Все про радіостанції з програмованими параметрами (SDR)
В сучасних умовах ведення воєн і збройних конфліктів роль системи зв'язку при управлінні угрупованнями військ (сил) на театрі військових дій істотно зростає. Саме система зв'язку, виконуючи завдання забезпечення інформаційного обміну в системі управління, повинна швидко реагувати на зміни обстановки, динамічно змінювати свою структуру, удосконалювати способи побудови і режими роботи [1].
Військовий зв'язок пройшла довгий шлях, починаючись з геліографов, прапорів і димових сигналів, поштових голубів. XX століття стало часом феноменального вибуху в комунікаційних технологіях. Радіо докорінно змінило процес передачі інформації. Зараз же, зміни відбуваються ще швидше з приходом цифрової епохи.
Розглянемо класифікацію і коротку характеристику засобів військової радіозв'язку виходячи з діапазону робочих частот.
Ультракороткі хвилі (УКХ) - 30-300 МГц (інші назви - дуже високі частоти (НВЧ), Very High Frequency - VHF). Військові радіозасоби, в основному, працюють в нижній частині цього діапазону - приблизно від 30 до 110 МГц. Перевагою цього діапазону частот є те, що радіохвилі здатні огинати невеликі перешкоди, незначно огинати земну поверхню, і здійснення зв'язку можливо і при відсутності прямої видимості між кореспондентами. При цьому дальність зв'язку з використанням відносно невисоких щогл (близько 10 м) і передавачів потужністю кілька десятків Вт може становити до 50 км, при використанні переносних станцій - приблизно до 10 км.
Радіостанції ДВЧ діапазону знаходять широке застосування на рівні радіомереж роти-батальйону. Вони можуть використовуватися і для забезпечення зв'язку у взводі-відділенні (загоні), але останнім часом радіомережі невеликих підрозділів (загонів) пропонується створювати в більш високому діапазоні частот.
Ультрависокі частоти (УВЧ) - 300 МГц - 3 ГГц (Ultra High Frequency - UHF). Цей діапазон частот відповідає дециметровому хвилях - від 10 до 100 см. При цьому радіостанції, як правило, менше і легше (часто їх називають радіостанціями PRС - персональна радіозв'язок). Для ведення зв'язку, як правило, обов'язково необхідна пряма видимість, тому дальність зв'язку складає всього декілька (1-2) кілометрів, однак, стійкий зв'язок можна забезпечити в умовах багаторазових перевідбиттів сигналу, тобто в умовах міста. Оснащення такими радіостанціями кожного солдата підрозділи значно поліпшило взаємодію невеликих загонів в складних бойових ситуаціях. Добре зарекомендувало себе застосування засобів UHF при веденні бойових дій в місті.
Крім цього, для підвищення дальності зв'язку розробники обладнання військової радіозв'язку пропонують конфігурацію однієї з радіостанцій мережі в ролі репитера або двох станцій в режимі ретранслятора. Як правило, їх намагаються розмістити максимально високо для забезпечення покриття в необхідному районі.
Діапазон коротких хвиль (КВ) - 3-30 МГц (інші назви: High Frequency - HF; високі частоти - ВЧ). Важливу роль в організації радіозв'язку в тактичному ланці управління як і раніше належить ранцевим радіостанціям КВ діапазону. КВ-діапазон передбачає здійснення зв'язку за рахунок відображення сигналів від іоносфери, тому дальність зв'язку для ранцевих малопотужних станцій може досягати до 300 км і більше. З розвитком супутникового зв'язку багато фахівців пророкували КВ-зв'язку роль останнього резерву. Дійсно, пропускна здатність вузькосмугового КВ-каналу (3 кГц) дуже низька - в кращому випадку трохи більше 10 кбіт / с. Відродження ролі засобів зв'язку КВ-діапазону для організації управління військами почалося в результаті досвіду проведення бойових операцій в Афганістані та Іраку, де супутниковий зв'язок не завжди могла забезпечити достатній рівень надійності.
КВ-радіостанції почали широко використовуватися також і тому, що впровадження сучасних технологій дозволило значно зменшити їх масогабаритні показники, а також збільшити швидкість передачі даних. Ще однією перевагою є використання автоматичної установки зв'язку (ALE). Це означає, що звичайний солдат, що не володіє спеціальними технічними знаннями, може повноцінно експлуатувати КВ-радіозасобів.
Крім «класичних» радіозасобів (застарілий термін - одноканальних, тобто персональних) при побудові системи зв'язку з'єднань і об'єднань широко використовуються засоби широкосмугового бездротового доступу (ШБД), що працюють на частотах 4-5 ГГц, і станції супутникового зв'язку, що функціонують, як правило, в так званому Ku-діапазону (10-12 ГГц). Застаріла назва таких радіостанцій - багатоканальні, оскільки їх пропускна здатність може використовуватися одночасно багатьма абонентами на пункті управління. 
Засоби ШБД за принципом організації траси поширення радіохвиль відповідають радіорелейного зв'язку, а лінії зв'язку, створювані ними, прийнято позначати HCLOS - High Capacity Line of Site.
Радіостанція AN / PRC-154 підтримує роботу в мобільній тимчасової мережі (MANET)
Принципи побудови і функціонування
Сучасні радіостанції можуть передавати не тільки голосові повідомлення, але і обмінюватися даними, в тому числі зображеннями і навіть відео, з досить великою швидкістю. Справді, радіостанція з програмованими параметрами (SDR - Software-Defined Radio) відкриває нові горизонти можливостей в умовах бою. Принцип SDR технологій - злиття можливостей комп'ютера і радіостанції. Ще порівняно недавно радіостанції мали лише набір вбудованих функцій. Пристрій з SDR використовуючи кілька рівнів програмного забезпечення для виконання різних завдань, так само як і настільний комп'ютер, може, наприклад, проводити обробку тексту, забезпечити перегляд Інтернет-ресурсів, а також управління базами даних в залежності від уподобань користувача.
Операційна система SDR, яка використовується в США, називається комунікаційним програмним забезпеченням з відкритою архітектурою (SCA - Software Communications Architecture), і це дозволяє SDR-пристроїв обмінюватися інформацією один з одним. Шифрування сигналів є перепрограмувальний і гнучким. Наприклад, алгоритми шифрування Single-Channel Ground and Airborne Radio System (SINCGARS) можуть бути завантажені на SDR-радіостанцію, але якщо буде потрібно може бути завантажене інше програмне забезпечення (ПО). Таким чином, SDR передбачає велику функціональну гнучкість, засновану на єдиній апаратній платформі. Дуже важливою є можливість використання однієї апаратної платформою різних класів сучасної радіозв'язку: Soldier Radio Waveform (SRW), Wideband Networking Waveform (WNW), Mobile User Objective System (MUOS), Tactical Targeting Network Technology (TTNT), та інші, які будуть розроблені в майбутньому. Наприклад, SRW забезпечує підключення до мережі, а WNW підтримує дальню радіозв'язок.
AN / PRC-148-SDR - портативна, тактична радіостанція MBITR (Multiband Inter / Intra Team Radio)
переваги SDR
Ключовою перевагою SDR є взаємодія між засобами радіозв'язку попередніх поколінь і сучасними системами. Військовим системам зв'язку завжди була притаманна консервативність і оновлення парку засобів радіозв'язку в збройних силах, навіть в найрозвиненіших країнах ніколи не зрівняється за своїми темпами з ринком сучасних мобільних телефонів і інших комунікаційних засобів. Це очевидно, адже ніякого прибутку, крім підвищення боєздатності, оснащення підрозділів більш сучасними радиосредствами не приносить. Тому важливо, щоб нові і старі системи могли працювати сумісно.
Радіостанції, що застосовуються в деяких країнах, можуть належати, наприклад, до епохи війни у В'єтнамі або Афганістані. Цікаво, що свого часу збройні сили США мали до 200 різних типів радіо, жодне з яких не було призначене для взаємодії один з одним. Очевидно, що радіозасоби сухопутних, військово-морських і військово-повітряних сил повинні бути сумісними. Технологія SDR може забезпечити таку можливість. Вона передбачає адаптацію до спектру протоколів, так що в результаті можуть взаємодіяти різні моделі радіостанцій і мережі. Це важливо, оскільки підрозділи, що представляють різні країни, все частіше працюють в великомасштабних і багатонаціональних операціях, наприклад, Міжнародні сили сприяння безпеці (ISAF - International Security Assistance Force) в Афганістані. Наявність радіостанції для взаємодії важливо не тільки для військових і їхніх союзників, а й для цивільних відомств, наприклад, поліції.
Інтерфейс радіостанцій також поліпшується. Оператору не потрібно мати спеціальну освіту або проходити додаткове навчання, щоб користуватися пристроєм.
Новітні технології виконують свої завдання автоматично, не вимагаючи введення даних користувачем. Наприклад, станція може виступати в якості ретранслятора або брати участь в створенні бездротових мереж передачі даних під час руху. При цьому оператор про це нічого не знає і може використовувати станцію для зв'язку в будь-який момент.
Ще однією перевагою SDR є можливість отримання багатьох функцій і сервісів в одному компактному корпусі. Одна система тепер може зробити роботу, для якої раніше було б потрібно декілька радіостанцій. Наприклад, дані про військовослужбовців, які мають SDR-радіостанцію і вбудовані системи глобального позиціонування (GPS - Global Positioning Systems) можуть транслюватися в мережі, так що все кореспонденти мережі, або, наприклад, тільки командир, можуть знати, і навіть бачити на реальній карті місцевості (при підключенні планшета або комп'ютера) де вони знаходяться. Така система може навіть контролювати життєво важливі параметри людини за допомогою спеціальних датчиків і виконувати інші не менш важливі функції.
Термін служби військової радіостанції, як правило, дорівнює 15-20 рокам, так що ще одна величезна перевага SDR полягає в можливості оперативної модернізації. Це продовжує життєвий цикл радіостанції, так як вона може бути пристосована до нових технологічних можливостей і сервісів просто через зміну програмного забезпечення.
Сучасній армії потрібні компактні, легкі і швидкодіючі прилади, в той же час взаємодіючі зі старими вузькосмуговими системами. SDR використовує вбудовані комп'ютерні технології, і спирається на досягнення в області цифрової обробки сигналів (DSP - digital signal processing), напів-програмованих вентильних матрицях (FGPA - field-programmable gate arrays), розробках в області генерації програмного коду.
Сьогодні, типова батарея має розміри 40 х 75 х 75 мм забезпечує 8-10 годин роботи радіостанції. Батареї радіостанцій прогресували від нікель-кадмієвих, через нікель-металогідридні, до найбільш поширених сьогодні - літій-іонним. Технологія паливних елементів є ще однією областю, які будуть впливати на мобільність радіостанцій. Революційні зміни в цій галузі ми побачимо, ймовірно, в найближчі десять років.
Портативна радіостанція RF-7800V-HH Falcon III
Аналіз існуючих радіозасобів
Цікавим рішенням в області SDR є радіостанція AN / PRC-154 (Rifleman Radio, продукція General Dynamics), завдяки якій військовослужбовці в зоні бойових дій є користувачами мобільного тимчасової мережі (MANET - Mobile Ad Hoc Network). Системи і об'єкти цієї мережі автоматично конфігуруються, внутрішнє підключення дозволяє ретранслювати сигнали від одного AN / PRC-154 до іншого, до отримання шлюзу на станцію супутникового зв'язку або Інтернет, або встановлення необхідного внутрішнього сполучення в мережі.
AN / PRC-148-SDR - портативна, тактична радіостанція MBITR (Multiband Inter / Intra Team Radio) від Thales Communications широко використовується в збройних силах країн НАТО. Нещодавно Thales Communications почала виробництво другого покоління MBITR2. Ця радіостанція одночасно об'єднує два канали - широкосмуговий тактичний Інтернет SRW і голосовий зв'язок мереж з вузькосмуговим каналом. Thales позиціонує MBITR2 як економічний спосіб модернізації для AN / PRC-148.
Інший популярний продукт - AN / PRC-117G Falcon III від Harris Corporation. Відомо, що міністерство оборони Австралії вирішило доповнити старі системи зв'язку радіостанціями AN / PRC-117G, AN / PRC-117F, а також AN / PRC-150 в ранцевою версії і AN / PRC-152 з адаптерами для установки в більш ніж 1000 одиниць бронетехніки . Останнім часом ця країна отримала AN / PRC-152 Falcon III, багатосмугові портативні тактичні радіостанції, з підтримкою системи SINCGARS, передачею голосу і даних, і мають вбудовані GPS-приймачі.
Цікаво, що різні «типи» воєн пред'являють різні вимоги до радіозв'язку. Наприклад, тактика пакистанських військових зазнала помітних змін, зумовлені діями проти повстанців і ісламських екстремістів, а не очікуваною масивної броньованої конфронтацією з Індією. В даний час Harris Corporation поставляє на ринок ще три продукти: портативні радіостанції RF-7800H Falcon III, RF-7800-HH Falcon III, а також планшет підвищеної міцності RF-3590, призначені для використання в бойових діях проти невеликих загонів. Слід відзначити появу радіостанцій Falcon III, а саме RF-7800H, RF-7850M-HH, RF-7800V-HH, RF-7800S на озброєнні вітчизняних силових структур.
Напрямки розвитку SDR
З розвитком технологій засоби зв'язку стають все компактніше. Наприклад, SDR-системи можуть бути вбудовані в пристрої на зап'ясті або в нашлемний дисплей. Дослідники вивчають, як пристрої можуть бути пов'язані один з одним на поле бою, так щоб люди могли отримати доступ до мережі і оперативно отримати корисні дані. Майбутні мережі зможуть відображати в режимі реального часу дружні і ворожі сили, а також надавати інші ситуаційні дані. Частково це вже реалізовано, наприклад, в мережах зв'язку, побудованих на обладнанні Harris Falcon III з використанням ПЗ Falcon Command. Інший напрямок - використання сенсорів (датчиків) ядерного, біологічного та хімічного контролю, або реєстрації наявності артилерійських ударів і бомбардування з повітря, що дуже актуально сьогодні в збройному конфлікті на Донбасі.
Наступним кроком після SDR може бути створення радіостанції з інтелектуальним керуванням, яка автоматично зможе встановлювати зв'язок в реальному часі. Підхід до побудови інтелектуальних радіосистем, що отримав назву когнітивне радіо, є передовою технологією, що дозволяє забезпечити раціональне використання радіочастотного спектру. Однак впровадження зазначеної технології у військових засобах зв'язку вимагає додаткових досліджень, які враховують специфічні особливості роботи радіозасобів в складній електромагнітній обстановці, а також в умовах активного радіопротидії противника.
Основи технології когнітивних радіосистем представлені у вигляді стандарту IEEE 802.22, прийнятого відносно недавно (в 2011 році). Згідно зазначеного стандарту, система когнітивного радіо (CR - Cognitive Radio) - це радіосистема, що використовує технологію, що дозволяє цій системі отримувати знання про своєму середовищі експлуатації і географічному середовищі, про усталені правила і про свій внутрішній стан; динамічно і автономно коригувати свої експлуатаційні параметри і протоколи згідно отриманим знанням для досягнення заздалегідь поставлених цілей і вчитися на основі отриманих результатів [2].
Так звані когнітивні радіостанції повинні мати вбудовані системи інтелекту для автоматичного моніторингу навколишнього середовища. Система моніторингу буде оцінювати, в першу чергу, аналіз застосування засобів радіоелектронного придушення, стан каналу зв'язку, на основі чого буде прийматися рішення про кращий спосіб експлуатації. Вони зможуть вибирати менш завантажені ділянки діапазону, вибирати найкращі схеми модуляції і кодування сигналу і т.д.
В даний час питання розробки дослідження алгоритмів, призначених для використання в системах когнітивного радіо, знаходяться в стадії дослідження. Одне із завдань, які будуть вирішувати когнітивні радіосистеми - вибір пріоритету повідомлень, коли найбільш актуальні дані будуть передані в першу чергу, а менш важливі - пізніше.
Цікавим напрямком є дослідження можливості комунікації через інфрачервоний лазер для забезпечення неможливості перехоплення інформації. Подібні системи використовуються військовими з середини 2000-х років. Сучасні системи, розроблені для ВМС, дозволяють передавати дані в системі корабель-берег на дальності до 19 км.
- Рекомендації по впровадженню стандарту бездротового зв'язку IEEE 802.22 в системах радіозв'язку спеціального призначення / [МАСЕС Н.А., Панченко І.В., Бондаренко Л.А., Малих В.В.] // Збірник наукових праць ВІТІ НТУУ "КПІ". - № 1. - 2013. - С. 24-30.
- Гурський Т. Г. Аналіз Бойового! Застосування та характеристик СУЧАСНИХ
Військових ЗАСОБІВ радіозв'язку іноземного виробництва / Т. Г. Гурський // Тези ІІІ науково-практичної конференции ВІТІ ДУТ, 2014. - С. 80-81.
Стаття опублікована в спеціальному випуску журналу Телеком: Військова Зв'язок
