Analiza comparativa intre legaturilor de comunicatii ale 2g si ale 3g

ANALIZA ComparaTIVA INTRE legaturilor de comunicatii ALE 2G SI ALE 3G

1. Caracteristici generale ale   STANAG 5066 si STANAG 4538

Protocoalele de comunicatii HF NATO - STANAG 5066 [1] si STANAG 4538 [2] - sunt destinate asigurarii comunicatiilor de date sigure, lipsite de erori pe canale radio HF in prezenta zgomotului. STANAG 5066 defineste un protocol robust pentru asigurarea legaturilor de date si un numar de aplicatii client unice, precum e-mail HF   [3], care sunt destinate in mod specific exploatarii eficiente a legaturilor radio HF. Protocolul legaturii de date utilizeaza o tehnica ARQ cu repetare selectiva pentru a corecta in mod eficient rafalele de erori transmise. De asemenea, standardul prevederi pentru reglarea dinamica a modulatiei, adancimii de intretesere si vitezei de transmitere date a modulatiei aferente pentru a corespunde conditiilor existente pe canal. Protocolul legaturii de date opereaza pe un modem HF de mare viteza STANAG 4285 sau MIL-STD-188-110 [4] la viteze cuprinse intre 85 bps si 9,6 kbps. Se poate utiliza cu statii radio exploatate manual sau cu sisteme radio automate, intrebuintand tehnicile ALE MIL-STD-188-141B ilustrate in suplimentul A [5]. Standardul poate fi utilizat pentru upgradarea rapida a sistemelor radio HF existente; fig. 1 prezinta diagrama bloc a unui sistem radio HF tipic.

Fig. 1. Sistem radio HF tipic conform STANAG 5066

STANAG 4538 este o specificatie mai cuprinzatoare, care descrie o noua generatie de sisteme radio HF automate, cu caracteristici avansate, ce asigura o performanta sporita fata de sistemele de generatia a doua (STANAG 5066 / MIL-STD-188-141B, Suplimentul A). Cateva din principalele avantaje in ceea ce priveste performantele sunt enumerate mai jos [6]:

Stabilirea mai rapida a legaturii. Utilizarea scanarii ALE sincrone permite scurtarea timpului de apelare prin eliminarea necesitatii unei transmiteri initiale lungi in scopul captarii unui receptor de scanare asincron.

Imbunatatirea performantelor de stabilire a legaturii. Semnalizarea ALE utilizeaza o serie de forme de unda robuste de tip burst PSK, eliminand diferentele de performanta dintre formele de unda pentru configurarea legaturii si pentru transmiterea de date utilizate in sistemele ALE curente.

Imbunatatirea selectarii frecventelor. Scanarea sincrona permite statiilor radio sa monitorizeze activitatea de configurare a legaturii altor statii radio si sa actualizeze frecvent informatiile privind calitatea canalului. Astfel este eliminata necesitatea sondarii canalelor dedicate si, prin urmare, contribuie la decongestionarea retelei.

Controlul distribuit al accesului media. Este asigurat un mecanism de acces al canalului de tip MACA, care este utilizat impreuna cu o caracteristica CSMA "asculta inainte de a transmite" pentru reducerea semnificativa a coliziunilor in retea. Coliziunile pe canalul apelat sunt, de asemenea, reduse prin aplicarea unei scheme de accesare in intervale temporale prioritare.

Tranzit mai mare de date. Se utilizeaza protocoale de legaturi de date cu combinare de coduri pentru adaptarea automata la conditiile de canal in continua schimbare si pentru asigurarea unui tranzit sporit de date.

STANAG 4538 defineste trei protocoale: protocolul FLSU[2] ALE/MAC, protocolul RLSU ALE/MAC si protocolul legaturii de date xDL. Aceste protocoale utilizeaza o serie de cinci forme de unda robuste de tip burst PSK (BW0 - BW4).

Portiunea de stabilire automata a legaturii a STANAG 4538 utilizeaza o combinatie de scanare sincrona, forme de unda de tip burst PSK si un mecanism eficient de control al accesului media pentru a asigura stabilirea rapida si sigura a legaturii, cu pastrarea la un nivel minim de congestie a retelei. Principalele diferente dintre standardele ALE de generatia a doua si a treia sunt prezentate in tabelul 1.

Tabelul 1. Compararea tehnicilor ALE

STANAG 4538 defineste doua tipuri de protocoale de legaturi de date (xDL), fiecare fiind optimizat pentru diferite conditii de canal si marimi de mesaje:

a)     LDL[4];

b)     HDL[5].

Protocolul LDL este destinat transmiterii de date pe canalul HF in conditii nefavorabile sau transmiterii eficiente de mesaje scurte. Se utilizeaza o forma de unda robusta de tip burst (BW3) pentru a transmite volume mici de date (32 - 125 octeti). Tehnicile de combinare de coduri sunt utilizate pentru corectarea erorilor de transmitere prin combinarea deciziilor soft ale repetarilor succesive de date. Astfel, viteza de transmitere este constanta, iar viteza codului se adapteaza instantaneu conditiilor variabile ale canalului.

Protocolul HDL este destinat transmiterii mesajelor mari in conditii de canal favorabile. Se utilizeaza forma de unda BW2 pentru a transmite 3, 6, 12 sau 24 pachete de date la 2400 bps, fiecare continand 233 octeti de date. Tehnicile de combinare a codurilor se utilizeaza si pentru corectarea erorilor de transmitere si pentru adaptarea la conditiile schimbatoare pe canal.

Castigul de performanta al sistemelor radio ce se conformeaza STANAG 4538 este cel mai vizibil la platformele radio cu grad ridicat de integrare, care mentin o legatura stransa intre protocolul legaturilor de date, modem si functiile ALE. Fig. 2 prezinta diagrama bloc simplificata a unei statii radio STANAG 453

Fig. 2. Diagrama bloc simplificata a unei statii radio integrate STANAG 4538

Alte facilitati oferite de STANAG 4538 sunt [7]:

Protectie la stabilirea legaturii

Sincronizare TOD Time-Of-Day)

necesara pentru protocoale LSU.

Detectarea ocuparii canalului

interceptare-inainte-de-transmitere pentru evitarea coliziunilor si interferentelor;

monitorizarea configurarii legaturilor.

Selectarea automata a canalului

selecteaza canalele de apelare si trafic, urmarind optimizarea performantelor retelei;

utilizeaza informatiile disponibile privind propagarea pe canal, ocuparea canalului si tipul traficului.

Performante superioare de stabilire a legaturilor fata de Mil-Std-141B suplimentul A (ALE 2G)

mai rapid datorita avantajelor inerente unui protocol sincron;

mai robust legaturi cu SNR mai redus datorita utilizarii unor forme de unda cu transmitere in rafala mai robuste (BW5 pentru FLSU, BW0 pentru RLSU).

Capacitate de tranzit superioara utilizand legaturi de date xDL

o imbunatatire cu 5 - 10 dB a capacitatii de tranzit fata de Fed-Std-1052 sau STANAG 5066;

tehnica de combinare a codarii pastreaza si utilizeaza simbolurile transmisiilor receptionate cu erori.

Capacitate superioara a retelei

latenta mai redusa datorita stabilirii mai rapide a legaturilor, evitarii coliziunilor si legaturilor de date mai eficiente.

2. Performantele ale standardelor in gama HF

Rezultatele masurate pentru probabilitatea de conectare in functie de raportul semnal-zgomot sunt ilustrate in fig. 3 [6]. Se poate vedea ca STANAG 4538 asigura o imbunatatire de 6 dB fata de sistemele ALE de generatia a doua existente (MIL-STD-188-141B, suplimentul A).

Fig. 3. Probabilitatea de conectare in functie de raportul semnal-zgomot

Figurile 4 si 5 indica tranzitul masurat pentru protocoalele legaturilor de date STANAG 5066 si STANAG4538, in conditii nefavorabile pe canalul CCIR, cu mesaje de 800 si 5000 octeti [6]. Se poate observa ca protocoalele legaturilor de date STANAG 4538 asigura o imbunatatire semnificativa a performantelor fata de protocoalele de generatia a doua. Cu toate ca se pot observa diferente de performanta absoluta mai mari la rapoarte mai mari semnal-zgomot, diferenta performantei relative este mai mica. Performantele mai mari ale sistemelor de generatia a treia sunt mai evidente la rapoarte mai mici semnal-zgomot datorita eficientei reduse a algoritmilor de adaptare a vitezei de transmitere date utilizati pentru sistemele de generatia a doua odata cu degradarea conditiilor pe canal.

Fig. 4. Tranzit de mesaje de 5000 octeti pe un canal CCIR in conditii nefavorabile

Fig. 5. Tranzit de mesaje de 800 octeti pe un canal CCIR in conditii nefavorabile

Figurile 6. si 7. prezinta variatia in timp a tranzitului in doua cazuri, mesaje de 50Kb si mesaje de 500B [7].

Fig. 6. Variatia in timp a tranzitului pentru mesaje de 50 KB

Fig. 7. Variatia in timp a tranzitului pentru mesaje de 500B

Concluzii

Sistemele radio HF STANAG 4538 apartinand celei de-a treia generatii ofera o serie de avantaje fata de sistemele STANAG 5066 / MIL-STD-188-141B (suplimentul A) in ceea ce priveste performantele de stabilire a legaturii si tranzitul de date. Totusi, implementarile STANAG 4538 necesita un nivel mai ridicat de integrare functionala in cadrul statiei radio si, prin urmare, echipamentele de comunicatii HF existente sunt mai dificil de upgradat. Avantajele STANAG 4538 sunt si mai mari in cadrul retelelor de dimensiuni mari si in conditii nefavorabile pe canal.

Avand in vedere toate acestea, sistemele radio HF STANAG 4538 sunt ideale pentru retelele de comunicatii tactice terestre, care pot cuprinde un numar mare de utilizatori ce utilizeaza echipamente portabile de comunicatii cu putere relativ mica. Mai mult, protocolul legaturii de date xDL satisface cerintele variate de trafic inerente proceselor de comanda si control si de informare asupra situatiei tactice curente.

Sistemele STANAG 5066 sunt ideale pentru asigurarea comunicatiilor trupelor maritime sau a altor sisteme in care capacitatea de actualizare a infrastructurilor de comunicatii existente si nivelurile mari de interoperabilitate constituie cerinte cheie.

Bibliografie

[1] STANAG 5066, "Profile for High Frequency (HF) Radio Data Communications", North Atlantic Treaty Organization, Ratification Request 2000.

[2] STANAG 4538, "Technical Standards for an automatic Radio Control System (ARCS) for HF Communication Links", North Atlantic Treaty Organization, Ratification Request 2000, Edition 1.

[3] W. Beamish and W. Furman, "Performance of HMTP Base E-Mail using Second and Third Generation HF Data Links", HF'01 Nordic Shortwave Conference Proceedings, 2001.

[4] MIL-STD-188-110B, "Military Standard - Interoperability and Performance Standards for Data Modems", U.S. Department of Defense.

[5] MIL-STD-181-141B, "Interoperability and Performance Standards for Medium and High Frequency Radio Systems", U.S. Department of Defense.

[6] Elvy S.J. "Comparison of Second and Third Generation HF Communication Links", Harris Corporation, RF Communications Division, New York, U.S.A. 2002.

[7] *** - STANAG 4538 Overview, Hariss Corporation, 2002.