не
хуже Рпор. Так, при пороге срабатывания контрольно-решающего устройства
Рт>р- = 0.01 (рис. 13.18) среднесуточное значение надежности на короткой ра-
диотрассе равно 62.3%, а на составной - 76.7%. Видно, что большую часть
суток (за исключением утренних переходных часов) трасса с ретрансляцией
552
Системы и устройства коротковолновой связи
Пункт приема КЕМЕРОВО
Ночь - мех.время 17 СЮ - 01.00
Пункт приема КЕМЕРОВО
Утренние переходные часы - ма. время 01.00 - 04.00
Рис. 13.17
Пункт приема КЕМЕРОВО
Рпор 0 01
Рис. 13.18
3. Экспериментально^ исследование системы радиосвязи с ВРП
553
Пункт приема КЕМЕРОВО
Рпор-О"'
имеет заметное преимущество перед короткой, особенно в вечерние переход-
ные и ночные часы. При менее жестких требованиях к достоверности переда-
чи данных выигрыш от применения ретранслятора еще более заметен. В слу-
чае Рпор = 0,8 (рис. 13.19) среднесуточная надежность связи на короткой
трассе составила 93,9%, а на составной - 98,3%.
Для оценки эффективности применения у зоновых корреспондентов
остронаправленных антенн были построены криьые суточного хода надежно-
сти на составной трассе при приеме в пунктах Кемерово и Новосибирск для
порога срабатывания контрольно-решающего устройства Рпор=0,01
(рис. 13.20). Среднесуточная надежность радиосвязи на трассе Кемерово-
Джамбул-Новосибирск составила 28,2%, а на обратной трассе Новосибирск-
Джамбул-Кемерово - 76,7%. Сильная корреляция хода кривых свидетельст-
36 - 5869
554
Системы и устройства коротковолновой связи
вует о различиях в энергетике этих трасс не по условиям распространения
радиоволн, а из-за различных параметров технических средств. Очевидно,
что применение направленной антенны передатчика в Новосибирске позво-
лило увеличить надежность связи.
На основе проведенного анализа можно сделать следующие основные
выводы, подтверждающие ранее выполненные теоретические и эксперимен-
тальные исследования:
1. Применение ретранслятора, вынесенного из обслуживаемой зоны
небольших размеров (около 400x400 км) на расстояние одного скачка рас-
пространения радиоволн, существенно улучшает надежность и устойчивость
радиосвязи на радиолиниях малой протяженности внутри зоны.
2. Использование вынесенного ретранслятора является эффективным с
точки зрения повышения надежности связи даже при неоптимальных харак-
теристиках задействованных при проведении натурных испытаний радио-
средств, например, таких, как использование ненаправленных антенн у кор-
респондентов и на ретрансляторе. Добиться еще более существенного повы-
шения устойчивости и надежности зоновой декаметровой радиосвязи можно
за счет применения многоканального вынесенного ретранслятора, использо-
вания эффективных остронаправленных антенн, адаптивного управления ра-
диолиниями и зоновой системой в целом.
Результаты проведенных экспериментальных исследований подтвер-
ждают установленное теоретически существенное улучшение качества
передачи информации в зоновой системе коротковолновой радиосвязи с ВРП.
Для оценки параметров телеграфного сигнала при приеме информации мож-
но использовать целый комплекс различных показателей качества, таких,
как частость ошибок, сверхпороговые временные искажения, отношение
сигнал-помеха, имеющих высокую взаимосвязь с параметрами ионосферы.
Совместное использование различных методов оценки качества КВ канала
связи позволяет более точно идентифицировать его состояние и повысить
эффективность использования всей системы.
14. РОЛЬ СИСТЕМ КВ РАДИОСВЯЗИ В КОМПЛЕКСНОЙ
СИСТЕМЕ СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
14.1. Системы КВ радиосвязи в гражданской авиации
Проблема повышения надежности радиосвязи в пределах ограниченной
до 400...500 км зоны (зоновой связи) очень актуальна, гак как подобная связь
наряду с магистральной весьма распространена. Примером является связь
между подвижными и стационарными пунктами в зоне местных воздушных
линий (МВЛ) в системе гражданской авиации. Одним из путей решения ука-
занной проблемы является применение вынесенного из зоны ретрансляцион-
ного пункта (ВРП). Это было доказано экспериментальными исследованиями
[31], целью которых являлось определение возможности и целесообразности
использования ВРП для повышения надежности радиотелефонной КВ связи
между подвижными и стационарными пунктами связи на МВЛ при связях
между диспетчером аэропорта и экипажем воздушного судна (ВС). При этом
определялась надежность КВ радиотелефонной связи в двух вариантах: пря-
мая связь между диспетчером и бортом ВС; связь между диспетчером и бор-
том ВС через вынесенный из зоны МВЛ ретрансляционный пункт.
С этой целью в Таджикском управлении гражданской авиации (ТУГА)
на местных авиатрассах использовался вынесенный из зоны МВЛ ретрансля-
тор. Целесообразность применения ВРП обусловлена рядом факторов, харак-
терных для наземных (стационарных) пунктов связи: использование передат-
чиков с повышенной (по сравнению с бортовыми) мощностью (более 1 кВт);
применение более эффективных и направленных антенных систем с широко-
полосными характеристиками; более благоприятные по сравнению с зоновой
связью условия электромагнитной совместимости; меньшая зависимость от
влияния различных помех, включая преднамеренные; возможность организа-
ции сети диспетчерских наземных пунктов связи для оперативного управле-
ния и слежения за летательными объектами.
Для выбора места расположения ВРП были задействовано несколько
радиоприемных центров, а также узел связи авиапредприятия. На радиопри-
емных центрах оценивалось качество приема (с учетом уровня сигнала, ха-
рактера и интенсивности помех) по разборчивости речи при передаче тест-
таблиц, включающих в себя все фонемы русской речи и их основные вариан-
ты. Тесты передавались в предутренние, утренние и дневные часы, когда на-
дежность связи на МВЛ в одной из зон была подвержена большим колебани-
ям. В соответствии с установленным расписанием с 4 ч 00 мин до 16 ч 20 мин
московского времени проводились пятиминутные сеансы односторонней пе-
редачи. При этом были задействованы бортовые и наземные передатчики од-
36*
556
Системы и устройства коротковолновой связи
ной из зон МВЛ различной мощности, работавшие в режимах амплитудной
модуляции (AM) и однополосной передачи в диапазоне частот от 6 до 11
МГц. Радиоприемные центры располагались в стационарных пунктах связи
по трассам полетов ВС местной зоны.
Ретрансляция осуществлялась с переприемом по низкой частоте непо-
средственно с выхода приемника через соединительную линию на вход пере-
датчика. Схема размещения и организация радиотелефонной связи между
базовым местным диспетчерским пунктом МДП 1 и ВС через ВРП показана
на рис. 14.1, а в качестве ВРП также использовался узел связи МДП авиа-
предприятия.
Рис. 14.1
На рис. 14.1 РПДУ и РПУ - радиопередающее и радиоприемное уст-
ройства соответственно; КМ - коммутатор (либо оператор); ФЛС - физиче-
ская линия связи;/А - частота передатчика ВРП;/|,/2,/з - рабочие частоты
средств связи.
В процессе эксперимента проводилось сравнение качества связи при не-
посредственном радиообмене между диспетчером радиобюро ТУГА и экипа-
жем ВС МВЛ и радиообмене между ними через ретрансляторы. Исследования
проводились в период с 4 по 14 октября 1988 г. на базе эксплуатации, ремонта
и технического обслуживания связи ТУГА, радиоприемных центров Москвы,
Алма-Аты, Тбилиси, Куйбышева, радиопередающего центра и радиобюро Ал-
ма-Аты и узла связи г. Фрунзе. Наряду с выбором места расположения ВРП
был проведен анализ качества приема сигналов с ВС и помеховой обстановки
на основных и резервных частотах каналов взаимодействия радиоцентра еди-
ной системы управления воздушным движением в районе проведения экспе-
римента. Прием сигналов корреспондентов сопровождается интенсивными
помехами в основном от соседних по частоте радиостанций. Характер помех
весьма разнообразен: от гармонической до широкополосного вещания.
В большинстве случаев качество приема сигналов оказывается очень низким -
вплоть до непрохождения. Из-за высокой насыщенности и интенсивности
74 Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
557
помех по основным и резервным каналам и плохих условий распространения
радиоволн прямая КВ связь в ближней зоне МВЛ неустойчива.
Проведенные эксперименты показали, что КВ радиотелефонная связь
на коротких трассах в пределах зоны МВЛ ТУГА ненадежна из-за интенсив-
ных станционных помех, плохих условий прохождения радиоволн, регуляр-
ных возмущений ионосферы особенно в утренние часы летнего периода,
приводящих к полному прекращению связи местных диспетчерских и ста-
ционарных пунктов связи аэродромов с ВС.
Прием на трассах большой протяженности при соответствующем вы-
боре частот в верхней части КВ диапазона более устойчив и, как правило,
осуществляется с хорошим качеством. Установлено, что двухсторонний ра-
диообмен на длинной трассе между бортовыми радиостанциями и централь-
ным диспетчерским пунктом регулярен и проходит с хорошим качеством.
В случае аномальных явлений ионосферы, приводящих к нарушениям
или полному прекращению связи с ВС в ближней зоне МВЛ, ретрансляция с
помощью ВРП обеспечивает более быстрое по сравнению с зоновой связью
восстановление радиообмена с лучшим качеством и большей надежностью.
Экспериментальные исследования показали принципиальную возмож-
ность и целесообразность организации ретрансляции сигналов с помощью
ВРП для обеспечения устойчивой связи ВС с наземными средствами местных
воздушных линий. Ретрансляция сигналов может функционировать наряду с
существующей системой зоновой радиосвязи местных линий, дополняя или
при возникновении экстремальных ситуаций заменяя ее.
14.2. Сеть связи для чрезвычайных ситуаций
Стремительное развитие науки и техники, начавшееся в XX столетии,
привело не только к резкому ухудшению среды обитания человечества, но и
к большому числу крупных технических аварий и катастроф. В сочетании
с природными катаклизмами они создают напряженную обстановку с часты-
ми чрезвычайными ситуациями (ЧС). В связи с этим возникает новая про-
блема: быстрое получение первичной информации о возникшей ЧС или ее
приближении и передача ее в специальные комиссии по ЧС, размещенные на
территории России, а также дальнейшее обеспечение необходимого потока
информации при работах по ее ликвидации. Эта проблема может быть реше-
на созданием сети связи для ЧС, дополняющей существующие на территории
России средства передачи информации. При этом путь создания дополни-
тельной сети связи для ЧС состоит в широком использовании существующих
средств КВ радиосвязи, дополненных небольшим числом каналов спутнико-
вой связи. Реализация такой дополнительной сети связи на территории Рос-
сии не потребует больших капитальных затрат.
По всей территории России за пределами городов размещено более 100
приемо-передающих КВ центров, с капитальными зданиями, большими ан-
558 Системы и устройства коротковолновой связи
тенными полями, на которых расположено много высокоэффективных ан-
тенных устройств, большое число передатчиков и совершенных приемников,
имеется штат высококвалифицированных специалистов. В последние десяти-
летия эти центры загружены передачей информации только на 10-15%. При-
чин тут несколько. Одна из причин - увеличение объема передачи информа-
ции по другим каналам связи, в частности спутниковым. Однако расчеты
и опыты показывают, что стоимость канала спутниковой связи почти на по-
рядок дороже КВ связи [176]. Вторая причина - устаревшее представление
о низкой надежности ионосферной связи; наконец, третья причина - распро-
странившаяся мода на «престижные» быстродействующие каналы связи, хотя
для решения очень многих задач это быстродействие не требуется и только
увеличивает затраты.
За вторую половину XX в. КВ радиосвязь значительно усовершенство-
валась: появились новые методы модуляции, связь между абонентами, как
уже отмечалось, осуществляется через далеко вынесенный ретранслятор
(ВРП), используется система с исправлением ошибок, более точно прогнози-
руется прохождение радиоволн, применяются сигналы с временной и частот-
ной избыточностью, в том числе антифединговые сигналы, и т.д. Все это по-
зволяет обеспечить на КВ высокую надежность связи, особенно при не очень
высоких скоростях работы в десятки и сотни бит/с, достаточных для решения
многих народнохозяйственных задач. Это в полной мере относится к сети
связи для ЧС, особенно для передачи ответственной очень краткой первич-
ной информации о случившейся или надвигающейся ЧС.
Для получения информации о возможных ЧС и проведения работ по их
предупреждению и ликвидации их последствий вся территория России разделе-
на на 9 регионов и определен город в каждом регионе, где базируется комиссия
по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям вместе с узлом связи
региона по ЧС. Сеть связи для ЧС (рис. 14.2) имеет следующие особенности.
1. В каждом регионе по ЧС выделяется один магистральный приемо-
передающий КВ центр. Анализ размещения КВ средств на территории Рос-
сии показывает, что технические возможности для этого имеются. Один или
несколько приемников этого центра круглосуточно работают в ждущем ре-
жиме для приема первичного сигнала о возможной ЧС, а его передающие
устройства готовы к передаче как ответного квитирующего сигнала, так
и передаче его, если это необходимо, другим регионам. Между КВ центром
и узлом связи комиссии по ЧС устанавливается надежный канал связи.
2. В каждом регионе размещается необходимое число портативных или
стационарных КВ радиостанций на потенциально опасных участках и объек-
тах, где отсутствуют другие средства связи или требуется их дублирование на
случай выхода из строя при ЧС. При приближении или наступлении ЧС ра-
диостанция, управляемая оператором или средствами автоматики, посылает
первичный сигнал о ЧС.
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
559
Наличие приемопередающих центров на территории России создает
уникальную благоприятную возможность для использования любого из них в
качестве ретранслятора при передаче первичного сигнала о ЧС. При этом
достоверность передачи повышается приблизительно на порядок [26] благо-
даря использованию оптимальной по протяженности трассы (2000...3000 км),
где характерно однолучевое распространение волн. Вместе с тем при благо-
560
Системы и устройства коротковолновой связи
приятных условиях может быть использована передача первичного сигнала
непосредственно на магистральный центр своего региона.
3. Комиссия по ЧС каждого региона должна иметь надежную связь с
МЧС и другими регионами. Для этого могут служить уже имеющиеся на тер-
ритории России средства связи. Однако для их дублирования на случай вы-
хода из строя, целесообразно в каждом регионе иметь наземную станцию
спутниковой связи, соединенную каналом связи с комиссией региона по ЧС.
4. Для информационного обеспечения работ по ликвидации ЧС, в том
числе при необходимости оповещения населения, используются имеющиеся
средства связи региона и необходимый резерв подвижных средств связи ко-
миссии по ЧС региона, перебрасываемых в район ЧС.
Если взглянуть на карту России и отметить на ней все имеющиеся
средства передачи информации, то окажется, что связью обеспечены в ос-
новном европейская часть России и южные регионы Сибири, Урала и Даль-
него Востока. При удалении к северу плотность сетей связи резко снижается.
Имеется небольшое количество меридианальных линий связи, в основном
использующих оборудование КВ радиосвязи и сети специального назначения
с использованием тропосферного рассеяния.
При этом огромные площади Тюменской области, Красноярского края,
Якутии, внутренние районы Магаданской области и Чукотки по-прежнему
остаются без надежной, не говоря уже о высококачественной, современной
связи. Эти и им подобные информационные «белые пятна» на карте России
должна ликвидировать предлагаемая сеть КВ связи, взаимоувязанная с уже
существующими средствами связи и позволяющая обеспечить передачу от-
ветственного первичного сигнала о ЧС.
Функционирование КВ средств региона осуществляется следующим
образом. Первичный сигнал о ЧС от КВ станций, размещенных в регионе,
может поступить либо через ретранслятор другого региона, либо непосредст-
венно на приемный центр своего региона. При этом приемники, «ждущие»
сигнал, могут для повышения помехоустойчивости использовать прием с
разнесением по пространству или поляризации.
Сигнал о ЧС, состоящий из последовательности дискретных двоичных
посылок, включает номер или шифр КВ станции, передающей этот сигнал, и
некоторую минимально необходимую информацию о типе произошедшей
или надвигающейся ЧС. Так как в регионе в зависимости от размера его тер-
ритории и числа потенциально опасных объектов может быть от десятка до
нескольких сотен КВ радиостанций для передачи первичного сигнала о ЧС,
то номер станции сообщает координаты места возникшей ЧС. За номером
должно следовать сообщение о типе ЧС. Здесь требуется классификация их
по характеру, создаваемой угрозе населению региона и материальным ценно-
стям. Если, например, для номера станции использовать 10 двоичных посы-
лок и для характеристики ЧС - 15 посылок, то общая длительность первично-
го сигнала составит 25 элементарных посылок. Для повышения достоверно-
сти передачи можно предусмотреть повторение всего сообщения, например.
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
561
5 раз. Соответственно первичный сигнал о ЧС может содержать 125 посылок.
Если в интересах надежности передачи предположить очень медленную ра-
боту - 1 бит/с, то время передачи составит около 2 мин, если 50 бод - около 3 с.
Прием сигнала о ЧС требует обязательного квитирования, т.е. посылки
подтверждающего прием сигнала на радиостанцию, пославшую сигнал о ЧС.
Если квитирования не произошло, то сигнал о ЧС повторяется. При этом не
исключена возможность использования ретранслятора «чужого» региона,
а также переход на запасные частоты.
Для контроля готовности и работоспособности сети КВ связи региона
необходим периодический мониторинг с помощью контрольных сигналов.
Его можно проводить 1-2 раза в сутки по четкому расписанию. Окна для мо-
ниторинга можно использовать одновременно для передачи необходимой
служебной информации (смена волн, скорости работы и др.).
Оптимальный или близкий к нему прием дискретных сигналов может
быть осуществлен, если при приеме известны границы элементарных посы-
лок. Это требует передачи в начале сеанса связи сигнала синхронизации
(преамбулы) для выработки тактовых импульсов. Для этого передаются
10-15 посылок, не несущих информации.
Периферийная КВ радиостанция является ответственным звеном сети
связи для ЧС и должна надежно выполнять свои функции. Вместе с тем, вви-
ду ее массовости и возможности работы как в стационарном режиме, так и в
переносном ранцевом варианте, она должна быть маломощной, иметь не-
большой вес и простое ручное или авт оматическое управление. Кроме того,
станция должна иметь таймер для выхода на прием в определенные «окна»
для приема сигналов мониторинга. В этой станции желательно иметь КВ и
УКВ диапазоны и наряду с основным режимом дискретной связи иметь и пе-
реход на телефонную сеть. Диапазон УКВ может быть использован для связи
в ближней зоне ЧС, при начале работ по ликвидации ЧС и т.д. Главные тре-
бования к станции: высокая достоверность передачи первичного сигнала о
ЧС, малая мощность (для стационарных станций не более 50 Вт, для ранце-
вых 5...10 Вт), небольшой вес (стационарная - около 10 кг, ранцевая - по-
рядка 4...7 кг), скорость передачи - 10...300 Бод, наличие кнопочного набор-
ного пульта и дисплея для отображения сигналов.
Анализ отечественных и зарубежных образцов показал, что полностью
удовлетворить эти требования не может ни одна из выпускаемых радиостан-
ций. Создание такой радиостанции, которая, несомненно, найдет широкое
применение в народном хозяйстве, а также у геологов, путешественников,
туристов и альпинистов, - дело ближайшего будущего. Поэтому на данном
этапе состояния промышленности России, следует для целей ЧС приспосаб-
ливать те радиостанции, которые уже выпускаются.
Из отечественных КВ станций может быть использована, например,
портативная радиостанция «Ангара-1» (см. § 12.2). Основной ее недостаток -
ограниченный диапазон волн, но при использовании радиоцентров других
регионов в качестве ретрансляторов этот недостаток можно преодолеть.
562
Системы и устройства коротковолновой связи
Для использования станции в сети ЧС потребуется небольшая пристав-
ка к станции для набора посылаемого дискретного сообщения и индикатор
приема квитирующего сигнала и сигнала мониторинга.
Одним из примеров зарубежной портативной аппаратуры, наиболее
близкой по показателям к требованиям сети ЧС, может служить станция аме-
риканской фирмы Harris - AN/PRC-138. Ее основные характеристики: час-
тотный диапазон - 1,6...60 МГц, число фиксированных каналов - 100, ста-
бильность частоты - 10'6, телефон - одна боковая полоса, скорость передачи
дискретных сигналов - 300...2400 Бод, питание - батарея 24 В, мощность -
1,5; 5; 20 Вт, масса - 2,46 кг, кнопочный пульт набора команд, встроенный
дисплей для приема команд и контроля переданных сообщений. Эта станция
принята для дуплексной связи в диапазонах КВ и УКВ в войсках специально-
го назначения США. Отсутствие точного таймера в этих станциях можно за-
менить контролем по обычным часам, но соответственно увеличить протя-
женность временного «окна» для приема сигналов мониторинга и служебных
сообщений.
Предлагаемая концепция позволяет создать эффективную и не тре-
бующую больших капитальных затрат сеть связи для ЧС на всей территории
России, дополняющую имеющиеся средства передачи информации на терри-
тории страны и базирующуюся, в основном, на использовании КВ радиосвязи
и существующих магистральных приемо-передающих КВ радиоцентров, сла-
бо загруженных в настоящее время. Эффективность использования подобной
системы подтверждается результатами моделирования [33, 101, 116].
14.3. Сеть комплексной пейджерной КВ радиосвязи
Целью и итогом развития электросвязи должно быть предоставление
абонентам неограниченной возможности обмена информацией на любых рас-
стояниях, в любое время, в покое и в движении. Общедоступность связи была
достигнута благодаря телефону, но другие условия потребовали использова-
ния радио. Радиовещание позволило получать общие потоки информации
всему населению, но эра общедоступной персональной радиосвязи началась,
по существу, лишь во второй половине нашего века. Универсальной формой
персональной подвижной радиосвязи стал сотовый радиотелефон. Одновре-
менно получила развитие пейджерная радиосвязь, позволяющая передать
абоненту краткое текстовое сообщение с отображением на дисплее миниа-
тюрного приемника.
Мировой опыт свидетельствует о полезности и эффективности сотовой
и пейджерной радиосвязи, оправдывающих идущее в мире их широкое вне-
дрение. По ряду причин, однако, развитие их в России отстает от США, Япо-
нии и стран Европы. Согласно [62] услугами подвижной радиосвязи к 1996 г.
пользовалось менее 100 тыс. абонентов. Сообщалось также, что в Твери,
крупном областном центре наиболее населенной части страны, число абонен-
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
563
тов в 1995 г. достигло 400. что «не так уж мало»; сообщалось также, что в
зоне между двумя российскими столицами, Москвой и Петербургом, ожида-
лось увеличение числа абонентов сотового телефона к началу 1997 г. до 1000.
Эти данные свидетельствуют, что в первом десятилетии XXI в. радиотеле-
фон, по-видимому, все еще останется в России более редким средством, чем
в ряде стран уже в данное время.
Известно, что в странах с более или менее высоким уровнем развития
сетей электросвязи темпы увеличения количества пейджеров примерно на
порядок превышают темпы расширения сотовых телефонных сетей. Но из
данных [36] следует, что в России темпы развития этих видов связи различа-
ются лишь несущественно.
Анализ известных публикаций дает основание для нескольких ориен-
тировочных выводов.
1. Преодоление отставания России за счет покупки и внедрения им-
портной аппаратуры не имеет перспектив ввиду масштабов нашей страны, ее
социально-экономических, географических условий и долговременных хо-
зяйственных трудностей.
2. Организация отечественного производства аппаратуры персональной
радиосвязи требует обоснованного выбора комплексной системы, учиты
вающей условия страны, для чего необходимы дополнительные и ускоренные
разработки.
3. Аппаратура, выпускаемая и внедренная за рубежом, основана глав-
ным образом на разработках 1950-1960-х гг.; в ней не учтены важные изо-
бретения и усовершенствования последних лет; их анализ позволит ускорить
сравнение и выбор оптимальных решений для радиопромышленности с уче-
том специфики условий России.
4. Поскольку персональная радиосвязь должна гармонически входить
в комплексные сети связи страны, необходимы разработки оптимальной об-
щей схемы радиосвязи, увязанной с другими сегментами этой сети. Структу-
ра и функционирование подобной комплексной сети связи страны, основы-
вающейся на КВ радиосвязи с использованием вынесенных ретрансляторов,
подробно проанализирована ниже. Однако в этой схеме не отражена возмож-
ность включения в комплексную сеть каналов передачи через радиостанции
звукового вещания. Стереофоническое радиовещание в выделенной на меж-
дународной основе полосе частот 87,5... 108 МГц и с частотными присвое-
ниями из сетки с шагом 100 кГц использует ЧМ. Для передачи одного из ком-
плексных спектров звуковых частот применяется поднесущая 38 кГц. Для
восстановления поднесущей служит пилот-сигнал 19 кГц. В системе переда-
чи данных по каналам радиовещания в спектр модуляции дополнительно
вводится поднесущая с утроенной частотой пилот сигнала 57 кГц.
Кодированная информация передается на этой поднесущей с квадратур-
ной AM и служит для различных целей, как, например, для автоматической
перестройки радиовещательного приемника на частоту канала с более высоким
качеством приема, или по расписанию на заранее запланированную програм-
564
Системы и устройства коротковолновой связи
му, либо для передачи автомобилистам дорожной информации в зоне обслу-
живания, а также данных местного времени, дня недели, числа месяца и т.д.
Цифробуквенная информация, передаваемая по каналам звукового ра-
диовещания, может служить для разных целей и в комплексной сет и радио-
связи. Радиовещательные станции могут быть одновременно узловыми цен-
трами сотовой и пейджерной связи, что сопряжено с экономическим выиг-
рышем. Кроме того, открывается возможность создания класса приемников,
в которых прием вещания совмещается с выполнением функций пейджера.
Приемник с каналом приема дополнительной информации, помимо
обычных тюнера, усилителя промежуточной частоты, детектора, стереодемо-
дулятора и двухканального усилителя звуковой частоты, содержит демодуля-
тор данных, передаваемых на выделенной фильтром поднесущей 57 кГц,
а также микрокомпьютер, в состав которого входят микропроцессор, ИЗУ,
ОЗУ и ППЗУ, а также дисплей.
Тастатура управления приемником обеспечивает наряду с приемом ве-
щания выполнение дополнительных функций. В микропроцессор из демоду-
лятора данных поступают тактовые адресные, информационные и прочие
сигналы соответственно функциям приемника. Ввиду ограниченности зоны
действия УКВ передатчиков приемники сети вещания могут быть связаны с
абонентскими станциями радиосвязи в каждой зоне и служить для передачи к
ним групповых управляющих сигналов. В частности, сигналы точного вре-
мени, передаваемые через сеть вещания, могут служить для частотной кор-
рекции опорных генераторов, тактовой и кадровой синхронизации каналов
приема данных. Возможна передача по этим каналам и адресной информации
для индивидуальных абонентов, что потребует, однако, дополнительной раз-
работки. Достигнутая уже степень интеграции позволяет осуществлять уст-
ройства подобной сложности в малогабаритном исполнении.
В отличие от УКВ ЧМ каналов, существующие КВ, а также СВ и ДВ
радиовещательные каналы с AM, вследствие ограниченности занимаемой
полосы частот не позволяют совместить передачу звуковой программы и су-
ществующего объема дополнительной информации; тем не менее не следует
считать эту проблему неразрешимой: она должна оставаться предметом
дальнейшей разработки. Решение этой задачи важно, поскольку в обширных
зонах со слабо развитыми средствами связи прием программ вещания, как
правило, обеспечивается в достаточной мере. Речь может идти об использо-
вании небольшой части полосы частот для передачи данных с малой скоро-
стью без существенных помех звуковой программе, а также для выделения
для этой цели небольших интервалов времени. Не исключается и поиск иных
способов уплотнения канала.
Параметры, определяющие потенциальную емкост ь сети пейджерной
связи для отдаленных и малонаселенных регионов, подлежат уточнению. Ал-
горитм ее ориентировочной оценки сводится к перемножению нескольких
параметров.
Первый параметр, К\ - количество выделяемых полос частот, ширина
которых может составлять 10 кГц. Это количество не может быть большим по
причине перегруженности диапазона коротких волн не только вследствие ис-
пользования его для дальней радиосвязи и радиовещания, но и по условиям
распространения волн с учетом практики их чередования на протяжении суток.
Специфика пейджерной связи делает желательной круглосуточную ра-
боту сети без смены волн. О том, что это возможно, можно судить по факту
устойчивого приема зарубежного коротковолнового радиовещания в цен-
тральном регионе России на расстоянии ионосферного скачка. Разгрузка КВ
диапазона благодаря внедрению спутниковой связи позволяет в перспективе
увеличить Kt.
Второй параметр, К2 - количество повторений полосы частот в зонах,
разнесенных по пространству страны, что возможно при использовании на-
правленных антенн на радиоцентрах-ретрансляторах.
Третий параметр, Лз - количество абонентских каналов в одной полосе.
Это количество увеличивается при применении узкополосных каналов с низ-
кой скоростью передачи. Это нс только возможно, но и желательно по усло-
виям распространения волн. В целях увеличения К3 допустимо применение
AM с минимальной шириной спектра.
Четвертый параметр, К4, характеризует разделение каналов по времени,
реализуемое при высокой частотной стабильности как передатчиков, так и
приемников-пейджеров. Требуемая стабильность вполне достижима и позво-
ляет осуществить пакетную передачу с синхронизацией приема пейджерами
адресуемых им пакетов.
Пятый параметр, Л5, учитывает использование фактора вероятности
вызова в условиях реальной потребности в вызове на протяжении суток. Этот
параметр учитывает, что имеется много абонентов, вызов которых происхо-
дит не ежесуточно, а еще большее количество их может получать за сутки
лишь от одного до нескольких вызовов. Это уменьшает загрузку каналов по
времени и позволяет использовать каждый канал для передачи сообщений
многим абонентам с адресным (кодовым) раз,целением.
Ориентировочные оценки по минимуму позволяют предположить, что
значения этих параметров могут быть примерно такими: - 5-6, AS - 8-10,
К3 - 50-100, К4 - 20-30, К5 - 30-50.
Количество абонентов сети, равное произведению этих коэффициентов,
может превышать миллион. С учетом существования других средств связи и
реальной потребности это число было бы достаточным на несколько десяти-
летий.
В литературе 1992 г. уже имеются сообщения, что в ФРГ ежегодно вво-
дится до 3000 новых сетей персонального вызова; ежегодно не менее 70 000
человек получают возможность пользоваться миниатюрным приемником на
территории предприятия, в больнице, в транспорте и т.п. Новым поколением
карманных приемников сеть персонального вызова расширила фирма Philips.
Ее приемники 1992 г. обеспечивали более семи видов тональной сигнализа-
566
Системы и устройства коротковолновой связи
ции вызова при трех вариантах адреса, что достигалось при простом одно-
кнопочном управлении. При весе 70 г и размерах 82x53x15,5 мм пейджер
Филипс сопоставим с колодой игральных карт. Приемник может применяться
в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Но возможности миниатюризации пейджеров еще
не были исчерпаны.
Микроэлектроника сделала возможным внедрение электронных наруч-
ных часов с дисплеем на светодиодах или жидких кристаллах, со звуковыми
и вибрационными сигнализаторами. При нажатии кнопки можно прочитать
на дисплее суточное время, календарные день и дату, вести отсчет секунд.
Замена циферблата дисплеем позволила разместить на лицевой стороне часов
второй дисплей. Наличие кварцевого генератора и интегральная технология
сделали возможным совмещение часов и пейджера, для которого и потребо-
вался второй дисплей.
Конструкции ручных часов - пейджеров - запатентованы рядом зару-
бежных фирм и свидетельствуют о детальной разработке промышленных
конструкций и технологии.
Совмещение пейджера с часами имеет смысл не только с точки зрения
удобства иметь одно устройство с двумя функциями, к тому же миниатюр-
ное, вместо двух устройств. Второй аргумент состоит в применении общего
опорного генератора для получения секундных импульсов отсчета времени и
синхронизации в системе уплотнения во времени каналов сети персонального
вызова Включение пейджера для приема сообщений в отведенные ему ин-
тервалы времени и отключение на все остальное время позволяет использо-
вать другие интервалы для передачи сообщений другим абонентам, т. е. слу-
жит ресурсом для увеличения емкости сети связи. Кроме того, при этом срок
службы батареи питания пейджера растет пропорционально отношению вре-
мени выключения к времени включения.
Представляет интерес использование браслета часов-пейджера в каче-
стве элемента комбинированной антенны. Браслет, охватывающий запястье
руки, создает контакт входа приемника с телом человека, и в совокупности
эффективный размер антенны увеличивается. В реальности этого нетрудно
убедиться: если взяться пальцами за короткую штыревую антенну карманно-
го радиовещательного приемника, то громкость приема, как правило, заметно
возрастает.
Практика телеграфа и электронной почты, разновидностью которой, в
сущности, является пейджерная связь, показывает, что передаваемые сооб-
щения по большей части кратки и не отличаются многообразием. Это с дав-
них пор используется для экономии времени передачи и ресурса применяе-
мых технических средств. Фразы с типовыми текстами могут кодироваться
последовательностью нескольких букв или цифр. Этот метод распространен в
профессиональной и любительской радиосвязи, в международной и нацио-
нальной практике и легко реализуется в форме словарей-справочников. Не-
трудно подсчитать, что набор двухбуквенных кодовых слов позволяет при
алфавите из 30 букв построить свыше 400 различных сообщений, трехбук-
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
567
венных - более 4000. а четырехбуквенных - около 30 тыс. Кроме того, этим
способом можно обеспечивать защиту сообщений от радиоперехвата.
Другой результат кодирования - воспроизведение значительных объе-
мов информации на миниатюрных дисплеях, характерных для пейджеров,
хотя и ценой некоторого неудобства чтения переданных текстов с примене-
нием справочника. О реальности описанного способа связи свидетельствует
опыт почти ста лет, реализованный в международном словаре [131]. Для по-
яснения приведем два произвольных примера из этого словаря: ЩУХ - «Со-
общите мне барометрическое давление на уровне моря в настоящее время»;
ЩУС - «Обнаружили ли Вы спасшихся или обломки от кораблекрушения?
Если да, то где?». Цитируемый код содержит более 600 типовых сообщений
подобного рода. К числу позиций кода, естественно, должны быть отнесены
сообщения о тревоге, бедствии, срочности и условиях безопасности. Если
словарь для радиостанций конкретного назначения допускает миниатюрное
издание и вполне может находиться вместе с пейджером в общем футляре, то
перевод «код-текст» допускает и автоматизацию.
В условиях России имеется много зон, в которых пейджерная связь
вполне может осуществляться с применением технических средств, подоб-
ным зарубежным, но имеются и очень большие территории, на которых не-
обходимо обеспечить прием в диапазоне КВ. Значительный интерес пред-
ставляет в качестве возможного прототипа двухчастный пейджер, предло-
женный в [170]. Эта разработка поддержана известной корпорацией Motorola
(США), сы1 равшей большую роль в создании и глобальном распространении
Рис. 14.3
пейджерной радиосвязи. Схема этого устройства по-
казана на рис. 14.3. Сигналы вызывающего абонента
передаются к пейджеру-часам на браслете от пере-
датчика ПД через промежуточный трансивер, кото-
рый может быть укреплен на поясе пользователя, как
показано на схеме, либо может носиться в кармане
или сумке. Подобная структура может быть положе-
на в основу разработки универсального пейджера для
условий России.
Поскольку для трансивера, носимого на поясе,
не требуются столь жесткие габаритные ограничения,
как для пейджера на браслете, его можно выполнить
двухдиапазонным, причем увеличение размеров и
массы будет незначительным.
Поясной модуль может иметь и дополнительный дисплей. Процессор
поясного приемника будет в соответствии с программой и алгоритмом пере-
ключать его на прием либо дальних сигналов в диапазоне КВ, либо на прием
в местной сотовой микроволновой сети. Пользователь может изменять про-
грамму, пользуясь тастатурой.
Структура вида рис. 14.3 позволяет осуществить:
568
Системы и устройства коротковолновой связи
• адаптацию пейджера к разным стандартам радиовызова и радиовеща-
тельного приема, а также прочим условиям разных территорий;
• совмещение персонального вызова и радиовещательного приема,
включая комплексные каналы передачи сообщений на поднесущей по кана-
лам звукового УКВ вещания;
• запись и хранение значительных объемов информации с неограни-
ченной возможностью последующего прочтения.
14.4. Повышение надежности корпоративных сетей
связи с помощью сегмента КВ радиосвязи
Как уже отмечалось, в КВ радиосвязи испытывают заметную нужду го-
сударственные структуры и отрасли экономики (метеослужба, геология, реч-
ной, авто- и авиатранспорт, сельская связь в малонаселенных или удаленных
регионах и др.). В условиях развивающихся рыночных отношений большое
значение приобретает обеспечение радиосвязью новых категорий потребите-
лей, таких как коммерческие структуры, фермерские хозяйства и др., способ-
ных обеспечить экономическое развитие, но расположенных в регионах, ис-
пытывающих острый недостаток в средствах связи. Оснащение этих регионов
многоканальными средствами связи с высокой пропускной способностью во
многих случаях требует крупных капитальных вложений в течение длитель-
ного периода времени. На этот период представляется целесообразным быст-
ро ввести в эксплуатацию недорогие системы КВ связи, способные обеспе-
чить эффективную деятельность различных категорий пользователей.
При характерных для России крайней неравномерности распределения
населения, многообразии и сложности географических и климатических ус-
ловий и сохраняющемся во многих регионах недостаточном развитии средств
электросвязи КВ радиосвязь не только сохраняет свое значение, но требует
дальнейшего развития и значительной реконструкции. К сожалению, в кон-
цепции развития связи Российской Федерации [100] роль и место КВ радио-
связи во взаимоувязанной сети связи России практически не отражены.
Виды применения радиосвязи во взаимоувязанной сети связи страны
определяются многими условиями, в числе которых как наиболее существен-
ные должны учитываться следующие.
1. Происходящие в последние годы глубокие социально-экономические
преобразования вместе с научно-техническим прогрессом и развитием куль-
туры привели к росту массовых перемещений людей и материальных ценно-
стей, что связано с возрастанием потребное! и в подвижных службах связи
для обмена информацией, контроля и управления. Подвижные службы реали-
зуемы практически исключительно средствами радиосвязи (PC).
2. Образующие основу фиксированных служб и электросвязи (ЭС) в
целом базовые сети континентального масштаба, обладающие достаточно
большой пропускной способностью, могут быть обеспечены в ближайшей
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ 569
перспективе развитием волоконно-оптических линий связи и использованием
спутниковых систем, главным образом на геостационарных спутниках (ГСС).
Значение многопролетных радиорелейных линий большой протяженности
в перспективе, по-видимому, будет уменьшаться из-за сравнительно высокой
стоимости их оборудования и обслуживания, а также недостаточной надеж-
ности, в особенности в экстремальных ситуациях.
3. Дальние радиолинии фиксированной службы КВ радиосвязи, не-
смотря на их относительно малую пропускную способность, благодаря высо-
кой надежности должны сохранить свое значение в качестве горячего резерва
основных фиксированных служб дальней ЭС.
4. Ввиду высокой стоимости капитальных сооружений магистральной
КВ радиосвязи и их эксплуатации необходимы меры по повышению их эко-
номической эффекз ивности путем расширения их функций, т. е. требуется
разработка и реализация их комплексного использования.
5. Потребность в подвижной PC вооруженных сил, органов безопасно-
сти, других специальных служб, а также коммерческих организаций и насе-
ления, но большей части ограничена расстоянием в несколько десятков ки-
лометров. Соответственно она может удовлетворяться средствами PC в диа-
пазонах ОВЧ и УВЧ. Выделение и использование частотных полос, а также
обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) в этих диапазонах не
связано с непреодолимыми организационными и практическими трудностя-
ми, а возможное количество абонентов в предвидимом будущем можно счи-
тать неограниченным. Имеются достаточные основания предполагать, что
вероятное количество подвижных абонентов местных сетей ЭС (в густо насе-
ленных районах - сотовых сетей) в перспективе примерно на порядок меньше
числа абонентов местных телефонных (ТФН) сетей, т. е. примерно соответст-
вует количеству абонентов телексной (ТЛК) и телефаксной (ТФК) сетей; в
масштабах нашей страны можно оценить это количество примерно в 10 млн.
6. В соответствии с отмеченными выше специфическими условиями
России крайне важной проблемой было, остается и, по-видимому, останется
еще в первой четверти XXI в. обеспечение средствами связи хозяйства и на-
селения на больших территориях со значительными расстояниями между на-
селенными пунктами, сравнительно малой плотностью населения и слабо
развитым транспортом. Использование в этих условиях PC через ГСС и низ-
колетящие спутники может решить многие проблемы, но сопряжено со зна-
чительными материальными трудностями и, вероятно, потребует много вре-
мени. Кроме того, спутниковые системы, сравнительно легко реализуемые в
стационарных условиях и в морской службе, значительно труднее использо-
вать для персональной связи в полевых условиях. Более реалистичным и эко-
номически целесообразным представляется применение для этих целей КВ
радиосвязи. Вероятное количество абонентов, нуждающихся в такого рода
связи, можно предположительно оценивать как на порядок меньшее, чем
в п. 5, т. е. считать, что оно может составлять около 1 млн человек.
37 - 5869
570
Системы и устройства коротковолновой связи
7. В условиях, указанных в п. 6, особое значение приобретают специ-
альные сети передачи данных для оперативной информации и сигнализации
повышенной важности, срочности и секретности, телеметрии, охранной сиг-
нализации, диспетчерского управления и автоматики необслуживаемых неф-
тяных и газовых скважин, в энергосетях и на транспортных магистралях
большой протяженности. К службам подобного рода относятся слежение за
перемещением грузовых потоков; сбор геофизической и метеорологической
информации; наблюдение за вскрытием рек, пожарами, радиологической об-
становкой, состоянием почв и атмосферы; передача прочей неотложной ин-
формации об опасностях, бедствиях и т.п.
Источники сообщений и датчики контролируемых величин могут быть
связаны с КВ радиопередатчиками непосредственно либо через промежуточ-
ное звено в микроволновом диапазоне (СВЧ или УВЧ), а в случае приема ин-
формации от подземных или морских подводных объектов - через дополни-
тельные стационарные промежуточные средства, например, по линиям связи
в мириаметровом диапазоне или через звено индуктивной связи в диапазоне
звуковых частот.
В [26] убедительно доказана полная возможность и технико-
экономическая целесообразность построения таких сетей на основе КВ ра-
диосвязи с применением несложной малогабаритной и дешевой радиоаппара-
туры минимальной мощности. Они вполне могут образовывать подсистемы в
комплексе средств PC страны.
Как было показано выше, для удовлетворения потребности в средствах
электросвязи, военной, хозяйственной и гражданской, желательно использо-
вать ионосферную КВ радиосвязь. Надежность и устойчивость радиоприема
в КВ диапазоне подтверждается многолетним опытом звукового радиовеща-
ния по твердому расписанию, которое США, ФРГ и другие страны регулярно
ведут на европейскую часть России через передатчики, расположенные
в центре Западной Европы. Следует учитывать, однако, что экономичность
и функциональная г отовность любых технических средств могут быть обес-
печены только в условиях непрерывной эксплуатации.
Если рассматривать КВ радиосвязь главным образом как резервную, то
полноценная непрерывная эксплуатация ее исключается. При наличии и ра-
ботоспособности высокоэффективных средств ЭС - кабельных магистралей,
спутниковых систем, местных линий ТФН, ТФК и ТЛК и сотовой подвижной
службы резервная сеть оказывается в течение длительных интервалов време-
ни практически вовсе без нагрузки. В то же время, как уже отмечалось выше,
в нашей стране имеется реальная потребность в постоянно действующей
службе КВ радиосвязи, и ориентировочное количество нуждающихся в ней
абонентов может достигать 1 млн человек.
Проблема может быть решена применением лишь небольшой части
(менее десяти) из множества имеющихся в стране КВ магистральных радио-
центров (МРЦ). Мощная передающая радиостанция МРЦ в предлагаемой
системе используется в качестве вынесенного ретранслятора для многока-
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
571
нального обмена потоков двоичной информации. Применение вынесенного
из обслуживаемой зоны ретранслятора обеспечивает подобной системе связи
целый ряд положительных свойств (см. § 2.4).
В системе связи с ВР11, как отмечалось выше, зона наиболее благопри-
ятных условий приема может иметь форму кольца, в центре которого нахо-
дится МРЦ, используемый в качестве ретранслятора. В то время как внутрен-
ний радиус кольца составляет 3000 км, внешний радиус соответствует рас-
стоянию, на котором условия приема остаются приемлемыми: порядка 4000
км. МРЦ, расположенный в области средних широт России, может обслужи-
вать в этом случае две зоны, близкие к меридианальным, шириной по 1 тыс.
км (на востоке и на западе от радиоцентра), т. е. в сумме территорию около
2000 км.
Из изложенного следует, что 5-6 МРЦ, расположенных приблизитель-
но на одной широте, достаточно для обслуживания территории, протяженной
в долготном направлении более чем на 10 тыс. км, т. е. практически большей
части территории страны. Поскольку МРЦ связаны друг с другом фиксиро-
ванными магистралями ЭС, которые целесообразно дополнить средствами
связи через ГСС и низколетящие спутники (НС), обеспечивается практически
неограниченная возможность связи каждого абонента любой из зон с каждым
абонентом из любой другой зоны. Можно предполагать, что основной трафик
в такой системе ограничится зоной; требования к объемам межзонового об-
мена значительно ниже и поэтому легко выполнимы.
При количестве зон 10-12 и допущении примерно равномерного рас-
пределения между зонами обслуживаемых абонентов, в каждой зоне их ко-
личество при изложенных выше предположениях может доходить до 100 тыс.
человек и более.
Пакетная радиосвязь. Относительно малый частотный ресурс, реали-
зуемый средствами PC на коротких волнах, требует выбора способов переда-
чи информации, обеспечивающих его наиболее эффективное использование.
С этой точки зрения телефонный канал, требующий для одного коммерческо-
го канала полосу 3,..3,5 кГц, следует допускать только в исключительных
случаях. Предпочтительным видом связи следует считать телеграф, полу-
чающий в последние годы все более широкое распространение во всей сис-
теме ЭС. Распространенный телеграфный режим со скоростью обмена
50 бит/с теоретически допускает возможность передачи в полосе менее 50 Гц,
что реализуемо и в практических системах. Соответственно один телефонный
канал допускает размещение в его полосе не менее 25 телеграфных каналов.
Радиопередатчик, рассчитанный на передачу радиовещательных про-
грамм или четырех телефонных сигналов PC с одной боковой полосой (ОБП),
имея полосу пропускания порядка 16 кГц, позволяет одновременно переда-
вать сообщения более 300 абонентов. Следует иметь в виду также, что этот
вид связи не исключает возможность работы по тем же каналам ТФК и ТЛК с
применением устройств памяти. В сущности, речь идет об отказе от исполь-
зования в рассматриваемых каналах PC от дуплексной ТФН в реальном вре-
зу*
572
Системы и устройства коротковолновой связи
мени в пользу пакетной передачи. Указанное выше ограничение приводит к
существенному снижению хозяйственного и эргономического уровня PC.
Увеличение удельного веса передач дискретной информации по срав-
нению с прямой (с голоса) передачей речи характерно не только для России.
Консультация со специалистами в компании Rohde & Schwarz, одной из круп-
нейших фирм мира в области производства средств PC, свидетельствуют, что
речевая связь, оставаясь предпочтительной в странах «третьего мира», в разви-
тых странах в значительной мере вытесняется дискретной. Фирма, отмечая ин-
тенсивный переход к дискретной связи, начавшийся с 80-х гг., оценивает итог
этого перехода уже в 80%. Сообщается, в частности, что посольства уже почти
полностью отказались от голосовой передачи информации на том основании,
что передача данных обходится в 10-15 раз дешевле [81].
В сущности, речь идет о пакетной PC между передающим абонентом
АПД) и отдельным или несколькими приемными абонентами (АПР) по неза-
крепленным каналам с использованием между АПД и АПР промежуточных
станций - ретрансляторов, на которых кодированные сообщения - пакеты
информации (ПИ) - могут вводиться в запоминающее устройство (ЗУ) и под-
вергаться обработке в интересах надежности, качества и закрытости их пере-
дачи.
Наименьший объем ПИ соответствует извещению о факте вызова в
предположении, что адрес АПД для последующего подтверждения факта по-
лучения вызова известен АПР. Такое сообщение, содержащее только адрес
АПР, будем квалифицировать как «пакет 1-го уровня» и обозначать ПИ1.
При вероятности вызова АПР несколькими АПД с разными адресами
ПИ1 реализуется путем последующей связи с базовой станцией, от которой
им могут быть получены как адрес АПД, так и сопутствующая информация,
если таковая была передана АПД и введена в ЗУ базовой станции. Следую-
щий в порядке увеличения объема информации «пакет 2-го уровня» содержит
как адрес АПР, так и адрес АПД; такой пакет условимся обозначать ПИ2.
Получив ПИ2, АПР может выяснить цель вызова и получить связанную с ним
информацию посредством связи непосредственно с АПД по тем или иным
каналам ЭС.
Дальнейшее развитие того же принципа предполагает, что пакет со-
держит оба указанные выше адреса и отправляемое со стороны АПД предна-
значенное для АПР сообщение, которое вводится в ЗУ приемного устройства.
Такой «пакет 3-го уровня» условимся соответственно обозначать ПИЗ. По-
мимо собственно информационных пакетов, разумеется, требуется передача
специальных служебных сообщений.
Общая схема организации радиосвязи. Изложенные выше принципы
предопределяют генеральную схему средств PC в масштабе России. В не-
сколько упрощенном виде она изображена на рис. 14.4. Здесь ЦУ - центр
управления сетью. При детальной разработке можно предполагать, что по-
требуется несколько ЦУ, взаимосвязанных и подчиненных общей логике. ЦУ
располагает процессором достаточной информационной мощности и ПЗУ и
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
573
гсс
Рис. 14.4
АС 2
574
Системы и устройства коротковолновой связи
ОЗУ достаточной емкости, чтобы обеспечивать обработку и учет вызова
и прохождения пакетов информации в сети. По-видимому, целесообразно
совместить территориально ЦУ с одним из МРЦ в центре страны, тем самым
предоставив этому МРЦ роль главного. Естественно, что главный МРЦ мо-
жет (и, по-видимому, должен) резервироваться. МРЦ связаны друг с другом
наземными магистральными линиями и спутниковыми линиями PC через
ГСС и НС.
В зонах с КВ радиосвязью, обслуживаемых МРЦ на расстоянии одного
скачка (на схеме - пунктирное кольцо), находятся абонентские КВ станции
(АС) - АС1. Эти АС обеспечивают прием ПИ1 и ПИ2 либо комплексный об-
мен ПИЗ. В последнем случае они ^одержат трансивер и комплект оконечной
аппаратуры, подобный указанному выше для земных станций системы
INMARSAT. Миниатюрные АС1 могут содержать дисплей на жидких
кристаллах.
В зоне обслуживания МРЦ находятся также узловые центры (УЦ), об-
служивающие АС, которые работают в микроволновых диапазонах - АС2. Те
же УЦ в отдельных случаях могут служить базовыми станциями сотовой сети
PC. При этом ресурс УЦ может быть многократно увеличен подключением
их к сети спутниковой PC через ГСС и НС. По-видимому, целесообразно,
чтобы УЦ совмещался с МРЦ, как это показано на рисунке.
Каждая АС в принципе может получить связь с любыми другими АС
через соответствующий УЦ и МРЦ в пределах всей территории страны. От-
ветственную роль в решении этой задачи играет система адресных сигналов
и ждущего режима АС. Для наглядности в описанной схеме не показаны не-
которые службы и устройства: а) служба управления выбором и распределе-
нием частот; б) служба времени и синхронизации; в) ионосферная служба
(осуществляет периодическое зондирование ионосферных каналов); г) уст-
ройства контроля за загрузкой частотных полос и состоянием электромагнит-
ной обстановки; д) устройства служебной связи и др. Некоторые из этих
служб («а», «б», «д») охватывают все станции: базовые, абонентские и пунк-
ты управления; другие сосредоточены в пунктах управления. Эти службы
и устройства обеспечивают автоматическую коррекцию волнового расписа-
ния, разделение каналов PC по частоте, времени и пространству, использова-
ние помехозащитных устройств и пр.
Комплексная автоматизация КВ радиосвязи. Автоматизация обору-
дования и эксплуатации МРЦ и УЦ - задача давняя и уже нашедшая доста-
точно успешные решения. Ниже рассматриваются наиболее характерные
проблемы комплексной автоматизации радиосвязи в системе в целом.
Основные цели и функции автоматизации PC сводятся к обеспечению:
а) доведения вызовов и информации от АПД до места, в котором находится
АПР в форме, позволяющей осуществить прием; б) гарантированного приема
и воспроизведения вызова и информации от АПД приемным устройством
АПР без необходимости в каких-либо операциях со стороны АПР по управ-
лению и регулированию; в) безотказности, простоты и удобства пользования;
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
575
г) минимальной стоимости эксплуатации и долговременной функциональной
г отовности без операций обслуживания, не связанных непосредственно с пе-
редачей информации.
Специфика автоматизации PC, особенно в условиях России, состоит
в нерегулярном распределении АС на очень большой территории и их взаим-
ной отдаленности при слабом развитии и неоднородности фиксированных
средств ЭС между регионами этой территории. В условиях описанной слож-
ной распределенной системы осуществление комплексной автоматизации
в значительной мере зависит от системных и аппаратурных решений по трем
взаимосвязанным направлениям: 1) оптимальные формы и объемы нумера-
ции абонентов и соответствующих кодированных сигналов вызова; 2) слу-
жебная связь между главным и региональными ЦУ, МРЦ и УЦ. 3) согласо-
ванный с системой служебной связи ждущий режим АС, обеспечивающий
прием вызова независимо от присутствия и внимания пользователя АПР.
Классификация абонентских станций. Техническая реализация сис-
темы, отвечающей изложенным условиям, требует учета неоднородности
абонентской сети, очевидной из генеральной схемы рис. 14.4. По ряду при-
знаков АС могут быть разделены на несколько уровней. Классификация
уровней может быть построена в порядке возрастающей сложности с учетом
трех видов их основных ресурсов: А - функциональных; Б - эксплуатацион-
ных; В - частотных.
По функциональным признакам характерны следующие уровни:
А1. Прием вызова с эффективной сигнализацией без сопутствующих
сообщений: у абонента имеется только радиоприемник (РПР);
А2. Прием вызова и сообщений с сигнализацией и с воспроизведением
принимаемых сообщений (у абонента также РПР);
АЗ. Передача вызовов и сообщений посредством тастатуры и прием
вызова и сообщений с эффективной сигнализацией и воспроизведением на
дисплее. У абонента этого уровня имеются трансивер и дополнительные уст-
ройства.
Не так давно в прессе сообщалось о введении в городах Великобрита-
нии телефонных аппаратов «текстофон» с тастатурой для набора текста пере-
даваемого сообщения и миниатюрным дисплеем для приема ответных сооб-
щений. Очевидно, что этот же дисплей может служить АПД и при наборе пе-
редаваемого текста, вводимого для последующей передачи в ОЗУ. Оконеч-
ные устройства подобного рода могли бы быть с успехом применены на АС
этого уровня;
А4. То же, что в п. АЗ, а также с автоматическим вводом различных ви-
дов информации (цифро-буквенных текстов при одном или нескольких алфа-
витах, кодированных через вокодер речевых сообщений, изображений и др.)
из ЗУ персонального компьютера или других накопителей информации; эф-
фективная сигнализация поступающих вызовов, автоматическая запись коди-
рованных сообщений на дисплее и воспроизведение информации других ви-
576
Системы и устройства коротковолновой связи
дов. У абонента этого уровня имеются трансивер и ряд дополнительных уст-
ройств (ТЛК, ТФК, принтер и др.).
К эксплуатационным различиям вариантов абонентских станций отно-
сятся следующие:
Б1. Местонахождение абонента - фиксированное;
Б2. Абонент свободно перемещается в пределах определенного насе-
ленного пункта и прилегающей к нему местности на расстояниях до десятков
километров;
БЗ. Абонент произвольно перемещается на любые расстояния в преде-
лах страны;
Б4. В более отдаленной перспективе при международном согласовании
норм и стандартов абонент сохраняет возможность передавать и принимать
вызовы и сообщения в любое время, находясь в любой части света.
Выбор частотного ресурса зависит от указанных выше эксплуатацион-
ных условий и предполагает следующие варианты диапазонов абонентских
станций:
В1. Один фиксированный частотный канал в микроволновом диапазоне;
В2. Несколько переключаемых микроволновых каналов;
ВЗ. Ряд каналов в диапазоне КВ;
В4. «Всеволновый» вариант с возможностью настройки станции для
передачи и приема или только приема в любом из выделенных каналов в
микроволновых диапазонах и КВ.
Уровень А1 характерен, главным образом, для местной и внутрипроиз-
водственной связи (например, диспетчерской), когда АПР точно знает, отку-
да или от кого может или должен последовать вызов. Расширение функций
АС этого уровня предполагает возможность для АПР воспользоваться каки-
ми-либо другими средствами связи с УЦ, чтобы получить от дежурного опе-
ратора или автоответчика дополнительную информацию о содержании сооб-
щения и источнике вызова. Этот вид связи получил некоторое применение
в 1960-е гг. и продолжает встречаться, но сложен и неудобен в эксплуатации;
автоматизация в этом случае затруднена и имеет ограниченные перспективы.
К достоинствам этого уровня можно отнести минимальные размеры
и энергопотребление АС; последнее делает возможным, в частности, исполь-
зование в АС солнечной батареи, что упрощает эксплуатацию и обеспечивает
высокую степень функциональной готовности к приему вызова.
Более высокий уровень А2 первоначально реализован, как и А1, глав-
ным образом, в относительной близости от УЦ (условия Б1 и Б2), но этот вид
связи получает развитие также и в вариантах условий БЗ и даже Б4 при ис-
пользовании соответственно различных частотных ресурсов (В1-В4) и раз-
личной конструктивной сложности АС.
Уровни АЗ и А4, предполагающие наличие у абонента радиопередат-
чика или трансивера, возможны для отдельных АС2 и желательны для АС1,
включенных в систему ионосферной радиосвязи (ИРС). При этом уровень А4
реален главным образом для стационарных АС.
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
577
Служебные каналы в системе автоматизированной радиосвязи.
В функции служебной связи входят прежде всего управление передачей вы-
зовов и информации от АПД к АПР. Специфика PC в системе ЭС состоит в
ограниченности частотного ресурса, особенно острой в ИРС. В условиях рас-
тущей потребности в PC и, соответственно, роста абонентской сети всех
уровней, одной из главных задач автоматики и служебной связи оказывается
учет частотных каналов, распределение их и предоставление с минимальной
задержкой во времени вызывающим и отвечающим абонентам при условии
максимальной эффективности их использования и обеспечения ЭМС.
Одно из условий достижения этой цели - учет и хранение в ПЗУ, ППЗУ
и ОЗУ адресных номеров обслуживаемых абонентов. При этом в памяти каж-
дого УЦ должны сохраняться номера абонентов, постоянно находящихся в
его зоне обслуживания, а в дополнительном ППЗУ или ОЗУ - номера зареги-
стрированных временно прибывших абонентов либо абонентов, известивших
о возможности прибытия в эту зону. В памяти региональных ЦУ и главного
ЦУ должны сохраняться номера всех обслуживаемых абонентов, а также
данные о местах их возможного постоянного или временного присутствия.
Если абоненту, передающему вызов, предположительно или достовер-
но известно, на какой территории находится вызываемый абонент, то вызов
может быть передан непосредственно через соответствующий УЦ путем на-
бора его адресного номера перед собственным номером вызываемого абонен-
та. Если зона точно не известна и абонент может с примерно равной вероят-
ностью находиться на территории, охватывающей две или три смежные зоны,
то вызов может быть передан через региональные ЦУ. При этом предполага-
ется, как указывалось выше, что в памяти главного ЦУ хранятся адресные
номера всех обслуживаемых абонентов, передавших свои данные непосред-
ственно либо через региональные центры.
Детальная разработка алгоритмов автоматической передачи вызовов
в сложных условиях России еще предстоит, однако для дополнительной ил-
люстрации характера и сложности поставленной задачи ниже описан один из
возможных вариантов алгоритма вызова АПР, находящегося в отдаленной
местности.
Радиопередатчик местного УЦ или МРЦ передает одну или несколько
программируемых команд, которые определяют один или несколько каналов
с разделением по частоте или времени, либо по частоте и по времени, в кото-
рых РПР той или иной АС должен принимать вызовы при перемещении на
другие территории. Эти команды принимаются РПР, когда АС находится
в зоне действия радиопередатчика. Они содержат код местности. Соответст-
вующий вызов при его поступлении транслируется далее на отдаленный пе-
редатчик и передается им в запрограммированном частотном канале с кодом
местности и опознавательным (адресным) кодом АПР в последовательности
символов соответственно их возрастающему значению.
В соответствии с предложенной программой, передатчик другой (отда-
ленной) зоны последовательно во времени передает вначале код местности,
578
Системы и устройства коротковолновой связи
далее знаки кода АПР в порядке возрастающих значений, а затем собственно
вызов и последующее сообщение.
В АС, оказавшейся в этой отдаленной зоне и настроенной на прием
в этом частотном канале по частоте устройством электронной настройки, а по
времени - таймером, первая цифра каждого переданного сигнала сличается
в одном или нескольких каналах, на прием в которых запрограммирован РПР,
с находящимся в ОЗУ кодом места. Если совпадает первый знак, переданный
с вызовом в одном или более каналах, в которых АС запрограммирована вес-
ти прием вызовов, с кодом зоны, то сличаются следующие знаки передавае-
мого опознавательного кода, следующие за кодом места в порядке возрас-
тающего значения с соответствующими знаками кода адреса, хранящимися
в памяти АС. Но тюнер сразу выключается, если обнаруживается несовпаде-
ние либо в коде места, либо в одном из знаков (цифр) адресного кода. Если
передаваемые и принятые коды места и номера АС совпали с хранимыми
в ЗУ, то вызов индицируется сигнальными устройствами и на дисплее. По-
добным же образом может решаться задача «сублокального» радиовызова, т.
е. связи с абонентом, находящимся на определенном участке значительной
зоны или в группе участков, например, в крупном поселке или на производ-
ственном участке. В этом случае в код вызова включаются дополнительные
данные для сублокального опознавания вызова аналогично порядку, изло-
женному выше. Если устанавливается совпадение кодовых знаков зоны уча-
стка, то продолжается прием последующих знаков адреса, принадлежащих
номеру конкретной АС, хранимому в ее ЗУ. При несовпадении одной из цифр
в последовательности передаваемого номера РПР выключается. При полном
совпадении переданного кода и номера, хранимого в памяти АС, продолжа-
ется прием и обработка последующей информации. Таким образом, АС мо-
жет быть запрограммирована на прием в пределах зоны либо участка зоны;
прием может быть как индивидуальным, так и групповым, для чего в числе
адресных номеров АС могут быть и совпадающие.
Из изложенного видно, что система служебной связи позволяет вести
передачу информации абонентам с разделением по частоте, по времени и по
месту их нахождения, а также с кодовым (адресным) разделением, что позво-
ляет не только обеспечить селективность передачи, но и многократно увели-
чить количество обслуживаемых абонентов и расширить территорию обслу-
живания до практически любых пределов.
Функции и проблемы автоматики ждущего режима. Как уже отмеча-
лось выше, одна из основных функций автоматики в системе PC, обслужи-
вающей большую абонентскую сеть (например, порядка миллиона абонентов) -
обеспечение постоянной готовности АС к приему информации. Вопрос сво-
дится именно к приему, поскольку календарное и суточное время поступления
вызова и автоматического приема переданной информации для АПР является
случайным. Для передачи вопрос готовности станции к работе не ставится, по-
скольку передача инициируется АПД, имеющим возможность непосредствен-
но управлять работоспособностью аппаратуры. Если же АПД отделен от ра-
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
579
диопередатчика и делает вызов, например, через телефонную сеть, то радиопе-
редатчик входит в состав оборудования УЦ или МРЦ, для которых автомати-
зация хорошо разработана и осуществляется традиционными средствами.
Рассмотренная выше классификация АС и логика их эксплуатации учи-
тывают, что количество АПР превышает количество АПД, осуществляющих
вызовы непосредственно с АС (уровни АЗ и А4). Это подтверждается реаль-
ным развитием персонального радиовызова, в котором АС ведет только при-
ем: вероятное количество таких абонентов этих сетей, по-видимому, достига-
ет уже десятков миллионов. Постоянная готовность их миниатюрных прием-
ников обеспечивается, прежде всего, длительным сроком службы миниатюр-
ных гальванических батарей питания и минимальным расходованием их
энергетического ресурса. Сложность решения задачи именно для РПР связана
с тем, что тогда как радиопередатчик включается заведомо только на корот-
кое время вызова и передачи сообщения, РПР должен постоянно ожидать вы-
зова, т. е. должен расходовать ресурс батареи практически круглосуточно.
Первая ступень процесса экономии тока реализуется за счет разделения
абонентских каналов по времени; как уже было указано, каждый РПР вклю-
чается на относительно короткое время, отведенное для вызова данного АПР,
в остальное же время АС может быть полностью отключена от источника
тока. Дальнейшие меры могут быть связаны с рассмотренным выше процес-
сом вызова конкретных абонентов посредством соответствующего кодирова-
ния адресов.
В ожидании вызова АС включается не полностью: включаются только
тюнер и цепи распознавания сигнала, потребляющие очень малый ток, а от-
носительно мощные цепи обработки сигналов и воспроизведения информа-
ции остаются отключенными.
Один из возможных вариантов экономичного ждущего режима поясня-
ется ниже на примере, реализуемом в одной из разработок компании Telefind
(США). Предположим вначале, что на местности, обслуживаемой радиопере-
датчиком, находится 1000 РПР, и каждая АС может получать порядка трех вы-
зовов в сутки. В этом случае общее количество вызовов составляет 3000, при-
чем любой из них может адресоваться любому из АПР. Следовательно, каж-
дый РПР должен включаться столько раз, чтобы быть готовым принять адре-
суемый ему вызов. Если время включения и обнаружения вызова 300 мс, то
тюнер Pl IP в ждущем режиме будет работать 15 мин в сутки. Вариант, о кото-
ром идет речь ниже, предполагает иной алгоритм работы.
После первого кодового слова сигнала вызова сразу отключаются 900
корреспондентов, которым этот код не соответствует. После второго слова
сигнала вызова отключаются еще 90 из оставшихся ста. После третьего - еще
9 из оставшихся 10 и последующий вызов идет уже только в тот единствен-
ный оставшийся включенным РПР, которому он предназначен. При этом те
же 1000 вызовов в сутки требуют включения каждого РПР в ждущем режиме
только на 1 мин, т. е. расход тока сокращается, а срок службы батареи увели-
чивается в 15 раз.
580
Системы и устройства коротковолновой связи
Описанный алгоритм продолжает уже рассмотренную последователь-
ность работы процессора и ячеек памяти АС при получении сообщения: оп-
ределяется присутствие сигнала, далее характер сигнала, соответствие его
территории и месту, индивидуальному номеру и пр., после чего включается
основной блок обработки и записи информации.
Проблема передачи контрольных сигналов. С учетом назначения и
перспектив развития радиосредств в системе электросвязи страны эти средст-
ва рассматриваются как растущая массовая служба. Пределом ее развития
может быть обеспечение всех нуждающихся в ней жителей страны, т. е. по
масштабам и эргономическим качествам она в перспективе может быть по-
добна ТФН, ТЛК и ТФК.
Цель автоматизации состоит в функционировании всех средств систе-
мы PC и доставке сообщений от АПД к АПР без участия обслуживающего
персонала в промежуточных звеньях этой системы. Минимальные операции
по введению в действие технических средств системы выполняет АПД - ини-
циатор сеанса связи. Активное участие АПР в сеансе при этом возможно, но
не обязательно, поскольку переданная информация может вводиться в ЗУ
терминала АПР в его отсутствие и воспроизводиться в любое время по его
усмотрению. Для выполнения этих функций и передачи соответствующих
команд в принципе не исключается применение отдельных служебных кана-
лов связи, однако более целесообразно использовать для целей автоматиза-
ции в первую очередь общие рабочие каналы, поскольку в этом случае функ-
ции управления и контроля в передаче информации совмещаются с провер-
кой этих каналов и отпадает надобность в целом ряде дополнительных объек-
тов оборудования.
Дополнительным эффективным средством автоматизации массовой PC
может служить передача управляющей информации по параллельно дейст-
вующим каналам другого назначения при обязат ельном условии, что эти кана-
лы с полной гарантией доводятся до всех обслуживаемых АПР. Очевидно, что
этому условию соответствует глобальная система звукового радиовещания.
Автоматическое зондирование. В число компонентов комплекса
средств автоматизации PC может (и, по-видимому, должен) входить автоот-
ветчик в составе оборудования каждой станции, обслуживающей абонент-
скую сеть региона, зоны или участка. Автоответчик, подтверждающий по за-
просу со станции более высокого иерархического уровня работоспособность
запрашиваемой станции и относящейся к ней сети, т. е. готовность их к об-
мену информацией, служит датчиком устройств, подающих сигналы к цепям
в направлении получателя. Главный ЦУ, используя автоответчики, периоди-
чески проверяет готовность промежуточных центров к обмену информацией
и при определенных условиях сигнализирует генеральному диспетчеру. Ма-
гистральные и узловые центры (МРЦ и УЦ, ГСС и НС на упомянутой схеме)
периодически по фиксированному расписанию опрашивают промежуточные
центры связи обслуживаемых зон с учетом их стратегического, хозяйствен-
ного или иного значения либо все АС.
14. Poj/ь системы KB радиосвязи в системе связи РФ
581
При выявлении отказов и сбоев осуществляется согласно программе
ввод в действие резервного оборудования, а при невозможности восстанов-
ления табельных средств проверенных объектов - переключение согласно
установленному регламенту на обходные направления. Одновременно сраба-
тывает сигнализация ремонтной службе соответствующего уровня. Дежур-
ные операторы ремонтной службы посредством имеющихся в их распоряже-
нии специальных средств проверяют сети и принимают решение о возможно-
сти и способах устранения неисправностей.
Универсализация абонентской аппаратуры. В дискуссиях о путях
распространения новых систем и технических средств связи нередко выска-
зывается мнение, что не все достижения мировой техники представляют ин-
терес для России вследствие ее географических и социально-экономических
особенностей. Мировой опыт свидетельствует, что в разных частях света и в
странах, различающихся климатом и экономикой, технические средства связи
в конечном счете развиваются в одинаковых формах и на основе близких
технических средств. Этому, в частности, способствуют и процессы мировой
экономической и культурной интеграции. В соответствии с этим принципи-
альным положением следует ориентироваться на то, что и Россия будет дого-
нять мировую технику по тем же путям, как это имело место на протяжении
всего столетия, прошедшего со времени первых радиотехнических изобрете-
ний. Следовательно, при прогнозировании техники и выборе направлений
для перспективных разраиоток надо учитывать все характерные тенденции
зарубежной техники.
Наиболее характерными явлениями мировой техники связи за короткое
время, прошедшее после создания спутниковых систем, стали персональный
радиовызов, бесшнуровой телефон, сотовая телефонная радиосвязь и расши-
рение функций звукового и телевизионного радиовещания.
В прогнозе техники PC следует учитывать, что для прогресса по мере
преодоления перманентного отставания России от мирового уровня в общем
развитии материальной культуры и, в частности, развитии фиксированной сети
массовой связи имеется в конечном счете естественный предел: вряд ли потре-
буется иметь более двух квартирных телефонов в каждой семье. По достиже-
нии этого предела PC в опорной общегосударственной сети сохранит преиму-
щество в варианте многоканальных спутниковых магистралей; ионосферные
КВ линии останутся в этой сети вспомогательным и резервным средством, хо-
тя и крайне важным. Основной областью применения PC останутся подвижные
службы, где радиосредства не имеют конкурентоспособной замены.
В условиях размножения средств, претендующих на массовое приме-
нение, неизбежно возникает проблема их интеграции, без которой их разме-
щение и эксплуатация могут стать слишком громоздкими. При выборе на-
правлений новых исследований и новых разработок в области PC целесооб-
разно предвидеть это обстоятельство, делающее желательным функциональ-
ное объединение некоторых видов аппаратуры, если для этого удастся найти
пути и возможности.
582
Системы и устройства коротковолновой связи
Массовое распространение радио как средства передачи информации
индивидуального назначения дает основание считать реальным и рассматри-
вать возможную целесообразность совмещения изначапьно массовых РПР
звукового вещания со становящимися массовыми устройствами персональ-
ной связи. До последнего времени решение этой задачи потребовало бы су-
щественного усложнения бытовой приемной аппаратуры, однако ситуация
изменяется по мере внедрения передачи в радиовещательных каналах одно-
временно с вещательными программами дополнительной и специальной ин-
формации. Речь идет о получающей большое распространение в США и ряде
других стлан «Системе радиоданных», или RDS (Radio Data System).
Ниже перечисляются некоторые из типичных функций системы переда-
чи радиоданных (см., например, патенты США Ь4.969.209 от 29 июня 1988 г.;
Ь5.152.012 от 29 сентября 1992 г. и многие другие):
• передача абоненту наряду с радиовещательными программами боль-
ших объемов полезной для него информации;
• автоматический ввод передаваемых данных в ЗУ приемника с воз-
можностью отображения их на дисплее и параллельного приема звуковых
программ;
• автоматическая поисковая перестройка РПР в радиовещательных по-
лосах частот с селективной остановкой поиска на станциях с заранее задан-
ными абонентом признаками; передача АПР информации об имеющихся
в наличии видах радиовещательных программ с возможностью выбора и ав-
томатической настройки на желательную программу;
• возможность ввода в ЗУ, имеющегося в РПР компьютера, нескольких
признаков желательных станций или программ в стране или регионе (титулы,
языки передачи и т.п.) с поиском, распознаванием и автоматической настрой-
кой РПР;
• смена волн, поиск станций и настройка при перемещении РПР в со-
седние географические районы;
• при приеме на движущихся объектах - перестройка с автоматическим
вводом данных соответственно направлению и дальности перемещения с ис-
пользованием имеющейся базы данных, содержащей алфавитные данные
о странах, регионах и городах; на транспортных магистралях - прием локаль-
ной дорожной информации (о «пробках», рекомендуемых объездных мар-
шрутах, предполагаемых изменениях метеоусловий и т.п.).
Выполнение этих и подобных функций обеспечивается благодаря вве-
дению в приемную аппаратуру декодеров, микропроцессоров, ПЗУ, ОЗУ,
дисплея и тастатуры управления.
В условиях массового развития персональной радиосвязи возможности
радиовещательного приемника вполне могут быть расширены за счет введе-
ния некоторых дополнительных функций. Возможны два направления иссле-
дований, а при положительном результате - и разработка соответствующих
)стройств:
14. Роль системы КВ радиосвязи в системе связи РФ
583
1. Дополнение функций перечисленных информационно-управляющих
устройств перспективных радиовещательных приемников выделением и об-
работкой данных для управления приемниками персональной PC с целью уп-
рощения их конструкций, улучшения эргономических качеств или расшире-
ния их функциональных возможностей;
2. Конструктивное объединение приемника звукового вещания и АПР
персональной связи.
Реализация этих подходов, по-видимому, не только сделала бы терми-
нал PC более удобным, компактным и дешевым, но и способствовала бы бо-
лее рациональному построению передающих станций и центров управления.
Перспективы зоновых сетей ионосферной связи. Как уже отмеча-
лось выше, общие требования к средствам связи, как к существующим, так и
к создаваемым вновь, предполагают возможность передачи информации в
любое время, по первому требованию и с гарантией получения ее определен-
ным адресатом. Эргономическое требование незамедлительного приема ад-
ресной информации от А11Д для последующей передачи ее к АПР легко реа-
лизуется техническими средствами: на АС в любое время ПИ вводится в
ОЗУ, передача же затем осуществляется автоматически по командам от уст-
ройства управления.
Типовой средний объем ПИ, как правило, не превышает 150 знаков, т.
е. примерно 1000 бит. При передаче одним АПД одного ПИ за один час необ-
ходимая скорость передачи без ожидания предоставления канала составляет
не более 0,5 бит/с, следовательно, реальная скорость передачи а„ порядка 50
бит/с представляется совершенно достаточной. При скоростях этого порядка
свойственные ИРС такие негативные эффекты, как многолучевое распро-
странение волн, межсимвольная интерференция и доплеровские сдвиги час-
тот, почти не влияют на качество PC. Минимально необходимая полоса час-
тот для передачи ПИ может быть принята примерно равной скорости ап.
Если ширина части диапазона радиочастот, выделенная для PC в данной
зоне, равна В, а полоса, занимаемая одним передатчиком, расположенным на
МРЦ - Впл, то количество передатчиков, занимающих полосу В, составит:
NW=B/B„V
Количество абонентских каналов в полосе В
= ВПд / 67П.
Время передачи Т^д одного ПИ при указанных выше скоростях состав-
ляет около 20 с.
Если принять допустимое время задержки автоматический передачи
ПИ равным У,, то количество абонентов, обслуживаемых за это время,
Np=TJTm.
Например, при вполне приемлемом Т2 = 10 мин имеем Np = 10...20.
В России с ее большими расстояниями имеются возможности для по-
вторения рабочих частот в зонах, далеких по широте и долготе. Предположи-
тельно коэффициент повторения К2 может иметь порядок не менее 4.
584
Системы и устройства коротковолновой связи
При изложенных допущениях общее количество абонентов в ИРС мо-
жет достигать
No = Nnn • Na • Np • К2.
При вполне реальном значении В около 200 кГц (в действительности
этот ресурс может быть и больше), Впа около 20 кГц и ап = 50 бит/с имеем
Nna = 30 и Na = 400. Соответственно, No достигает 0,5 млн. Эта цифра получе-
на в допущении, что каждый абонент имеет возможность передавать по од-
ному ПИ через каждые 10 мин. В реальных ситуациях время Т3, несомненно,
может быть увеличено в несколько раз, что позволяет довести число абонен-
тов до нескольких миллионов. Поскольку речь идет об абонентах только
ИРС, можно считать их количество практически неограниченным. Проведен-
ный предварительный расчет общего количества абонентов в ИРС совпадает
с выполненной выше ориентировочной оценкой потенциальной емкости сети
пейджерной ионосферной связи.
Рассмотренные принципы построения сети радиосвязи и подходы к ор-
ганизации ее эксплуатации не претендуют на полноту решения задачи, но
только намечают некоторые направления дальнейших исследований и разрабо-
ток. Изложенные оценки показывают, что КВ радиосвязь, до сих пор остаю-
щаяся в значительной мере самостоятельной, крайне неоднородной и малоэф-
фективной системой, должна рассматриваться как часть интегральной сети ра-
диосвязи, органически связанная с системой средств электросвязи в целом.
Зоновая связь с вынесенным ретрансляционным пунктом является весь-
ма актуальной и распространенной. Примером служит связь в гражданской
авиации между диспетчером аэродрома и экипажем воздушного судна. Экспе-
риментальные исследования показали принципиальную возможность и целесо-
образность организации устойчивой связи через ВРП между самолетом и на-
земными средствами воздушных линий.
Проблема быстрого получения первичной информации о возникшей чрез-
вычайной ситуации (ЧС) или ее приближении, а также обеспечение потока
информации по ее ликвидации, может быть решена созданием специальной
сети связи для ЧС на базе широкого использования зоновых систем КВ радио-
связи с ВРП, с привлечением небольшого числа спутниковых каналов связи.
Педжерная система связи на территории всей России может быть
организована на основе зоновых систем КВ радиосвязи с ВРП, число абонен-
тов в подобной системе персонального вызова может превышать 1 млн.
Изложенные в главе принципы организации связи позволили предло-
жить генеральную схему средств радиосвязи в масштабах России, рассмот-
реть вопросы комплексной автоматизации КВ радиосвязи, классификацию
абонентских станций, организацию служебных каналов в системе автома-
тической радиосвязи, функции и проблемы автоматики ждущего режима, а
также рассмотреть перспективы зоновых сетей КВ радиосвязи.
Заключение
Развитие общегосударственной информационной инфраструктуры
должно осуществляться по единой концепции, обеспечивающей согласован-
ное поэтапное развитие и взаимодействие систем различных видов связи
с целью эффективного обеспечения услугами связи максимального количест-
ва потребителей. Особенно большие проблемы в современных условиях воз-
никают при удовлетворении потребностей огромного количества абонентов
в качественной узкополосной связи. Острую нужду в этом виде связи испы-
тывают целый ряд государственных ведомств и отраслей экономики (геоло-
гия, речной, морской, авто- и авиатранспорт, военные ведомства, береговая
охрана, службы правопорядка, метеослужба, сельская связь в малонаселен-
ных и удаленных регионах). Кроме того, в условиях динамично развиваю-
щихся рыночных отношений большое значение приобретает обеспечение вы-
сококачественной радиосвязью таких категорий потребителей, как частные
структуры, коммерческие организации, фермерские хозяйства и др., способ-
ные обеспечить экономическое развитие России, но расположенные в регио-
нах, имеющих недостаток в средствах связи. Оснащение этих регионов мно-
гоканальными системами связи с высокой пропускной способностью требует,
как правило, больших капиталовложений в течение длительного периода
времени. На этот период представляется целесообразным недорогие малока-
нальные системы связи оперативно поставить на службу многофункциональ-
ного и многоабонентского назначения. Решить подобную задачу можно при
использовании средств КВ радиосвязи.
Одной из наиболее важных и перспективных областей применения КВ
радиосвязи является связь в условиях возникновения или приближения раз-
личного рода катастроф природного или техногенного характера (землетря-
сения, наводнения, пожары, сели, аварии на промышленных объектах и пр.).
Подготовка к надвигающейся чрезвычайной ситуации, эффективное проведе-
ние аварийных работ при ликвидации ее последствий предполагает четкое
взаимодействие различных специальных служб и организаций. В этих усло-
виях весьма действенными оказываются системы КВ радиосвязи, использо-
вание которых намного более экономически выгодно, чем спутниковых сис-
тем или средств метеорной радиосвязи; к тому же живучесть систем КВ ра-
диосвязи, т.е. способность удовлетворительно выполнять свои функции в ус-
ловиях частичных отказов, значительно превышает аналогичные показатели
проводных, радиорелейных или даже спутниковых систем.
В условиях нормального функционирования Взаимоувязанной сети
связи (ВСС) России КВ радиосвязь должна обеспечить максимальную эконо-
мическую эффективность эксплуатации технических средств. Кроме того,
38 - 5869
586
Системы и устройства коротковолновой связи
системы КВ радиосвязи должны быть приспособлены для выполнения роли
тактического и стратегического резерва ВСС в случае катастрофических от-
казов последней.
. Комплексную сеть связи России следует строить с широким использо-
/ванием систем КВ радиосвязи на основе крупных радиоцен-
тров-ретрансляторов, выполняющих роль информационно-вычислительных
центров, обеспечивающих автоматизированное адаптивное управление рабо-
той сетей, их узлов и компонентов, контроль и прогнозирование сигналь-
но-помеховой и информационной обстановки, цен грализованное распределе-
ние частотного ресурса, а также интеграцию КВ систем в ВСС страны. По
сравнению с другими системами системы КВ радиосвязи на основе вынесен-
ного ретранслятора обладают существенными преимуществами по таким оп-
ределяющим показателям, как надежность и оперативность передачи инфор-
мации, живучесть, стоимость.
Современный уровень развития средств КВ радиосвязи характеризует-
ся использованием высокотехнологичного автоматизированного оборудова-
ния на базе последних достижений радиотехники и микроэлектроники,
а также микропроцессорной техники и ЭВМ, что позволяет реализовывать
высокоэффективные системы для решения самых разных задач: аналоговая и
цифровая телефония, межмашинный обмен данными, обмен телеграфными
сообщениями, параллельная передача сообщений ограниченного объема пей-
джерного типа, электронная почта, передача факсов, изображений и т.д. Ос-
нащение таких систем аппаратурой управления и оценки качества каналов
дает возможность оптимальным образом контролировать и распределять по-
токи сообщений, адаптировать систему к изменяющимся условиям работы
и таким образом обеспечивать высокое качество связи. Предоставление ши-
рокого спектра сервисных услуг: вхождение в телефонные системы общего
пользования, подключение к сетям передачи данных, Интернет, защита ин-
формации - значительно расширяет сферу применения систем КВ радиосвя-
зи, удовлетворяя требованиям самых разных пользователей.
Таким образом, современные системы КВ радиосвязи настолько слож-
ны и эффективны, а круг решаемых ими в настоящее время задач настолько
широк, что вопреки расхожему мнению о КВ радиосвязи как о чем-то уста-
ревшем, старомодном и низкокачественном, уместно говорить о новейшем и
суперсовременном виде связи, пригодном для эксплуатации почти в любой
области человеческой деятельности.
Список литературы
1. Абилов Б.Ж. Статистические характеристики временных искажений в канале
с замираниями И Радиотехника. - 1985. - № 9. - С. 77-80.
2. Автоматизированная система КВ радиосвязи для дальней и ближней зоны Про-
спект фирмы PSC, Inc.
3. Алимов В.А., Бурцев С.Т., Рахлин А.В. О помехоустойчивости адаптивной радио-
линии с подэкстремальными частотами // Радиотехника. - 1978. № 6. - С. 80-81.
4. Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. — М.: Нау-
ка, 1972. - 563 с.
5. Антенны. Научно-технический сборник, 1978, № 28, с. 3-19.
6. Барабашов Б.Г, Вертоградов ГГ. Динамическая адаптивн 1я модель связного
декаметрового канала // Радиотехника. -1995. - № 12. - С. 29-32.
7. Батпухтин В., Стрекаловская С. Универсальный частотный модем на
300/600/1200/2400/4800 Боц // Радиолюбитель. - 1996. - № 11. - С. 35-36.
8. Богданов А.В. Аналитическая оценка выигрыша в эффективности для систем
связи, функционирующих в условиях чрезвычайной ситуации И Тез. докл. 52-й
науч.-практ. конф, проф.-преп., науч, и инж.-техн. состава (МТУСИ). - Москва.
- 1999.-С. 160-161.
9. Богданов А.В. Исследование и разработка комплексных методов оценки эффек-
тивности систем декаметровой радиосвязи / Диссертация на соискание учёной
степени канд. техн. наук. - М.: МТУСИ, 1999.
10. Богданов А.В. Исследование механизмов адаптации в зоновых системах дека-
метровой радиосвязи И Вестник связи. - 1999. - № 10. - С. 71-73.
11. Богданов А.В. Оценка эффективности систем декаметровой радиосвязи по кри-
терию общих материальных потерь пользователя / МТУСИ - Москва, 1999. -
с. 10-14. Деп. в ЦНТИ «Информсвязь», № 2141 св.99.
12. Богданов А.В., Простов С.П. Аналитическая оценка эффективности систем свя-
зи, функционирующих в чрезвычайных условиях. // Тез. докл. конф. МФИ «Те-
лекоммуникационные и вычислительные системы». - Москва, 1998. - С. 109-
111.
13. Богданов А.В., Простов С.П. Оценка эффективности зоновой системы декамет-
ровой радиосвязи по общим материальным потерям пользователя // Тез. докл. 3-
й междунар. науч.-техн. конф. «Перспективные технологии в средствах переда-
чи информации». - Владимир, 1999 г. - С. 15-20.
14. Богданов А.В., Простов С.П. Эффективность связи в чрезвычайных условиях И
Тез. докл. 8-й межрег. конф. «Обработка сигналов в системах телефонной свя-
зи». - Москва, 1998 г.. - С. 14—17.
15. Богданович Б.М. Нелинейные искажения в приемо-усилительных устройствах. -
М.: Связь, 1980 -280 с.
16. Борзенко И.М. Адаптация, прогнозирование и выбор решений в алгоритмах
управления технологическими объектами. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 144 с.
17. Бортовая связная радиостанция ДКМВ диапазона «Арлекин-Д». Проспект ВВО
«Машприборинторг». НИИ «Экое». 1991 г.
38'
588 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
18. Булатов Н.Д., Савин Ю.К. Статистические характеристики поляризационных
замираний КВ сигнала// Электросвязь. - 1971. -№ 2. - С. 14-16.
19. Бунин С.Г. Войтер А.П. Вычислительные сети с пакетной радиосвязью. - Киев.
Тэхшка. - 1989. - 223 с.
20. Бухвинер В.Е. Оценка качества радиосвязи. - М.: Связь, 1974. - 224 с.
21. Бухвинер В.Е., Гордеев В.А Эффекти ’-«сть радиоприема сигналов ДЧТ при
поляризационном разнесении //1 адиптехника. - 1973. - № 9. - С. 96-98.
22. Введение в теорию порядковых статистик: Пер. с англ. / Под ред. А.Я. Боярско-
го. - М.: Статистика, 1970. - 414 с.
23. Вентцелъ Е.С., Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории вероятностей. - М.:
. Радио и связь, 1982. - 415 с.
24. Высокоэффективные электрически управляемые и многолучевые антенные
решетки для коротковолновой радиосвязи / Ю.Н. Брук, Г.А. Инютин, А.В. Мень
и др. В сб.: Антенны. - М: Связь, 1977. - Вып. 25.
25. Глушанков Е.И., Кирик Д.И., Савищенко Н.В. Цифровое моделирование каналов
декаметровой радиосвязи с использованием сигнальных процессоров // Радио-
техника. - 1996. - № 5. - С. 10-14.
26. Головин О. В. Декаметровая радиосвязь. - М.: Радио и связь, 1990. - 240 с.
27. Головин О.В. Профессиональные радиоприемные устройства декаметрового
диапазона. - М.: Радио и связь, 1985. - 288 с.
28. Головин О.В. Радиоприемные устройства - М.: Горячая линия-Телеком, 2002. -
384 с.
29. Головин О.В., Богданов А.В., Шварц В. Алгоритм аналитической модели расчета
вероятностно-временной характеристики функционирования системы связи //
Тез. докл. 54-й науч, сессии, посвящ. Дню Радио. - Москва. - 1999 г. - С. 238-240.
30. Головин О.В., Гузеев В.Е. Контроль качества каналов в автоматизированных
системах декаметровой связи. - М.: Знание, 1986, с. 56-64.
31. Головин О.В., Гузеев В.Е., Дубровский В А., Кротов А.В. Экспериментальное
исследование системы ДКМ радиосвязи с ретранслятором в гражданской авиа-
ции // Техника сре jctb связи. Серия СС. - 1991. - вып. 3.
32. Головин О.В., Простов С.П., Богданов А.В. Применение имитационного моде-
лирования для исследования декаметровых систем связи // Тез. докл. 52-й науч,
сессии, посвящ. Дню Радио. - Москва. - 1997 г. - С. 89.
33. Головин О.В., Простов С.П., Богданов А.В. Эффективность радиосвязи в дека-
метровом диапазоне в условиях чрезвычайных ситуаций // Вестник связи -
1998.-№7.-С. 47-51.
34. Головин О.В., Репинский В.Н. Статистическая модель системы связи с вынесен-
ным ретранслятором // Техника средств связи Серия СС - 1987. - Вып. 5. -
С. 78-81.
35. Головин О.В., Розов В. М. Зоновая радиосвязь с вынесенным ретранслятором. -
Л.: Труды учебных институ гов связи, 1986, с. 93-100.
36. Головин О.В., Чистяков Н.И., Шварц В., Хардон Агиляр И. Радиосвязь / Под ред.
проф. О.В. Головина. - М.: Горячая линия-Телеком, 2001. - 288 с.
37. Головин О.В., Шварц В., Простов С.П. Алгоритмы работы ретранслятора в зо-
новой системе декаметровой радиосвязи // Тез. докл. 54-й науч, сессии, посвящ.
Дню Радио. - Москва, 1999 г. - С. 243-245.
, 38. Головин О.В., Шварц В., Простов С.П., Богданов А.В. Аналитические методы
оценки эффективности систем связи // Радиотехника. - 1999. - № 12. - С. 10-16.
Список литературы 589
39. Головин О.В., Шварц В., Простов С.П., Богданов А.В. Комплексная оценка эф-
фективности систем связи. // Радиотехника. - 1999. - № 7. - С. 3-6.
40. Голубев В.Н. Оптимизация главного тракта приема радиоприемного устройства.
- М.: Радио и связь, 1982. - 143 с.
41. Голубин В.П., Нехорошее Г.В., Пономарев А.Н. Влияние факторов физического
уровня на топологию пакетных радиосетей декаметрового диапазона И Элек-
тросвязь. - 1994. - № 9. - С. 22-24.
42. Гордеев В.А., Дубровский В.А., Сапронов Н.С. Статистические характеристики
группирования временных искажений телеграфных радиосигналов // Электро-
связь. - 1982. - № 2. - С. 9-12.
43. Горохов Н.А. Особенности ионосферного распространения в высоких широтах
- Л.: Наука, 1980. - 358 с.
44. Горшкова 3.3. Определение некоторых объемных характеристик неоднородно-
стей при разнесенном приеме на наклонных радиолиниях. В сб. «Исследования
по геомагнетизму, аэрон, и физике Солнца». -М.: 1981, № 57.
45. Горячев А.А. Каналы радиосвязи АСУ ТП. - М.: Связь, 1980.
46. ГОСТ 30318-95.
47. Гузеев В.Е. Методика получения плотности распределения временных искаже-
ний двоичных сигналов на выходе канала с замираниями и сосредоточенной по
спектру помехой / Моск, электротсхн. ин-т связи - М., 1987. - Деп. В ЦНТИ
«Информсвязь» 15.12.87, № 1230.
48. Гузеев В.Е., Головин О.В., Кротов А.В. Система зоновой декаметровой радио-
связи с ВРП // Вестник связи. - 1993 г. - № 4. - С. 24-27.
49. Долуханов М.П. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн. -
М: Связь, 1971.-183 с.
50. Доррер И.А. Устройство оценки отношения сигнал/помеха в действующем ра-
диоканале И Техника средств связи. Серия СС. - 1985. - Вып. 2. - С. 43-47.
51. Дотолев В.Г., Суханов В.Н. Алгоритм расчета КВ радиолиний И Труды НИИР. -
1983.-№4.-С. 12-17.
52. Дружинин Г.В., Сергеева И.В. Качество информации. - М.: Радио и связь, 1990.
- 172 с.
53. Дубровский В.А., Гордеев В.А. Оценка надежности разнесенного приема на ан-
тенны различной поляризации // Радиотехника. - 1972. - № 8. - С. 98-100.
54. Дулькейт И.В., Левченко В.И., Пузан Ю.С., Славин В.Л., Хазан Г.К. Анализ со-
стояния развития и тенденции построения современных отечественных и зару-
бежных радиоприемных устройств декаметрового диапазона радиоволн И Тех-
ника средств связи. Сер. ТРС. - 1995. - Вып. 2. - С. 3-17.
55. Егоров Н.П. Анализ дезинформации. И Тез. докл. 53-й науч.-практ. конф, проф.-
преп.. науч, и инж.-техн. состава (МТУСИ). - Москва. - 2000 г. - С. 143-144.
56. Егоров Н.П. Временные характеристики ценности информации для различных
процессов // Тез. докл. 52-ой науч.-практ. конф, проф.-преп.. науч, и инж.-техн.
состава (МТУСИ). - Москва. - 1999 г. - С. 159-160.
57. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. - М.: Связь,
1972.-360 с.
58. Изделие «Бригантина». Техническое описание.
59. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. -
541 с.
590
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
60. Измерение сигналов и помех. Новости (специальный выпуск). - Germany,
Munchen. Rohde&Schwarz GmbH & Co.
61. Ионосферное прогнозирование. Институт земного магнетизма, ионосферы
и распространения радиоволн. - М.: Наука, 1982. - 200 с.
62. Использование коротковолнового диапазона во взаимоувязанной сети связи
Российской Федерации / О.В. Головин, Н.И. Чистяков, Н.Т. Петрович, и др. //
Сб. Технологии электронных коммуникаций, т.64 - 1997 г. - С. 96-118.
63. Калашников И.Д., Мартынов А.И., Черкасов В.В. Методы обеспечения много-
станционного доступа в спутниковых системах передачи информации // Зару-
бежная электроника. - 1985. - № 3. - С. 40-50.
64. Калинин А. И., Черенкова Е. Л. Распространение радиово ш и работа радиоли-
ний.-М.: Связь, 1971.-440 с.
65. Каталог профессионального оборудования Icom. 2002.
66. Каталог радиолюбительской аппаратуры Yaesu. А.Т.К.
67. КлейнрокЛ. Вычислительные системы с очередями. - М: Мир, 1979. - 600 с.
68. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. - М.: Радио
и связь, 1982. - 304 с.
69. Ковалевская Е.М., Л [лионский Б.С. Алгоритм расчета максимальных примени-
мых частот (МПЧ), наименьших применимых частот (НПЧ) и напряженности
поля (Е) коротковолновой радиосвязи. - Ротапринт, ИЗМИРАН, 1964.
70. Козлов Ю.М., Юсупов Р.М. Беспоисковые самонастраивающиеся системы. - М.:
Наука, 1969. - 456 с.
71. Комарович В.Ф., Волошин И.И. Помехоустойчивость одинарного и разнесенно-
го приема при функционировании адаптивной радиолинии на экстремальных и
подэкстремальных частотах // Радиотехника и электроника. - 1975. № 12. -
С. 2475-2482.
72. Комарович В.Ф., Сосунов В.Н. Случайные радиопомехи и надежность КВ связи.
- М.: Связь, 1977. - 136 с.
73. Компактный КВ трансивер Q-МАС серии HF-90. Проспект фирмы Q-MAC.
74. Корабельный транзисторный КВ передатчик ПК-1000 «Компас». Проспект ОАО
«РИМР».
75. Коротковолновые приемо-передающие радиостанции. Проспекты Горьковского
завода аппаратуры связи им. А.С. Попова.
76. Коротковолновая радиостанция Motorola MICOM-2. Проспект Социнтех.
77. Коротковолновые антенны / Г.З. Айзенберг, С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко
и др.; Под ред. Г.З. Айзенбер! а. - М.: Радио и связь, 1985. - 536 с.
78. Кротов А.В. Помехоустойчивость приема фазоманипулированных сигналов
в канале с гамма-замираниями // Радиотехника. - 1982. - № 11. - С. 72-74.
79. Кузьмин Б.И. Адаптация и автоматизированные системы декаметровой радио-
связи. - М.: Знание, 1986, с. 8-23.
80. Кузьмин Б.И., Гинтс Ю.Э. Оптимизация высокочастотных трактов приемных
радиоцентров // Научно технический сборник: Вопросы формирования и обра-
ботки сигналов в радиотехнических системах. - 1981. - № 5. - С. 39-47.
81. Кюн Г. Современные системы радиосвязи для передачи информации и управле-
ния производством. Фирма Rohde&Schwarz (Мюнхен, ФРГ). - Л.: 1990.
82. Ланнэ А.А., Мороз И.Ю., Семёнов О Б. Многочастотный модем на цифровом
сигнальном процессоре TMS320C31 // Электросвязь. - 1997. - № 6. - С. 22-24.
83. ЛаповокЯ.С. Я строю КВ радиостанцию. -М.: Патриот, 1992. - 173 с.
Список литературы
591
84. Левин Б.Р Теоретические основы статистической радиотехники. - М.: Сов. ра-
дио: Т. 1,1966. - 752 с., т. 2, 1968. - 504 с.
85. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.: Радио и связь,
1988.-232 с.
86. Мархасин А.Б. Архитектура радиосетей передачи данных. - Новосибирск, Нау-
ка, 1984,- 144 с.
87. Маслов О.Н. Автоматическое управление направленностью КВ приемной ан-
тенны // Электросвязь. - 1979. - № 9. - С. 13-16.
88. Методы обработки сигналов при наличии помех в линиях связи / Под. ред.
Е.Ф. Камнева. - М.: Радио и связь, 1985. - 224 с.
89. Мобильный комплект Q-МАС с магнитной рамочной антенной ML-90. Про-
спект фирмы Q-MAC.
90. Модель системы связи с управляемыми структурами в конфликтных условиях /
П Н. Барашков, А.П. Родимое, К.А. Ткаченко, А.М. Чуднов. - Л.: ВАС, 1986.-52 с.
91. Модемы серий 9001, 9002, 3012. Проспекты фирмы Codan.
92. Мясковский Г.М. Системы производственной радиосвязи. - М : Связь, 1980. -
216 с.
93. Наклонное зондирование ионосферы / Под. ред. В.Б. Смирнова. - Л.:
Гидрометеоиздат, 1972. - 269 с.
94. Научно-технический отчет по НИР «Разработка предложений по определению
места КВ радиосвязи в ВСС РФ». - М.: МТУСИ, 1999.
95. Нечипоренко В.И. Структурный анализ систем (эффективность и надежность). -
М.: Советское радио, 1977. - 216 с.
96 Николаев Г.М., Салтыков О.В. Демодулятор ЧТ-АБС, реализованный на базе
сигнального процессора ADSP-2181 И Техника радиосвязи. - 2000. - Вып. 5. -
С. 60-72.
97 Николаева Г. Диапазон 27 МГц - для радиостанций личного пользования И
Вестник связи. - 1994. - № 12 - С. 12-13.
98. Новинки радиооборудования для речного флота. Проспект фирмы «Радиома». -
2002.
99. Окунев Ю.Б., Плотников В.Г. Принципы системного подхода к проектированию
в технике связи. - М : Связь, 1976. - 183 с.
100. Основы управления связью Российской Федерации. / В.Б. Булгак, Л.Е. Варакин,
А.Е. Крупнов и др.; Под ред. А.Е. Крупнова и Л.Е. Варакина. - М . Радио
и связь, 1998. - 184 с.
101. Оценка эффективности системы дскаметровой радиосвязи с помощью имитаци-
онного моделирования / О.В. Головин, Н.П. Егоров, С.П. Простов, А.В. Богда-
нов // Электросвязь. - 1998 г. - №5. - С. 24-26.
1U2. Передача информации с обратной связью / З.М. Каневский. М И Дорман,
Б.В. Токарев, В.В. Кретинин. - М.: Связь, 1976. - 352 с.
103. Перспективная система зоновой коротковолновой радиосвязи / О.В. Головин,
В.М. Розов, А.В. Кротов. -М.: Знание, 1986, с. 23-41.
104. Петрович Н.Т. Антифединговый сигнал // Вестник связи. - 1993. - № 12. -
С. 31-35.
105. Петрович Н.Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипу-
ляцией. - М.: Сов. радио, 1965. - 264 с.
106. Писарев В.А. Радиооборудование морских судов: Учебник для мореходных учи-
лищ. - М.: Транспорт, 1984. - 223 с.
5У2
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
107. Плотников В.Г., Моисеенков С.В., Заморин В.Н. Современное состояние и тен-
денции развития систем радиосвязи с оперативным переключением рабочих
частот на основе краткосрочного прогнозирования. ЦНТИ «Информсвязь». Ра-
• диосвязь. Радиовещание. Телевидение. - М.: 1977.
108. Подлубный М.С., Юрьев А.Н. Ресурсы повышения пропускной способности ко-
ротковолновой связи // Техника средств связи. Сер. ТРС. - 1992. - Вып. 6. -
С. 3-10.
109. Полляк Ю.Г., Филимонов В.А. Статистическое машинное моделирование
средств связи. - М: Радио и связь, 1988. - 176 с.
110. Поляризационное разнесение - резерв повышения качества радиоприема в сис-
теме связи с ретранслятором / О.В. Головин, В.А. Гордеев, В.А. Дубровский,
Н.И. Чистяков // Техника средств связи. Серия СС. - 1985. - Вып. 2. - С. 4-10.
111. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управ-
ления / В.Н. Петров, В.Ю. Рутковский, С.Д. Земляков и др. - М.: Машинострое-
ние, 1972. - 260 с.
112. Простов С.П. Аналитико-имитационное моделирование декаметровых систем
связи // Тез. докл. 53-ей науч, сессии, посвящ. Дню Радио. - Москва. - 1998 г. -
С. 236-237.
113. Простов С.П. Использование критерия материальных потерь пользователя для
оценки эффективности систем связи / МТУСИ - Москва, 1999. - с. 2-9. Деп.
в ЦНТИ «Информсвязь» № 2141 св.99.
114. Простов С.П. Исследование эффективности зоновой системы декаметровой
радиосвязи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн,
наук. - М.: МТУСИ, 2000. - 16 с.
115. Простов С.П. Методы исследования эффективности декаметровых систем связи
/ МТУСИ - Москва, 1998. - с. 50-56. Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» №2125
св.90.
116. Простов С.П. Оценка эффективности применения вынесенного ретрансляцион-
ного пункта в зоновой системе декаметровой радиосвязи по материальным по-
терям / МТУСИ - Москва, 1997. - с. 48-56. Деп. в ЦНТИ «Информсвязь»
№2103-св.97.
117. Простов С.П. Принципы построения модели декаметровой системы связи //
Тез. докл. 51-й науч.-практ. конф, проф.-прсп., науч, и инж.-техн. состава
МТУСИ. - Москва. - 1998 г. - С. 136-137.
118. Простов С.П. Системы декаметровой радиосвязи в чрезвычайных ситуациях //
Вестник связи. - 19°9 г. - № 11. - С. 62-64.
119. Простов С.П., Богданов А.В. Методы повышения эффективности зоновой сис-
темы ДКМ радиосвязи в условиях чрезвычайных ситуаций. И Электросвязь. -
1999 г.-№ 10.-С. 14-17.
120. Простов С.П., Богданов А.В. Обобщенная концептуальная модель зоновой сис-
темы декаметровой радиосвязи. И Тез. докл. 8-й межрег. конф. «Обработка сиг-
налов в системах телефонной связи». - Москва, 1998 г. - С. 50-53.
121. Радиостанция «Ангара-1». Проспект ВВО «Машприборинторг». Внешторгиздат.
122. Радиостанция «Кристалл-Н». Проспект ВВО «Машприборинторг». НИИ
«Экое». 1991 г.
123. Ретранслятор для сети радиосвязи декаметрового диапазона / О.В. Головин,
И.А. Доррер, Л.В. Татарченко. - Л.: Труды учебных институтов связи, 1987,
с. 56-62.
Список литературы
593
124. Розов В.М. Об изменении скорости телеграфирования при приеме замирающих
сигналив // Радиотехника. - 1968. - № 11. - С. 92-93.
125. Розов В.М., Головин О.В. Передающий радиоцентр для вынесенного ретрансля-
тора // Элею росвязь. - 1999. - № 11. - С 11-13.
126. Семейство адаптивных автоматических КВ радиостанций для передачи данных
и речи семейства «ПИРС». Проспект ОАО «РИМР».
127. Семисошенко М.А. Управление автоматизированными сетями декаметровой
связи в условиях сложной радиоэлектронной обстановки. - СПб.: ВАС, 1997. -
364 с.
128. Сеть КВ радиосвязи в системе ОАО «Подзембургаз» буровой компании ОАО
«Газпром» на базе оборудования Codan и Q-МАС. Проспект фирм Codan,
Q-MAC.
129. Системы и средства обработки и передачи информации за рубежом в 1983. Об-
зор по материалам зарубежной печати. - М.: МПСС, ЦООНТИ «ЭКОС», 1984. -
68 с.
130. Системы передачи цифровых данных по радиоканалу. Каталог оборудования.
«Радиома», 1997 г.
131. Служебные радиокоды, изд. 2., М.: Связьиздат, 1959.
132. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. - М.: Высшая школа, 1985.
-271 с.
133. Справочник по радиоэлектронным системам / Под ред. Б.Х. Кривицкого. - М.:
Энергия, 1979, - т. 2. - 367 с.
134. Средства радиосвязи для морского, речного и промыслового флота. Внешторг-
издат, 1986 г.
135. Средства радиосвязи. Каталог оборудования Yaesu. Vertex Standard, А.Т.К.
2002 г.
136. Степанов Б.Г. Справочник коротковолновика. - М., 1997. - 96 с.
137. Стогов Г.В., Постюшков В.П., Родимое А.П. Помехи в радиолиниях. - Л.: ВИ-
КИ им. А.Ф Можайского, 1976. - 100 с.
138. Тарнопольский И.Л., Тулупов А.И. Нагрузка на телеграфных сетях. - М.: Радио
и связь, 1984. - 136 с.
139. Теплое Н.Л. Помехоустойчивость систем передачи дискретной информации. -
М.: Связь, 1964. - 359 с.
140. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Радио и связь, 1982. - 624 с.
141. Тихонов В.И., Хименко В.И. Выбросы траекторий случайных процессов. - М.:
Наука, 1987. - 304 с.
142. Транзисторные КВ трансиверы для передачи речи и данных семейства «ПИРС».
Проспект ОАО «РИМР».
143. Трансивер Alan-87. Instruction manual.
144. Трансивер CODAN 8528(8525В). Instruction manual.
145. Трансивер NGT SR. Проспект фирмы Codan.
146. Труды НИИР. - М: Радио и связь, № 3, 1984.
147. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. - М.: Сов. радио, 1970. -
728 с.
148. Хазан В.Л., Зенков А.Н. Математическая модель дискретного канала связи дека-
метрового диапазона радиоволн // Техника средств связи. Сер. ТРС. - 1991. -
Вып. 9.-С. 17-26.
594 Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
149. Хмельницкий Е.А. Оценка реальной помехозащищенности приема сигналов в КВ
диапазоне. - М.: Связь, 1975. - 232 с.
150. Хмельницкий Е.А. Флуктуации углов прихода отдельных лучей на линиях ра-
диосвязи и вещания КВ диапазона // Электросвязь. - 1979. - № 6. - С. 33-39.
151. Челышев В.Д. Приемные радиоцентры. - М.: Связь, 1978. - 264 с.
152. Черенкова Е.Л., Чернышев О.В. Распространение радиоволн. - М.: Радио
и связь, 1984. - 272 с.
153. Чистяков Н.И., Сидоров В.М. Радиоприемные устройства. - М.: Связь, 1974. -
408 с.
154. Шанцев В. 4. Критериальная модель системы радиосвязи с переключением ра-
бочей частоты // Сб. трудов: Системы моделирования в радиотехнике и связи. -
1989.-С. 114-126.
155. Шаров А.Н., Трошников Е.Н., Ковешников В.Г. Оптимальное рекуррентное оце-
нивание амплитуды манипулированною радиотелеграфного сигнала в канале
с переменными параметрами и помехами, похожими на сигнал // Радиотехника
и электроника. - 1984. - Т. 29. - № 4. - С. 678-681.
156. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2-х ч. Ч 1: Пер.
с англ. - М: Наука, 1992. - 336 с.
157. Швед А.П. и др. Самолетное радиооборудование связи / А.П. Швед,
Ю.В. Ефременков, Ф.Ф. Тягун. - М.: Радио и связь, 1995. - 312 с.
158. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука. - М:
Мир, 1978.-417 с.
159. Шнепс М.А. Системы распределения информации. - М.: Связь, 1979. - 344 с.
160. Шульгин В.А. Контроль и управление в больших системах. ЛГУ. - 1981. - 170 с.
161. А.с. 1305833 (СССР). Узкополосный фильтр / Н.И. Чистяков, О.В. Головин,
А.В. Кротов.
162. А.с. 1381722 (СССР) Устройство подавления узкополосных помех /
Н.И. Чистяков, О.В. Головин, А.В. Кротов.
163. А.с. 1478356 (СССР). Адаптивная радиолиния связи / О.В. Головин, В.Е. Гузеев,
Л.В Татарченко и др
164. А.с. 2626599 (СССР;. Способ и система для обмена данными между централь-
ной и периферийной станциями // А Ь. Мархасин, Г.В. Беляев.
165. А.с. 566367 (СССР). Устройство для оценки качества канала связи / IO.A. Зай-
цев, А.А. Зыков, А.Т. Тараненко.
166. А.с. 860337 (СССР). Устройство для измерения среднеквадратического откло-
нения краевых искажений импульсов / М.Я. Вертлиб, Ф.Г. Гордон, Л.Х. Нурму-
хамедов.
167. А.с. 951726 (СССР). Способ определения отношения сигнал/шум /Н.К. Темкин.
168. Патент 529212.
169 Патент № 2017332 от 30.07.94 на изобретение: Устройство для контроля качест-
ва дискретного канала связи / В.Е. Гузеев, О.В. Головин.
170. Патент США № 4.804.954, опубл. 14.02.1989.
171. Bogdanow A.W., Golowin O.W., ProstowS.P., Schwarz W. Analytische Methoden zur
vergleichenden Bewertung von Nachrichtensystemen. Report SFB 358-E1-2/99,
Sonderforschungsbereich 358 der DFG, TU Dresden, 1999.
172. Comparacion de diferentes estructuras de sistemas de comunicaciones de onda corta. /
Bogdanov A.V. Golovin O.V. Jardon-Aguilar H. Prostov S.P. // XX congreso
international de ingenieria electronica - Chihuahua, Mexico, 1998. - p. 77-80.
Список литературы
173. FALCON™ Senes Compact Transportable Systems Проспект фирмы Harris Corpo-
ration, 1992. Перевод, издание на русском языке, научное редактирование Valtex
International Corporation, Москва, 1995.
174. FT-600. Compact HF Transceiver. Проспект оборудования Yaesu.
175. Gerard R.E.J. НГ broadband transmitter system for fixed and transportable applica-
tions // Communication and broadcasting. - 1983. - Vol. 8. - № 3. - P. 3-8.
176. Golowin O., Schwarz W. Grundziiqe eines automatisierten Kurzwellen - Nachrichten-
systems // Nachrichtentechnik, Elektronik, Berlin 39(1989) № 6.
177. Hamshere P.A., Vint D.C. MFT-2 HF systems - 10 kW and 1 kW fast-timing linear
amplifiers // Communication and broadcasting. - 1982. - Vol. 7. - № 1. - P. 7-12.
178. HF 200W All Mode Transceiver MARK-V FT-1000MP. Проспект оборудования
Yaesu.
179. HF/50 MHz All Mode Transceiver IC-756PRO. Проспект оборудования Icom Inc.
180. IC-78. Специализированный коротковолновый трансивер для решения задач
связи на внутренних водных путях России и системные решения на его базе.
Проспект фирмы «Радиома»
181. IC-R71A/E/D Communication receiver. Instruction manual. - ICOM Inc. 6-9-16,
Kamihigashi, Hirano-ku, Osaka 547, Japan.
182. Maurer. Автоматизация процессов обработки информации и передачи данных
по каналам коротковолновой радиосвязи. - Germany, Munchen, Rohde&Schwarz
GmbH & Co.
183. R. Gnadl. Процессор ALIS типа GP 853 для автоматизированной адаптивной
коротковолновой радиосвязи. - Germany, Munchen, Rohde&Schwarz
GmbH & Co.
184. Robinson J.L. An HF radio network architecture H IEEE int. conf, commun.: integrat-
ing comm, for world progress. Boston. June 1983. - Vol. 2. - P. 1111-1115.
185. Rohde&Schwarz Professional Shortwave Communications HF 850. - Germany,
Munchen, Rohde&Schwarz.
186. Rohde&Schwarz. Test Receiver ESH3. Manual. 335.801752, 335.801756.
187. Rohde&Schwarz. VLF-HF Receiver Family EK890. - Germany, Munchen,
Rohde&Schwarz GmbH & Co.
188. Rohde&Schwarz. VLF-HF Receivers EK895/EK896. - Germany, Munchen,
Rohde&Schwarz GmbH & Co.
189. Rugged HF Manpack Transceiver VX-1210. Проспект Vertex Standard.
190. The World of Radio Communications. Catalog 2000/2001. - Germany, Munchen,
Rohde&Schwarz.
191 Townsend D.H. The application of advanced technology to naval HF communications
architecture // ITC/USA'81. Int. Telem. Conf. San Diego. - 1981. - Vol. 17. -
P. 39-46.
192. http://www.radioma.ru
Оглавление
Предисловие...........................................................3
1. Особенности коротковолновой радиосвязи.............................4
1.1. Значение КВ радиосвязи.......................................4
1.2. Распространение радиоволн ДКМ диапазона......................7
1.3. Характеристики сигналов, используемых на КВ радиолиниях ... 11
1.4. Характеристики помех, действующих на КВ радиолиниях.........22
2. Системы КВ радиосвязи.............................................28
2.1. Тенденции развития систем КВ радиосвязи.....................28
2.2. Системы КВ радиосвязи.......................................30
2.3. Магистральная КВ радиосвязь .............................. 47
2.4. Особенности и структура зоновой радиосвязи
с вынесенным ретранслятором ......................................49
2.5. Варианты структур сетей зоновой радиосвязи ДКМ диапазона
с вынесенным ретранслятором .....................................54
3. Методы оценки эффективности систем КВ радиосвязи..................66
3.1. Оценка эффективности систем связи ..........................66
3.2. Системный подход к оценке эффективности сетей КВ радиосвязи.71
3.3. Текущий и суммарный риск....................................76
3.4. Средние и общие материальные потери пользователя ...........78
3.5. Оценка эффективности систем КВ радиосвязи
по критерию среднего риска ......................................84
3.6. Оценка эффективности систем КВ радиосвязи по критериям
средних и общих материальных потерь пользователя ................86
3.7. Использование имитационного моделирования для количественной
оценки эффективности систем КВ радиосвязи .......................99
4. Моделирование систем КВ радиосвязи...............................105
4.1. Методы моделирования систем связи......................... 105
4.2. Аналитико-имитационное моделирование зоновой системы
КВ радиосвязи .................................................. ПО
4.3. Разработка параметров модели системы КВ радиосвязи ......... 115
4.4. Модель зоновой системы КВ радиосвязи..................... 121
4.5. Алгоритмы работы накопителей ............................. 128
4.6. Алгоритмы работы КВ канала................................ 130
4.7. Алгоритмы работы ретранслятора в зоновой системе КВ падиосвязи .... 137
5. Эффективность функционирования зоновой системы КВ радиосвязи......143
5.1. Количественная оценка эффективности зоновой системы
КВ радиосвязи ................................................. 143
5.2. Эффективность зоновой системы КВ радиосвязи по критерию
средних материальных потерь.................................... 154
5.3. Эффективность зоновой системы КВ радиосвязи в условиях
чрезвычайной ситуации ....................................... 159
Оглавление
597
6. Адаптация в автоматизированной системе КВ радиосвязи .............166
6.1. Структура автоматизированной сети КВ радиосвязи.
Адаптивное управление........................................... 166
6.2. Структуры адаптивных управлений............................ 170
6.3. Обоснование выбора параметров, алгоритмов и структур
при построении контуров адаптивного управления ................. 172
6.4. Количественная оценка выигрыша от применения
адаптивных управлений .......................................... 180
6.5. Параметрическая адаптация.................................. 183
6.6. Алгоритмическая адаптация ................................. 199
6.7. Структурная адаптация.......................................206
6.8. Методика построения алгоритмов адаптивного управления
для системы радиосвязи с ВРП.....................................208
7. Система управления автоматизированной сетью
зоновой радиосвязи с ВРП.............................................215
7.1. Назначение и особенности системы управления ................215
7.2. Анализ систем зондирования ионосферы........................216
7.3. Автоматизация волновой службы ..............................221
7.4. Организация зондирования в зоновой системе ДКМ радиосвязи ..225
7.5. Приемное устройство системы ионосферного зондирования.......236
7.6. Технико-экономические требования к алгоритмам и каналам
служебной связи..................................................241
7.7. Способы организации многостанционного доступа...............244
7.8. Пропускная способность канала служебной связи...............253
8. Контроль качества радиоканалов в автоматизированных
системах КВ радиосвязи ..............................................258
8.1. Анализ методов и устройств оценки качества радиоканалов ....258
8.2. Статистические характеристики временных искажений...........269
8.3. Взаимосвязь между верностью приема информации и статистическими
характеристиками ВИ дискретных сш налов..........................280
8.4. Анализатор временных искажений .............................287
8.5. Анализатор группирования ошибок и сверхпороговых
временных искажений .............................................292
8.6. Устройство автовыбора канала по временным искажениям
двоичных сигналов ...............................................295
8.7. Анализатор качества канала связи с кодовыми методами контроля.297
8. 8. Устройство контроля качества дискретного канала связи .....304
8.9. Автоматизированная система сбора и обработки информации.......309
9. Вынесенный ретрансляционный пункт.................................318
9.1. Укрупненная структурная схема ретранслятора.................318
9.2. Структура приемной части ретранслятора .....................321
9.3. Структура передающей части ретранслятора....................330
9.4. Сопряжение приемной и передающей частей ВРП ................332
598
Системы и устройства коротковолновой радиосвязи
10. Профессиональные радиоприемные устройства ДКМ диапазона .......345
10.1. Принципы построения и структурные схемы ПРПУ.............345
10.2. Характеристики современных ПРПУ..........................349
10.3. Главный тракт приема ................................. 352
10.4. Синтезаторы частот ......................................364
10.5. Настройка профессиональных РПУ ..........................378
10.6. Блок управления..........................................389
11. Примеры построения профессиональных радиоприемных устройств
ДКМ диапазона......................................................399
111. Связной радиоприемник IC-R71 Jcom Inc.) ................399
11.2. Измерительное ПРПУ EHS3 фирмы Rohde & Schwarz ..........407
11.3. Семейство КВ приемников ЕК890 фирмы Rohde & Schwarz ....413
11.4. Отечественное профессиональное радиоприемное устройство
«Бригантина»...................................................419
12. Оборудование КВ радиосвязи.....................................440
12.1. Радиопередающая аппаратура ..............................440
12.2. Отечественные радиостанции...............................446
12.3. Зарубежные радиостанции .................................464
12.4. Аппаратура автоматизации радиосвязи .....................494
12.5. Модемы...................................................502
12.6. Антенны..................................................508
12.7. Радиостанции гражданского диапазона 27 МГц ..............522
13. Экспериментальное исследование системы радиосвязи
с вынесенным ретрансляционным пунктом .............................527
13.1. Эффективность системы связи с вынесенным
ретрансляционным пунктом.......................................527
13.2. Корреляция между параметрами принятого
радиотелеграфного сигнала......................................533
13.3. Влияние условий распространения радиоволн на качество
радиотелеграфного сигнала................................. 540
13.4. Натурное моделирование зоновой системы КВ радиосвязи ....546
14. Роль систем КВ радиосвязи в комплексной системе связи
Российской Федерации...............................................555
14.1. Системы КВ радиосвязи в гражданской авиации .............555
14.2. Сеть связи для чрезвычайных ситуаций ....................557
14.3. Сеть комплексной пейджерной КВ радиосвязи ............. . 562
14.4. Повышение надежности корпоративных сетей связи
с помощью сегмента КВ радиосвязи..........................568
Заключение ........................................................585
Список литературы .................................................587
БЕСПРОВОДНЫЕ И МО
ТЕХНОЛОГИИ
21-23 Ноября 200
РОССИЯ, МОСКВА, СК олимпийский
www.inconex.ru
«Горячая линия-Телеком», 2006
ВЫШЛИ В СВЕТ И ИМЕЮТСЯ В ПРОДАЖЕ:
Петров Б. М., Костромитин Г. И., Горемыкин Е. В.
Логопериодические вибраторные антенны: Учебное пособие для вузов. -
М.: Горячая линия-Телеком, - 2005. - 271 с.; ил. 130, ISBN 5-93517-191-0
Изложены методы расчёта и особенности конструкций применяющихся в дециметровом
диапазоне длин волн широкополосных телевизионных, сотовой связи и радиотелефонных
классических, частичнопечатных, печатных и с кусочно-линейными излучателями логопе-
риодических вибраторных антенн; последние имеют меньшие габариты при одинаковых с
другими типами вибраторных антенн электродинамических характеристиках; приведены про-
граммы расчётов и рекомендации по изготовлению антенн.
Для студентов, обучающихся по направлению «Радиотехника», радиоинженеров и ква-
лифицированных радиолюбителей.
Дмитриков В. Ф„ Сергеев В. В., Самылин И.Н.
Повышение эффективности преобразовательных и радиотехнических
устройств. - М.: Радио и связь. Горячая линия-Телеком, 2005. - 424 с.: ил.,
ISBN 5-256-01785-3.
Изложена энергетическая теория реактивных фильтрующих цепей и на этой ос-
нове методы расчета LC-фильтров с минимальной массой, габаритными размерами,
потерями энергии и нестабильностью характеристик. Рассматриваются схемы и мето-
ды дискретного синтеза выходного напряжения ключевых генераторов с улучшенным
спектральным составом. С использованием разработанного метода гармонической
«стационаризации» проведен анализ ключевого генератора напряжения с учетом цепей
постоянного тока, сводящегося к нестационарным системам с периодически изменяю-
щимися коэффициентами; найден и исследован режим с улучшенным спектральным
составом и улучшенной электромагнитной совместимостью. Изложены вопросы про-
ектирования ключевых источников питания; проведен анализ их устойчивости и дина-
мических характеристик при использовании однозвенных и двухзвенных сглаживаю-
щих фильтров с характеристиками Чебышева, Баттерворта и равнозвенных фильтров.
Исследована устойчивость систем распределенного питания. Проведен анализ качесз
венных характеристик активных и реактивных корректоров коэффициента мощности.
Для специалистов в области радиотехнических и преобразовательных уст-
ройств. Будет полезной преподавателям вузов, аспирантам и студентам.
Книги можно приобрести:
Москва
- отдел реализации издательства: тел. (495) 737-39-27, radios_hl@mtu net ru, www.techbook.ru;
- Молодая Гвардия, Большая Полянка, 28., м. Полянка, справочная: (495) 780-33-70,238-50-01;
- Московский Дом книги. Новый Арбат ул., 8, справочная: тел. 789-35-91, web: www.mdk-arbat.ru,
Пн-Пт 10-19:30, Сб 10-19; м. Арбатская +Трол 2,39;
- заказать наложенным платежом, выслав почтовую открытку или письмо по адресу: 107113, Москва,
а/я 10, «Dessy»; тел. (095) 304-72-31 или по электронной почте: post@dessy.ru;
Санкт-Петербург
- Дом книги на Невском, Невский пр., 62; тел. (812) 314-58-88. 318-65-46;
- Новая техническая книга, Санкт-Петербург, Измайловский пр.. 29. Пн-Сб 10-20. тел.: (812) 251-41-10:
Книги издательства «Горячая линия - Телеком»
можно заказать через почтовое агентство DESSY:
107113, г.Москва, а/я 10,
а также интернет-магазин www.dessy.ru
О.В.Голпвин.С.В.Прпстов
Системы и устройства
коротковолновой радиосвязи
В работе приводятся основные требования к системам и устройствам
коротковолновой (КВ) радиосвязи, обосновывается необходимость создания и
структура общегосударственной автоматизированной сети КВ радиосвязи,
выбирается критерий оценки эффективности ее функционирования, на
основании которого проводится сравнительный анализ различных вариантов
построения систем КВ радиосвязи. Подробно анализируется зоновая система КВ
радиосвязи с вынесенным ретрансляционным пунктом.
Рассматриваются модели систем КВ радиосвязи, структуры адаптивных управле-
ний, методы и устройства контроля качества каналов связи, приведены методы и
результаты экспериментальных исследований как каналов, так и систем КВ
радиосвязи.
Проанализировано оборудование систем КВ радиосвязи; особое внимание
уделено принципам и примерам реализации радиоприемных устройств; приво-
дятся сведения о конкретных образцах аппаратуры КВ радиосвязи, выпускаемых
отечественными и зарубежными фирмами. Отдельная глава посвящена
построению вынесенного ретрансляционного пункта.
Проанализирована роль систем КВ радиосвязи в комплексной системе связи
России: в гражданской авиации, для чрезвычайных ситуаций, для системы КВ
персонального радиовызова.
Сайт издательства:
www.techbook.ru