Wiadomość
Modulator
Syntezator Urządzenie
szyfrowania symetrycznego
częstotliwość nośna
NADAJNIK
Wiadomość Modulator
Syntezator Urządzenie
szyfrowania symetrycznego częstotliwość
sygnału generatora lokalnego
synchronizacja
ODBIORNIK Opracowanie własne (2).
PRZEGLĄD SIŁ ZBROJNYCH nr 3 / 2018
87
W technice FH siatka kanałów jest przydzielana do łącza radiowego z przeskokami częstotliwości, a nie do kanału, jak w wypadku stałego łącza radio-wego. W sieci radiowej wykorzystującej technikę FH można użyć więcej niż jednej siatki kanałów w cza-sie i dlatego mówi się o ich grupie.
Zwykle w typowym systemie łączności, opartym na technice FH w paśmie UHF, można użyć około 80 siatek kanałów uporządkowanych w dziesięciu grupach. Koncepcję budowy systemu radiowego wy-korzystującego tę technikę przedstawiono na rysun-ku 2. W technice tej generatory pseudolosowe mu-szą być zsynchronizowane na obu końcach łącza ra-diowego. Osiąga się to dzięki zastosowaniu urządzeń szyfrowania symetrycznego. Kontrolują one sekwen-cje przeskoków częstotliwości i przy założeniu, że na obu końcach łącza są wprowadzone identyczne klucze szyfrujące oraz występuje synchronizacja czasu dla obu generatorów pseudolosowych, se-kwencja przeskoków częstotliwości jest taka sama dla urządzeń radiowych uczestniczących w kore-spondencji radiowej. Dane klucza szyfrującego są używane do kontroli przeskoków częstotliwości, za-pewniając bezpieczną transmisję. W ten sposób wid-mo wiadowid-mości zostaje rozszerzone na całe dostęp-ne pasmo częstotliwości radiowych, przez co zakłó-cenia stają się nieskuteczne. Rozrzut dostępnych kanałów w paśmie UHF o częstotliwości 225–
–400 MHz wynosi około 7000 kanałów o szerokości pasma 25 kHz, w dostępnym paśmie VHF o często-tliwości 30–156 MHz – około 5040 kanałów o sze-rokości pasma 25 kHz. Natomiast w wypadku krót-kofalowego pasma częstotliwości (KF) 1,5–30 MHz, przy założeniu szerokości pasm kanału 2,7 kHz, roz-rzut ten wynosi około 10 550 kanałów.
Sposób propagacji fal radiowych w paśmie KF za-węża w pewnym stopniu możliwość stosowania techniki FH. Ograniczenie to odnosi się do:
– szerokości pasma częstotliwości radiowych KF – maksymalna różnica między skrajnymi wartościami częstotliwości wykorzystywanymi do wykonywania skoków;
– szybkości skoków (szybkość wykonywania zmian częstotliwości nośnej emitowanego sygnału radiowego).
W radiostacjach KF zbiór częstotliwości wykorzy-stywanych do jednej relacji w trybie pracy FH na ogół nie przekracza kilkunastu. Jednakże możliwe jest za-stosowanie do niej pełnego krótkofalowego pasma czę-stotliwości. Przy łączności jonosferycznej pasmo to ogranicza się najczęściej do około 0,5 MHz. Parametry kanału jonosferycznego narzucają również wymagania związane z czasem trwania jednego skoku. Wielodro-gowość propagacji jonosferycznej powoduje, że różnice czasów odbioru sygnału mogą wynosić do 8 ms. Róż-nica czasu propagacji nie powinna być większa niż 10% czasu trwania jednego skoku częstotliwości.
Z tego względu szybkość skoków w krótkofalo-wych radiostacjach w trybie pracy FH jest
ograni-czona do 10 skoków na sekundę dla propagacji jo-nosferycznej. Natomiast przy wykorzystaniu fali przyziemnej podczas pracy w kierunku radio-wym istnieje możliwość wykonywania nawet 20 lo-sowych zmian częstotliwości na sekundę. Maksy-malna rozpiętość między częstotliwościami skoków nie powinna przekraczać około 2 MHz. Dużym pro-blemem podczas pracy w technice FH jest ograni-czenie widma emisji dla zakresu fal KF. Pracujący w tym paśmie są zmuszeni do użytkowania relatyw-nie wąskiej części widma częstotliwości. W konwen-cjonalnym systemie, w którym zastosowano technikę FH, na skutek częstszych zmian częstotliwości no-śnej istnieje potencjalne niebezpieczeństwo bloko-wania kanałów. Skutecznym rozwiązaniem, które pozwala uniknąć tego zjawiska podczas szybkich skoków częstotliwości, jest inteligentny hopping częstotliwości nośnej. Opiera się on na ocenie przy-datności danej częstotliwości i łączy w sobie ele-menty tradycyjnego hoppingu częstotliwości nośnej oraz elementy adaptacji częstotliwości. W systemie z inteligentnym układem FH w drodze selekcji są ustalane podzbiory częstotliwości wykorzystywane do pracy z częstotliwością skaczącą. Szerokość pa-sma pracy jest dobierana automatycznie w zależno-ści od zastosowanych częstotliwozależno-ści i typów anteny.
Maksymalna rozpiętość między częstotliwościami skaczącymi nie przekracza 2 MHz. Aby zapewnić krótkofalową łączność radiową w danej relacji FH, jest przydzielonych w zależności od rozwiązania od 10 do 15 częstotliwości. W konkretnym okresie są wybierane kanały o najmniejszym poziomie zakłó-ceń. Kanał, który w danej relacji charakteryzuje się największym poziomem zakłóceń interferencyjnych wynikających z wielodrogowości rozchodzenia się fal oraz złych warunków propagacji, nie jest uwzględniany w trybie pracy FH.
Zakłócanie transmisji nawet w paśmie częstotli-wości KF i przy tak małej szybkości przeskoków jest bardzo trudne, zwłaszcza jeśli uwzględnia się wymagania dotyczące mocy i szybkości zmian czę-stotliwości w odniesieniu do nadajnika zakłócają-cego. Niezależnie od zastosowania, przeskoki czę-stotliwości stanowią najlepszy sposób obrony przed zakłócaniem.
Parametrem charakteryzującym jakość lub wydaj-ność systemu FH jest zysk procesu (ZP). Zdefiniowa-no go jako logarytm dziesiętny ze stosunku szeroko-ści pasma dostępnego dla przeskoków częstotliwoszeroko-ści (SPD) do szerokości pasma sygnału wiadomości (SPW) według zależności:
ZP = 10 log SPD/SPW.
Dla systemu w paśmie UHF uzyskuje się:
ZP = 10 log (400 MHz – 225 MHz/25kHz), ZP = 38 dB.
Dla systemu w paśmie KF dla fali jonosferycznej uzyskuje się:
ZP = 10 log (500 kHz/2,7 kHz), ZP = 22 dB.
PRZEGLĄD SIŁ ZBROJNYCH nr 3 / 2018 niższym znacznie zmniejszają zysk procesu i od-wrotnie – użycie szerokości pasma kanału 2,7 kHz zwiększa go.
WYMAGANIA STAWIANE SYSTEMOM ŁĄCZNOŚCI RADIOWEJ
Transmisja przez urządzenia radiowe wykorzystu-jące technikę FH powinna być odporna na zakłóce-nia. Sieci oparte na tej technice, polegającej na od-pornej na zakłócenia synchronizacji, powinny się charakteryzować krótkim czasem jej trwania oraz umożliwić ją we wszystkich warunkach, nawet przy opóźnionym rozpoczęciu pracy przez dowolną radio-stację w sieci. Należy zapewnić przerwanie łączności, kiedy nadajniki mające odpowiedni priorytet włączą się do prowadzonej wymiany informacji z wykorzy-staniem techniki FH. Taki priorytet może być zapro-gramowany w radiostacji, np. dowódcy oddziału. Ko-nieczne jest także stworzenie możliwości programo-wania adaptacyjnego w celu dostosowana parametrów działania systemu do określonych zadań. Wiąże się to z możliwością wyboru systemu zarządzania, infra-struktury sieci, procedury ładowania i narzędzi dys-trybucji danych do pracy systemu. Ponadto należy dą-żyć do uproszczenia obsługi urządzeń radiowych ze względu na skrócenie czasu i zmniejszenie kosztów szkolenia oraz osiągnięcie większej niezawodności systemu.
Wymagania bezpieczeństwa dotyczą zapewnienia skutecznej ochrony zarówno dzięki szyfrowaniu cy-frowemu w ochronie komunikacji COMSEC, jak i kontroli sekwencji przeskoków częstotliwości w ochronie transmisji TRANSEC w wyniku zasto-sowania odpowiedniego algorytmu. Wymaga się także, aby zarządzanie kluczami szyfrującymi cha-rakteryzowało się odpowiednią elastycznością, po-zwalającą na dostosowanie ich do różnych scenariu-szy oraz zadań. Działanie kluczy tajnych powinno być łatwe do zastosowania, a główny ciężar skompli-kowanego planowania zapewnienia bezpieczeństwa powinno przejąć centrum zarządzania bezpieczeń-stwem. W urządzeniach wykorzystujących technikę FH algorytm powinien generować długą „sekwencję przeskoków” w celu uniknięcia powtórzeń. Organi-zacja i budowa systemu powinna umożliwić zacho-wanie bezpieczeństwa działania urządzeń nawet w sytuacji przejęcia przez przeciwnika kluczy szy-frujących i algorytmu. Fizyczna ochrona tych para-metrów jest szczególnie istotna przy uwzględnieniu nieuniknionych strat, takich jak: utrata samolotu nad terytorium przeciwnika lub urządzeń radiowych w czasie misji. Klucze szyfrujące i algorytmy po-winny być zamknięte i hermetyzowane w modułach odpornych na penetrację. Prosta w użyciu funkcja
kasowania awaryjnego to podstawowy sposób usu-wania kluczy szyfrujących, kiedy utrata sprzętu jest nieunikniona. Na kolejnym poziomie zapewnienia bezpieczeństwa wymaga się ochrony ważnych para-metrów przed nieuprawnionym dostępem oraz wy-korzystania funkcji przekroczenia limitu czasu, dzię-ki której klucze tajne są automatycznie kasowane po jego upływie.
Należy zadbać o to, aby system łączności wyko-rzystujący technikę FH w wyniku zastosowania do przeskoków częstotliwości całego pasma w zakresie VHF/UHF, zachowania małego odstępu między ka-nałami oraz odpowiedniej szybkości transmisji da-nych charakteryzował się dużą wartością zysku. Ze względu na bezpieczeństwo przeciwzakłóceniowe pożądane są przeskoki możliwie najszybsze. Szyb-kość przeskoków częstotliwości wynosi 200–500 przeskoków na sekundę dla zakresu VHF/UHF.
Szybkość powyżej 500 przeskoków na sekundę uwa-ża się za dużą, a poniżej 100 za małą. Zarządzanie częstotliwościami jest istotnym zagadnieniem w sys-temach wykorzystujących technikę FH ze względu na niebezpieczeństwo wystąpienia samozakłócania oraz braku kompatybilności współmiejscowej środ-ków radiowych. Samozakłócanie może wystąpić, gdy w tym samym czasie jest aktywnych kilka siatek przeskoków częstotliwości. Bez odpowiedniego za-rządzania częstotliwościami można użytkować dwie siatki kanałów tych samych częstotliwości w ramach sekwencji przeskoków. W takim wypadku wystąpi samozakłócanie. Zarządzanie częstotliwościami umożliwia rozwiązanie tego problemu dzięki zorga-nizowaniu operacji przeskoków z użyciem siatek or-togonalnych, w których indywidualne siatki przesko-ków są skoordynowane według kryterium uniknięcia samozakłócania.
Interferencja wynikająca ze wspólnej lokalizacji występuje wtedy, gdy działa równocześnie pewna liczba nadajników i odbiorników umieszczonych bli-sko siebie, np. na stanowiskach dowodzenia, w ba-zach lotniczych lub na okrętach. Można wtedy spo-dziewać się samozakłócania w związku z interferen-cjami, takimi jak intermodulacja oraz blokowanie.
Problem ten jest istotny, kiedy nadajnik i odbiornik działają w tym samym miejscu, a do przeskoków częstotliwości używają tego samego pasma.
Wymienione zagrożenia można ograniczyć, koor-dynując częstotliwości dzięki opracowaniu ortogonal-nych siatek kanałów, poprawnie nimi zarządzając, za-pewniając odpowiednią odległość między nadajnika-mi i odbiornikanadajnika-mi oraz należytą szybkość przeskoków częstotliwości, a także transmisję z mocą pozwalającą na uzyskanie jej zakładanej jakości.
WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMU RADIOWEGO Z TECHNIKĄ FH
Układ elektronicznych środków zabezpieczenia za-pewnia możliwość realizacji przez radiostację trybu pracy FH (rys. 3). Sterownik ochrony komunikacji
PRZEGLĄD SIŁ ZBROJNYCH nr 3 / 2018