Аналіз можливості побудови радіо мережі спеціального призначення з використанням технології WiMAX

 

ЗМІСТ

 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ  СКОРОЧЕНЬ…………………………………...............5

ВСТУП........................................................................................................................6

РОЗДІЛ 1. Аналіз сучасного стану та особливостей функціонування систем радіозв’язку спеціального призначення……………...………………………….7

1. Аналіз існуючих засобів радіозв’язку спеціального призначення…………………………………………………………………………..7
2. Аналіз впливу негативних факторів на якість передачі інформації……………………………………………………………………….…..13
3. Аналіз перспективних технологій для побудови мережі зв’язку спеціального призначення…………………………………………………………21

Висновки…………………………………………………………………………. 33

РОЗДІЛ 2. Аналіз існуючих стандартів WiMax та принципів побудови мереж радіодоступу на їх основі………………………………………………………..35

2.1. Структура мережі WiMax…………………………………………………..35

2.2. Аналіз існуючих WiMax стандартів….……………………………............40

2.3. Реалізація фізичного та канального рівня…………………………...........43

Висновки…………………………………………………………………………..49

РОЗДІЛ 3. Обґрунтування можливості побудови радіомереж спеціального призначення на основі технології WiMAX ………………….….....................50

3.1. Результати натурних  випробовувань……………………………………..50

3.2. Аналіз завадозахищеності технології WiMAX…………………………..55

3.3. Можливості щодо забезпечення безпеки інформації………...………….63

3.4. Рекомендації по застосуванню технології WiMax для побудови радіомереж спеціального призначення…………...…………………………………………65

Висновки………………………………………………………………………....67

ВИСНОВКИ...........................................................................................................68

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………….…………….............69

 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ  СКОРОЧЕНЬ

 

АРП – адаптивне регулювання потужності

БД – багатостанційний  доступ

БЛА – безпілотний  літаючий апарат

БС – базова станція

ЗС – Збройні Сили

МБС – мобільні базові станції 

МС – мобільні станції 

ОТЛУ – оперативно тактична ланка управління

ППРЧ – псевдовипадкове  перевлаштування робочої частоти

ПУ – пункт управління

РЕБ – радіоелектронна  боротьба

СРЗ –  системи радіозв’язку

ТЛУ – тактична ланка  управління

ТМЗК – телефонна мережа загального користування

УКХ – ультракороткохвильовий діапазон

ШСС – широкосмугові сигнали 

CDMA – (Code Division Multiple Access) множинний доступ з кодовим розділенням

COFDM – (Code Orthogonal Frequеncy Division Multiple) кодове мультиплексування рознесених ортогональних несучих

FDMA – (Frequеncy Division Multiple Аccess) множинний доступ з розділенням по частоті

GSM – (Global system for mobile) глобальні системи мобільного зв’язку

MANET – (Mobile Ad-hoc Networks) мобільні радіомережі

MIMO – (Multi Input Multi Output) багато входів / багато виходів

OFDM – (Orthogonal Frequncy Division Multiple) мультиплексування рознесених ортогональних несучих

 

ВСТУП

 

Актуальність теми. У сучасних умовах ефективне управління військами як у повсякденній діяльності, так і в умовах їх бойового застосування неможливе без сучасних інформаційно-телекомунікаційних систем, проте інформаційна перевага над противником можлива лише за наявності сучасних засобів збору, обробки, обміну, зберігання та аналізу інформації у масштабі реального часу.

Однією з перспективних  радіотехнологій, що надає користувачам широкий спектр інфокомунікаційних послуг є WiMAX, що набуває все більшого поширення в усьому світі.

У кваліфікаційній роботі вирішується актуальна задача, що має важливу військово-технічну спрямованість при створенні перспективних цифрових систем радіозв’язку військового призначення – аналіз можливості побудови радіомереж  спеціального призначення з використанням  технології WiMAX.

Метою роботи розробка рекомендацій щодо побудови мережі спеціального призначення з використанням технології  WiMAX.

Відповідно до поставленої  задачі в кваліфікаційній роботі ставилися і вирішувалися наступні взаємозалежні завдання дослідження:

1) аналіз сучасного стану та особливостей функціонування систем радіозв’язку спеціального призначення;

2) аналіз існуючих стандартів WiMAX та принципів побудови мереж радіодоступу на їх основі;

3) обґрунтування можливості побудови радіомереж спеціального призначення на основі технології WiMAX та розробка практичних рекомендацій для цього.

Об’єкт досліджень – побудова системи радіозв'язку спеціального призначення.

Предмет досліджень – стандарт безпроводового зв’язку ІЕЕЕ-802.16 як основа побудови системи радіозв'язку спеціального призначеня. 

РОЗДІЛ 1

АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ СИСТЕМ ТА ЗАСОБІВ РАДІОЗВ’ЯЗКУ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

 

1.1. Аналіз існуючих засобів радіозв’язку спеціального призначення

 

Особлива  роль в будівництві і розвитку ЗС України належить її системі зв’язку  та автоматизації, яка є матеріально-технічною  основою системи управління військами  і озброєнням. Основу перспективних  систем зв’язку з’єднань і об’єднань  ЗС України складуть уже існуючі  стаціонарні опорні мережі зв’язку, підсилені за рахунок модернізації обладнання і будівництва нових  напрямків зв’язку підвищеної живучості  між опорними центрами комутації  та вузлами зв’язку, а також розгортання  мобільних компонентів системи  військового зв’язку.

Об’єктивний аналіз останніх світових політичних подій підтверджує можливість виникнення воєн і збройних конфліктів, як засобів  вирішення міждержавних, релігійних, етнічних та інших суперечностей. Успіх  в сучасній війні залежить від  співвідношення сил, військового мистецтва, розвитку засобів вогневого ураження і оснащення ними військ, а також  від якості системи управління. Сучасні  бойові дії характеризуються застосуванням  нових способів дії на супротивника, підвищенням динамічності бойових  дій, зростанням технічної оснащеності  військ (сил). Тому і до самого процесу  управління і до системи управління, що забезпечує його реалізацію, висуваються  якісно нові вимоги. До особливостей ведення сучасних бойових дій можна віднести:

• підвищену мобільність підрозділів і частин;
• високу динаміку переміщень угруповань військ у цілому, в результаті чого утворюються театри воєнних дій, які змінюються в часі та просторі;
• розосереджені розгортання військ на територіях, розділених силами супротивника;
• застосування випадковими користувачами терміналів і обладнання автоматизованих центрів управління бойовими діями;
• використання великих і випадково територіально розподілених локальних обчислювальних мереж і мереж зв’язку;
• підвищені вимоги до стійкості засобів зв’язку.

Системам  радіозв’язку відведена значима  роль у функціонуванні систем військового  зв’язку в різних ланках управління.

У сучасних умовах, коли ймовірність виникнення локальних збройних конфліктів в  усьому світі досить висока, розвинені  країни приділяють велику увагу вдосконаленню  системи зв’язку в оперативно-тактичній  та тактичній ланках управління. Досягнення інформаційної переваги – об’єктивно необхідна умова успішного проведення будь-якої бойової операції. Удосконалення  систем зв’язку оперативно-тактичної (ОТЛУ) та тактичної ланки управління (ТЛУ) спрямоване, в першу чергу, на забезпечення оперативного, стійкого і прихованого управління військами  та зброєю.

Основним  способом організації зв’язку в  тактичній та оперативно-тактичній ланках управління засобами, що в цей час знаходяться на озброєнні, є радіомережа із жорстким закріпленням радіозасобів і частот за посадовими  особами органів управління  військ. Від якісного стану систем (засобів і комплексів) радіозв’язку значною мірою залежить ступінь виконання військами зв’язку поставлених бойових завдань.

Існуюча система радіозв’язку, побудована на основі принципу прямих зв’язків із жорстким закріпленням засобів зв’язку  і частот за посадовими особами, не задовольняє вимогам, що висуваються  до системи зв’язку з боку системи  управління. У ході сучасного загальновійськового  бою, що вимагає своєчасної та достовірної  передачі повідомлень між пунктами управління (ПУ), вказані недоліки можуть призвести до зриву тактичних  завдань, виконання яких покладено  на об’єднання та з’єднання. Якщо відстань між кореспондентами буде більшою за дальність дії радіостанцій, то, звичайно, вийти на зв’язок вони зможуть тільки з використанням ретрансляторів. Очевидно, що необхідно впроваджувати інші способи організації топології, що здатні забезпечити кращу ефективність функціонування мережі.

У цей час на забезпеченні ЗС України перебувають переважно системи та засоби радіозв’язку 2-4 поколінь виробництва 60-80-х років минулого століття.

Підкреслимо лише їх основні  особливості. Головні недоліки радіостанцій 2-го покоління (Р-123, Р-130): незадовільна завадозахищеність, що проявляється як у нездатності протидіяти навмисним  завадам, так і у створенні  високого рівня внутрішньосистемних завад, робота на фіксованих робочих частотах, які легко викрити противнику. В станціях 3-го покоління (Р-161, Р-173) було зроблено цілий ряд удосконалень, впроваджено нові технологічні рішення. Основним фактором, що покращив завадостійкість стало використання широкого набору робочих частот і режимів роботи. В радіостанціях 4-го покоління (Р-163) відчутного підвищення завадостійкості досягнуто завдяки підтримки режиму оперативного адресного зв’язку, автоматизованому виборі вільного каналу, зменшенню часу налагодження та комутації за рахунок нових схемотехнічних рішень.

В станціях 5-го покоління (Р-168) впроваджено режим ППРЧ (псевдовипадкового  перестроювання робочих частот), підвищено  швидкодію при перестроюванні частот та режимів роботи.

Таким чином, аналіз сучасного стану систем радіозв’язку ОТЛУ та ТЛУ виявляє ряд існуючих недоліків:

• низька розвід - і завадо захищеність, аналогові види модуляції, великі масо габаритні показники;
• відсутність автоматизації процесів установлення зв’язку;
• низька уніфікація радіо засобів, що призводить до ряду труднощів при експлуатації;
• неефективне використання діапазону частот;
• відповідно до сучасних умов бойового застосування мережі радіозв’язку мають низькі показники безперервності і мобільності;
• слабка пристосованість для роботи в складних умовах ведення зв’язку внаслідок роботи на закріплених частотах.

Важливе місце в забезпеченні переваги в управлінні військами  та зброєю в сучасних операціях (бойових  діях) посідає радіоелектронна боротьба (РЕБ). В умовах сучасного бою ефір стає такою ж ареною боротьби, як суша, море та повітряний простір.

Провідні держави світу  приділяють велику увагу питанням розвитку систем та засобів радіоелектронної боротьби. Матеріали відкритої преси  підтверджують, що на шлях революційних змін у галузі РЕБ стали такі провідні країни світу, як США, Китай, Росія, Німеччина, Франція, Великобританія.

Таким чином, сучасний стан військових СРЗ дозволяє зробити  висновки про те, що необхідна розробка нових засобів і систем радіозв’язку з урахуванням вимог до них  і напрямків розвитку та впровадження  їх  у  війська. Зазначені обставини  обумовлюють необхідність пошуку шляхів підвищення ефективності системи радіозв’язку ОТЛУ та ТЛУ шляхом вдосконалення  існуючої системи та доповнення її новими елементами, побудованими на основі нових принципів організації  зв’язку.

Основними напрямками розвитку систем радіозв’язку ОТЛУ та ТЛУ є:

• перехід на цифрові методи передачі інформації;
• використання вбудованих мікро-ЕОМ для управління роботою засобів радіозв’язку;
• реалізація пакетних режимів роботи засобів радіозв’язку;
• реалізація завадозахищених режимів роботи засобів радіозв’язку;
• впровадження багатопараметричної адаптації та адаптивної компенсації завад і спотворень;
• вдосконалення елементної бази та уніфікація радіоапаратури;
• впровадження засобів криптозахисту.

Системи зв’язку ЗС провідних  країн світу побудовані за класичною  трирівневою схемою на основі нових інформаційних технологій з інтеграцією послуг в цифрових військових мережах, які забезпечують передачу різних видів повідомлень (голосу, даних, відео та ін.) з гарантованою якістю обслуговування.

Перший рівень системи - стратегічна ланка управління від армійського корпусу і вище. Це стаціонарний компонент військової системи зв’язку, що базується на мережах зв’язку загального користування національних систем зв’язку та стаціонарних опорних мереж зв’язку національних ЗС.

Другий рівень - тактична ланка управління „корпус-батальйон”. Це мобільний компонент військової системи зв’язку, основою якого є польова опорна мережа зв’язку, вузли доступу пунктів управління і пункти радіодоступу.