Способ контроля радиоканала

А.В. Эсауленко,

ФГКУ УВО ГУ МВД России по Краснодарскому краю

А.Н. Бабкин,

кандидат технических наук, доцент

СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАДИОКАНАЛА

WAY OF CONTROL OF THE RADIO CHANNEL

Рассматривается способ контроля радиоканала в симплексных системах подвижной радиосвязи в реальных условиях эксплуатации. Определено время контроля, отвечающего требованиям по достоверности и своевременности передачи сообщений.

The way of control of a radio channel in simplex systems of a mobile radio communication in actual practice operation is considered. Time of the control which is meeting the requirements on reliability and timeliness of transmission of messages is defined.

В системах подвижной радиосвязи (СПР) надежность и качество связи между абонентами зависят от условий распространения радиоволн. Условия распространения радиоволн могут изменяться от однолучевого распространения между приемником и передатчиком в условиях прямой видимости до многолучевого распространения при многократных отражениях от препятствий (особенно в городских условиях ) при отсутствии прямой видимости.

Для обеспечения надежной и качественной связи между абонентами в заданной зоне обслуживания необходимо проводить контроль радиоканала в реальных условиях эксплуатации. Контроль радиоканала в СПР специального назначения (например, органов внутренних дел) необходим и для обеспечения своевременности передачи сообщений. Под своевременностью понимается доведение сообщений от источника до получателя в сроки, обусловленные оперативной обстановкой (в пределах времени, пока содержащаяся в сообщении информация не потеряла ценности для получателя).

Для организации контроля в [1] вводится понятие функциональной живучести радиоканала. Под функциональной живучестью радиоканала понимается его способность обеспечить надежную и качественную связь между абонентами СПР в заданной зоне обслуживания при воздействии помех. Количественной мерой функциональной живучести радиоканала может служить вероятность Рус установления связи между абонентами системы на направлениях связи.

В радиосетях одночастотного симплекса направления связи имеют следующий вид: АБ^АБ^ где АБ — абонент, i и j — номера абонентов с различными типами радиостанций; в радиосетях двухчастотного симплекса : АБi^•РТР^•АБj, где РТР — дуплексный ретранслятор.

При передаче дискретных данных мы имеем дело с простой системой событий: ошибка есть — ошибки нет. Поэтому в цифровых СПР за количественную меру определения Рус можно принять вероятность правильного приема Рпр:

Рус = Р^р = 1 - Рош, где Рош — вероятность ошибочного приема данных; Рош = 10-5, здесь

S, как правило, имеет значение от 3 и выше.

В качестве критерия функциональной живучести радиоканала в цифровых СПР, а, следовательно, обеспечения надежной и качественной связи абонентов можно принять следующее выражение:

р > р тр р > р тр

ус ус ош ОШ 5

где Р и РрТ — соответственно вероятность установления связи между абонентами и вероятность установления связи между абонентами требуемая; Рош и РоТШ— вероятность ошибочного приема и вероятность ошибочного приема требуемая.

Можно определить связь между Рош и отношением сигнал/шум: Рош тем ниже, чем больше интенсивность помехи, то есть чем меньше отношение сигнал/шум. Однако отношение сигнал/шум не единственный фактор, влияющий на Рош. Вероятность ошибочного приема может быть разной при одном и том же отношении сигнал/шум.

При нормальном законе распределения помехи и равновероятностном априорном распределении битовой информации 1 и 0 в [2] получены выражения Рош на выходе приемника от отношения Рс/Рш в канале связи соответственно при амплитудной, частотной и фазовой манипуляциях:

10

В

10

в

10

— 1 - б(0,5^),(Ад),

— 1 - б(70^),(*д), — 1 - б(4ч),(бд),

где # — Рс/Р0 . Интеграл вероятности:

1 Я

б ( я ) — ,— | ехр( -0,5 х 2 )йх.

л/2р -^

В таблице приведены значения Рош в зависимости от способа модуляции [2].

Рош Отношение мощностей сигнал/шум, дБ

АТ ЧТ ФТ

10-3 10 13 16

10-4 12 15 18

10-5 13 16 19

10-6 14 16,5 20

10-7 14,5 17,5 21

10-8 15 18 22

В [3] вводится понятие эффективности функционирования СПР ОВД, которая определяется коэффициентом готовности Кг элементов сети к выполнению своих функциональных задач:

Кг >0,999.

Радиоканал является важнейшим элементом СПР, и с учетом (2) можно определить рТ >0,999, а учитывая (1) и (2), а также данные таблицы для ЧТ и ФТ манипуляций , запишем :

1, їбе < 10 - 7 ,

0 3 6

0,999 їбе 10 - 3 > в0 > 10 - 6.

Приведенные рассуждения позволяют рассмотреть способ контроля радиоканала в реальных условиях эксплуатации для цифровых сетей подвижной радиосвязи, построенных по принципу двухчастотного симплекса. На рис. 1 представлена структурная схема радиоканала, состоящего из абонентской радиостанции РС и дуплексного ретранслятора РТР.

На этом рисунке ГКС — генератор контрольного сигнала; М — модулятор; ПРД — передатчик; ПРМ — приемник; ДМ — демодулятор; РУ — решающее устрой-

В оп

ство; ФЗ — формирователь задержки; СУ — согласующее устройство; ДФ — дуплексный фильтр; ^ и Г2 — частоты работы радиоканала.

Способ контроля радиоканала заключается в следующем.

Генератор контрольного сигнала абонентской радиостанции формирует пакет данных, состоящий из N бит, которые поступают на вход модулятора. Несущее колебание, модулированное контрольными битами, излучается передатчиком абонентской радиостанции на частоте ^ в сторону ретранслятора.

РС

РТР

^2

Рис. 1

Приемник ретранслятора принимает контрольный пакет данных, формирует задержку равную времени переключения абонентской радиостанции из режима передачи в режим приема. После этого передатчик ретранслятора на частоте 12 передает полученные данные абонентской радиостанции. Приемник абонентской радиостанции принимает данные и с помощью решающего устройства определяет вероятность установления связи на направлении АБ;—»РТР——АБ;.

Если в результате контроля условия (2) и (3) не выполняются (вероятность установления связи на направлении АБ;—»РТР——АБ; ниже критерия), алгоритм контроля повторяется при повышенной мощности излучения передатчиком абонентской радиостанции контрольного сигнала (пакета).

Таким образом, контроль радиоканала может состоять из двух циклов: первый цикл осуществляется при пониженной мощности излучения контрольного сигнала абонентской радиостанцией, второй цикл — при повышенной.

Определим общее время контроля радиоканала одного цикла Т^:

Т2 = Трсртр + Тртр рс ,

где ТРСРТР — время контроля направления связи абонентская радиостанция —

ретранслятор, ТРТРРс — время контроля направления связи ретранслятор — абонентская радиостанция.

В свою очередь:

ТРСРТР = 1 р +

где — время задержки распространения контрольного сигнала в среде передачи, (¿кс )РТР — время записи контрольного сигнала приемником ретранслятора, ¿зад — время задержки контрольного сигнала в ретрансляторе.

ТРТРРС _

где (¿кс )РС — время записи контрольного сигнала приемником абонентской радиостанции, 1РУ — время анализа и принятия решения решающим устройством абонентской радиостанции.

С учетом (4), (5) и (6) можно записать:

_

Примем, что:

где N — количество бит в контрольном сигнале (пакете); Я — скорость передачи информации в радиоканале, бит/с. гд _ 5 / С,

где 8 — расстояние между абонентской радиостанцией и ретранслятором; С — скорость света.

С учетом (8) длительность контроля радиоканала при одном цикле составит:

т _ 2Ы 2

тХ _ „ + 21 ^ 1 за) + 1 РУ.

К

Таким образом, время контроля зависит от скорости передачи информации Я контролируемого радиоканала, количества бит N в контрольном пакете, быстродействия синтезатора частот абонентской радиостанции и времени анализа и принятия

решения решающим устройством абонентской станции ^.

Временная диаграмма контроля радиоканала представлена на рис. 2.

Решение о выполнении (3) выносится абонентской радиостанцией по двум условиям:

1. N _ N _ Ыт .

2. N Ф Ыт _ о.

При невыполнении хотя бы одного из условий выносится решение об отсутствии устойчивости направления связи для абонентской радиостанции и необходимости выбора другого местоположения.

РС

о-

N

РС

-тКХ-

Хр

{¿ёп ).

Хру

ВЫ

г N

1

Б

а

б

N <

N <

Ьёп )

еШвгр

¡ад

-о РТР

Рис. 2. Временная диаграмма контроля радиоканала: а — направление абонентская радиостанция — ретранслятор; б — направление ретранслятор — абонентская

радиостанция

Можно оценить время контроля в существующих системах подвижной радиосвязи, построенных по принципу двухчастотного симплекса. Например, в системах подвижной радиосвязи стандарта АРСО 25 [4], использующих четырехуровневую частотную манипуляцию С4БМ, со скоростью передачи информации 9600 бит/с для N=1000 бит (что удовлетворяет (2) и (3)), Iзад = ¿РУ = 100мс время одного цикла контроля (при пониженной выходной мощности абонентской радиостанции) составит не более 0,5 с, соответственно, время контроля, включающего 2 цикла, — не более 1 с.

Данное время удовлетворяет требованиям по достоверности и своевременности, предъявляемым к СПР специального назначения.

Таким образом, отличительными особенностями предложенного способа контроля радиоканала являются:

1. Возможность проведения контроля радиоканала в реальных условиях эксплуатации симплексных систем подвижной радиосвязи с соблюдением требований, предъявляемых к сетям специальной связи.

2. Принятие решения о вероятности установления связи абонентской радиостанцией с возможностью выбора по результатам контроля местоположения, обеспечивающего надежный и качественный прием сообщений.

3. Возможность формирования кодовой последовательности контрольного сигнала (пакета) генератором случайных чисел, что повышает достоверность контроля: при проведении циклов контроля кодовая последовательность выбирается случайным образом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бабкин А.Н., Авсентьев О.С. Обеспечение функциональной живучести радиоканала // Вестник Воронежского института МВД России. — 2012. — №3. — С.116—121.

2. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. — 2-е изд. — М.: Радио и связь, 1982. — 624 с.

3. Защищенные системы связи ОВД: учебное пособие / Бабкин А.Н. [и др.]. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2009. — 91 с.

4. Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь: учебное пособие для вузов. — М.: Горячая линия — Телеком, 2007. — 432 с.