Технология полнодуплексной радиосвязи в военных приложениях: практические эксперименты

Full-duplex radio communication technology in military applications: practical experiments

Автор: Струльков Владислав Иванович

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» Министерства обороны РФ, Санкт-Петербург, Россия

e-mail: strulkov.vladislav@mail.ru

Strulkov Vladislav Ivanovich

Military Medical Academy named after S. M. Kirov of the Ministry of Defense of the Russian Federation, Saint-Petersburg, Russia

e-mail: strulkov.vladislav@mail.ru

Аннотация: Вдохновленное недавними достижениями в области беспроводной внутриполосной полнодуплексной связи (IBFD) в гражданской / коммерческой сфере, это технико-экономическое обоснование, состоящее из двух частей, охарактеризовало, есть ли возможность прогрессивной одновременной передачи и приема на одной частоте (SF-STAR). Радиотрансиверы IBFD также могут быть полезны в военных приложениях. В то время как операция IBFD может позволить удвоить спектральную эффективность в двусторонней тактической связи, возможности SF-STAR также могут революционизировать боевые системы за счет интеграции тактической связи и радиоэлектронной борьбы в виде многофункциональной военной полнодуплексной радиосвязи (MFDR).

Abstract: Inspired by recent advances in wireless in-band full-duplex communication (IBFD) in the civil/commercial sphere, this two-part feasibility study characterized whether there is a possibility of progressive simultaneous transmission and reception on a single frequency (SF-STAR). IBFD radio transceivers can also be useful in military applications. While an IBFD operation could allow for a doubling of spectral efficiency in two-way tactical communications, SF-STAR capabilities could also revolutionize combat systems by integrating tactical communications and electronic warfare in the form of multifunctional military full-duplex radio (MFDR).

Ключевые слова: Беспроводная связь, полнодуплексная связь, военная радиосвязь.

Key words: Wireless communication, full-duplex communication, military radio communication.

Тематическая рубрика: Технические науки и технологии.

АКТУАЛЬНОСТЬ.

Внутриполосный полнодуплексный режим (IBFD или просто FD) потенциально является одной из самых прорывных инноваций, предложенных в последнее время в области беспроводной связи. Концепция важна, потому что она может удвоить спектральную эффективность беспроводных каналов связи по сравнению с обычными устройствами с полудуплексной (HD) связью, работающих за счет обеспечения прогрессивной возможности для одновременной передачи и приема на одной частоте (SF-STAR). Академические исследования систем связи IBFD начались около десяти лет назад.

Первая сложная техническая проблема заключалась в том, чтобы продемонстрировать, что можно устранить самоинтерференцию из-за работы SF-STAR, и, таким образом, в первую очередь можно внедрить приемопередатчики IBFD. После этого недавние исследования привели к глубокому пониманию перспектив и проблем радиостанций IBFD для повышения эффективности использования спектра в коммуникационных приложениях. До сих пор все научные достижения были сосредоточены на невоенных, т. е. коммерческих или гражданских, средствах связи в диапазонах сотовой подвижной радиосвязи. Таким образом, как первое в своем роде, наше технико-экономическое обоснование рассмотрело перспективы и проблемы использования появляющейся радиотехнологии IBFD в приложениях военной связи.

Исследование было особенно мотивировано видением того, что возможности SF-STAR могут дать большое техническое преимущество для вооруженных сил, позволяя их радиостанциям вести радиоэлектронную войну в то же время, когда они также принимают или передают информационные сигналы в той же полосе частот. После пересмотра архитектуры и требований приемопередатчиков IBFD в военной сфере данная статья наметила и проанализировала наиболее потенциальные области применения возможностей SF-STAR.

ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ.

Оборонная промышленность разделяет мотивацию телекоммуникационной отрасли к повышению эффективности использования спектра в тактической связи, но основная оригинальность цели нашего исследования на самом деле связана с представлением и характеристикой совершенно разных видов новых приложений на поле боя. А именно, выходя за пределы контекста связи, перспективные многофункциональные MFDR будут иметь прогрессивные возможности для работы SF-STAR, с помощью которых они могут вести радиоэлектронную борьбу или зондирование в то же время, когда они также используют ту же полосу частот для тактической связи или выполняют радиоэлектронную атаку с одновременной радиоразведкой. Изучение перспектив, проблем и осуществимости таких приложений, связанных с радиочастотной конвергенцией, было основной целью проекта. В качестве отправной точки для работы сформулированы следующие два открытых исследовательских вопроса, связанных с этой потенциально разрушительной технологией в военных системах:

1) Как реализовать возможности SF-STAR для военных приложений?

2) Каковы наилучшие способы использования MFDR в кибер-электромагнитных боях?

Мы рассмотрели вышеуказанные исследовательские вопросы на теоретическом уровне, выявив и проанализировав потенциальные оборонительные и наступательные применения возможностей IBFD, а также охарактеризовав требования к приемопередатчикам MFDR. Помимо требований как чрезвычайной чувствительности к полезным сигналам, так и чрезвычайной устойчивости к сильным враждебным сигналам, многие военные радиостанции фактически будут работать в диапазонах HF или VHF, тогда как почти все академические прототипы демонстрируют возможность использования радиостанций IBFD только в верхних диапазонах UHF. Тем не менее представляется очевидным, что вооруженные силы могли бы получить большое техническое преимущество по сравнению с радиоприемопередатчиками, которые ведут радиоэлектронную борьбу, например радиоразведку или глушение, одновременно с приемом или передачей других сигналов, например, тактической связи, в том же диапазоне. Помимо убедительных теоретических доказательств, все еще оставалось несколько неизвестным, могут ли возможности SF-STAR быть полезными для военных радиосистем на практике. Таким образом, при продолжении работы возникла необходимость рассмотреть еще и следующий исследовательский вопрос:

3) Разумно ли ожидать, что исследуемые концепции могут быть жизнеспособны и в реальности?

Полное решение всех трех вышеперечисленных вопросов может вызвать сдвиг парадигмы в тактических коммуникациях и радиоэлектронной борьбе, особенно если ответ на последний пункт положительный по сравнению с другими. В конце концов, радиостанции IBFD могут даже стать обязательным требованием для современных войск всякий раз, когда противоборствующая сторона обладает соответствующей технологией, или потребуют переосмысления процедур и тактики связи в качестве контрмеры.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

Ниже описаны результаты трех экспериментов в помещении.

Одновременное обнаружение и предотвращение срабатывания самодельных взрывных устройств.

Первый эксперимент в помещении продемонстрировал что приемопередатчик IBFD можно использовать для одновременного обнаружения передатчика радиоуправления (RC), а также для передачи помех, которые отключают приемники RC от передатчика RC. Эксперимент представляет собой сценарий, в котором противник построил импровизированную радиоуправляемую пусковую систему для взрывных устройств, используя готовые компоненты бытовой электроники, которые можно было извлечь, например, из модели самолета или развлекательного мультикоптера.

Одновременное глушение и перехват тактических коммуникаций противника.

Второй эксперимент в помещении показал что с помощью приемопередатчика IBFD можно одновременно передавать помехи противнику и перехватывать его тактические сообщения. Это приводит к техническому преимуществу, потому что противник может увеличить мощность своей передачи в качестве меры противодействия помехам, из-за чего перехват становится легче.

Полнодуплексный радиоэкран для защиты от приёмников противника.

Третий эксперимент в помещении изучал насколько хорошо приемопередатчик IBFD может принимать сигналы тактической связи от HD-передатчика той же команды, одновременно создавая помехи, чтобы предотвратить перехват связи противником или использование импровизированной радиоуправляемой системы на том же частотном диапазоне. Измерения показали, что при использовании прототипа приемопередатчика IBFD во всех экспериментах качество сигнала тактической связи остается практически постоянным независимо от мощности помех. Таким образом, работа IBFD позволяет создать «радиозащитный экран» от помех при достаточно низких затратах на снижение возможностей связи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Экстраполируя быстрое развитие гражданских/коммерческих радиостанций IBFD, мы полагаем, что прорывная идея операции SF-STAR скоро будет принята и для военной связи. В частности, концепция многофункциональных MFDR связана с видением радиочастотной конвергенции, благодаря которой все радиоустройства и системы поля боя объединяются, а традиционное разделение между различными видами электромагнитных операций исчезает. Следовательно, мы можем быть свидетелями начала смены парадигмы в тактической связи, радиотехнической разведке и радиоэлектронной борьбе. В нашем технико-экономическом обосновании были изучены перспективы многофункциональных MFDR в кибер-электромагнитных битвах, чтобы инициировать научные исследования по этой новой теме и распространить идею в сообществе оборонных исследователей. В заключение мы настоятельно рекомендуем силам обороны обратить внимание на события в этой области, поскольку не исключено, что можно получить серьезное техническое преимущество над противником, не владеющим технологией IBFD, или что войскам нужны обновленные процедуры и тактика связи. чтобы противодействовать возможностям SF-STAR противников.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Романюк В.А. Основы радиосвязи / В.А. Романюк. - М.: Юрайт, 2009. - 288 c.

2. Весоловский К. Системы подвижной радиосвязи / К. Весоловский. - М.: ГЛТ, 2006. - 536 c.

3. Головин О.В. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи. / О.В. Головин, С.П. Простов. - М.: ГЛТ , 2006. - 598 c.

4. Комашинский В.И. Системы подвижной радиосвязи с пакетной передачей информации / В.И. Комашинский. - М.: ГЛТ, 2007. - 176 c.