CC BY
23
Mladen Manjak,
potpukovnik, dipl. inž. Centar za KISIP GŠ VS, Beograd
Rezime:
DARC SERVIS KONVENCIONALNE FM RADIO-DIFUZIJE
UDC: 621.396.97
Konvencionalna FM radio-difuzija može ponuditi dodatne servise uz pomoć podnosio-ca smještenih u slobodnom dijelu osnovnog opsega multipleksiranog signala. U radu su pri-kazane osnovne karakteristike DARC servisa FM radio-difuzije i njegove moguće primjene.
Ključne riječi: FM radio-difuzija, DARC, referentna blok-šema, koder, dekoder, ram, proto-kol.
DARC SERVICE CONVENCIONAL FM RADIO BROADCASTING
Summary:
Conventional FM radio broadcasting can offer additional services by means of a subcarrier placed in a clear part of the beseband multiplex signal. This paper contains lementary characteristics of DARC service conventional FM radio broadcasting and possible applications.
Key words: FM broadcasting, DARC, reference model, encoder, decoder, frame, protocol.
Uvod
Odavno je uočeno da se konvencionalna FM radio-difuzija može iskoristiti za prenos dodatnih servisa pomoću pod-nosioca smještenih u slobodnom dijelu prenosnog kanala. Ovi servisi koriste di-gitalni signal koji sa osnovnim analog-nim audio signalom i uz pomoć frekven-cijskog multipleksiranja formira kompo-zitni signal za emitovanje preko radio-di-fuzne mreže. Prvi takav servis bio je RDS (Radio Data System) koji koristi podnosilac na 57 kHz, a prenos informa-cije vrši se brzinom od 1,2 kb/s. Nastao je u Evropi gdje je doživio i najveću pri-mjenu. Najviše se koristi kao podrška osnovnom audio servisu, ali i za slanje kratkih poruka različitih namjena. Prije
desetak godina nastao je novi DARC (DAta Radio Channel) servis, razvijen u NHK laboratoriji (Japan), a standardizo-vali su ga ETSI i ITU-R. Servis je pogo-dan za aplikacije koje se odvijaju u real-nom vremenu i po svojim performansa-ma prevazilazi RDS, tako da ima mnogo širu primjenu.
DARC
DARC takođe koristi frekvencijsko multipleksiranje unutar slobodnog dijela FM radio-difuznog kanala. Za prenos di-gitalnog signala dodatne informacije ko-risti se podnosilac na 76 kHz. Sam postu-pak formiranja multipleksa ne smije da ometa prenos osnovne informacije, što predstavlja najvažniji uslov da bi se ova
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
305
Sl. 1 - Frekvencijski plan multipleksa FM radio-difuzije
tehnika mogla primjeniti. Na slici 1 pri-kazan je frekvencijski plan multipleksa jednog standardnog FM predajnika koji, pored osnovnog mono i stereo audio sig-nala, emituje i RDS i DARC signale. Od 100 kHz, kolika je širina osnovnog kana-la, za prenos audio signala potrebno je 53 kHz, dok je ostali dio kanala slobodan.
Brzina prenosa digitalnog DARC signala je 16 kb/s. Prenos se vrši u pake-tima, gdje polovina osnovnog protoka otpada na formiranje rama i kontrolu gre-šaka prenosa, a drugu polovinu predsta-vlja korisna informacija. Podnosilac signala formira se kao četvrti harmonik osnovnog pilot signala frekvencije 19 kHz. Prenos informacije vrši se do kori-snika koji mogu da imaju mobilni, por-tabl ili stacionarni prijemnik sa DARC dekoderom. Primjena DARC servisa je raznovrsna i može se koristiti za prenos različitih servisa, kao što su digitalne po-ruke, datoteke, faks poruke, elektronska pošta, elektronske novine, vijesti, tačno
vrijeme, meteorološki podaci, diferenci-jalna korekcija za GPS, telemetrijski podaci, upravljački signali, zvučne poruke, itd. U Evropi, SAD i Japanu realizovane su brojne DARC mreže koje podržavaju prethodno navedene servise.
Struktura DARC mreže
DARC je definisan standardima EN300751 (ETSI) [1], BS.1194, BS.641 i BS.412 (ITU-R). Slika 2 prikazuje refe-rentnu strukturu DARC mreže koja sadrži servere davaoca servisa (Provider Service) SPSn, servere mreže NWSn, opremu pre-dajnika (kodere) TSEn, korisničke prijem-nike (dekodere) RECn i prenosne veze (linkove) TLn. U osnovnom modelu mreže informacija polazi od servera davaoca servisa ka serveru mreže gdje se vrši njeno objedinjavanje sa drugim informacijama, odnosno servisima. Potom se one distribui-raju ka predajnicima FM radio-difuzije koji radio-putem emituju informacije prema
306
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
TL1
Transmission Link 1 Prenosna veza tipa 1
Transmission Link 2 Prenosna veza tipa 2
< .......> TL3
Transmission Link 3 Prenosna veza tipa 3
< -------> TL4
Transmission Link 4 Prenosna veza tipa 4
TL5
Transmission Link 5 Prenosna veza tipa 5
TL6
Transmission Link 6 Prenosna veza tipa 6
|sPSl| I SPS2| I SPSj|
If t TL1 ?
Ti---------------------1 tl|
TL3
NWS1
TL3
TL2
TL3:
NWS2
TL3
SPSn - Service Provider Server Server davaoca servisa
NWSn -Network Server Server mreže
JsPS4|
|tSej| |tSE2|
\Sp6
ItSE5|---t [_
4
I
TL5 j
Г У V
|tse4 |tse3|
тУ|/ Zv
/TL6 TS :C1 Ot
lrEcJ
TSEn -Transmission Station Equipment Oprema predajnika
■QRECnJ
RECn -Receiver FM/DARC Prijemnik FM/DARC
Sl. 2 - Referentna struktura DARC mreže
krajnjim korisničkim prijemnicima. Pored navedenog modela moguća je komunikaci-ja između više servera mreža, ali i direktna veza servera davaoca servisa sa predajnici-ma. Na slici 3 prikazana je opšta blok-še-ma svih modela praktične realizacije DARC mreže. Pristup sistemu, odnosno serverima i radio-difuznim predajnicima naj češće se vrši pomoću TCP/IP protokola.
Za realizaciju ove mreže koriste se postojeći prenosni (najčešće radio-relejni) sistemi radio-difuznih organizacija ili jav-nih telekomunikacionih sistema. Na FM radio-difuznim predajnicima umjesto po-stojećih stereo kodera koriste se DARC koderi koji omogućavaju formiranje kom-pozitnog signala osnovnog i dodatnih ser-visa. Pored navedenog postupka prenosa postoji mogućnost primjene radio-repetito-ra za retransmisiju emitovanog kompozit-nog signala. U tom slučaju radio-difuzni repetitor umjesto DARC kodera koristi
kontrolno-mjerni prijemnik osnovnog op-sega, koji prima od susjednih FM predajni-ka kompozitni (audio+RDS+DARC) signal, a potom ga ponovo emituje na svojoj nosećoj frekvenciji. Na ovaj način isklju-čuje se potreba za posebnim prenosnim te-lekomunikacionim sistemom. Radio-difu-zne mreže sastoje se od dva tipa predajnika, i to od malog broja primarnih ili baznih predajnika velike snage (1-100 kW) sa ko-jima se vrši osnovno pokrivanje geograf-ske zone radio-difuznim signalom i veli-kog broja repetitora male snage (< 1 kW) sa kojima se vrši korekcija osnovnog po-krivanja. DARC koderi se u principu koriste samo na baznim predajnicima, dok se na radio-repetitorima koriste kontrolno-mjerni prijemnici osnovnog opsega. Kod korisnika se nalazi poseban DARC prijemnik ili klasični FM prijemnik sa DARC de-koderom i procesorom, pomoću kojih se dekodira i prikazuje poslata informacija.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
307
Zona prekrivanja DARC servisom zavisi od sledećih parametara: zone prekrivanja FM radio-difuzne mreže; zada-tog nivoa bitske greške na prijemu; osje-tljivosti prijemnika.
Po standardima ITU-R Rec. 412-5 definisana je jačina prijemnog polja za stereofonski prenos FM radio-difuzije zavisno od sredine i to: -54 dBpV/m u ruralnim sredinama; -66 dBpV/m u ur-banim sredinama; -74 dBpV/m u veli-kim gradskim sredinama.
Za prijem, odnosno detekciju DARC signala zahtjeva se da na ulazu prijemnika odnos S/N FM signal bude jednak ili veći od 23 dB za BER od 10-2 (za digitalni signal bez zaštite). Osjetlji-vost danas komercijalno dostupnih prijemnika nije manja od -90 dBm.
Logička organizacija DARC-a za-snovana je na referentnom OSI modelu sa pet slojeva (slika 4), gdje je prikazan cjelokupan tok informacije od izvora do korisnika. Kroz DARC se mogu pre-nositi kratke i duge poruke grupisane u četiri logička kanala sa različitim nivo-om kodne zaštite. Ova osnovna zaštita izvodi se na nivou organizacije rama. Ramovi su grupisani na četiri načina. Kroz sistem se mogu prenositi poruke informacija koje se odvijaju u realnom ili vanrealnom vremenu. Tok informa-cije kroz slojeve odvija se na osnovu definisanih pravila, odnosno protokola i u većini je softverski podržan. Jedino fizički sloj ima posebnu hardversku re-alizaciju.
308
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
PREDAJNA
STRANA
PRIJEMNA
STRANA
5. SLOJ SJEDNICE
Datoteke, paketi i protokoli informacija; Struktura grupe podataka
4. SLOJ PRENOSA
Formiranje paketa podataka (dugog i kratkog), adresiranje
3. SLOJ MREŽE
Formiranje bloka podataka (četiri logička kanala)
2. SLOJ PODATAKA
Formiranje rama poruke, sinhronizacija rama, kodna zaštita, skremblovanje
1. FIZICKI SLOJ
Modulacija podnosioca, formiranje multipleksa, emitovanje
5. SLOJ SJEDNICE
Izdvajanje informacija, datoteka, paketa itd.
4. SLOJ PRENOSA
Izdvajanje paketa podataka i analiza adresa
3. SLOJ MREŽE
Izdvajanje bloka podataka iz četiri logička kanala
2. SLOJ PODATAKA
Deskremblovanje, sinhronizacija rama, provjera kodne zaštite, izdvajanje poruke iz rama
1. FIZICKI SLOJ
Prijem, demultipleksiranje, demodulacija podnosioca
Sl. 4 - Referentni OSI model
DARC slojevi
Fizički sloj (1. sloj)
Na predajnoj strani se digitalnim signalom, formiranim pomoću protokola prethodnih viših slojeva, vrši modulacija
DARC podnosioca koji se pridodaje ukupnom FM multipleksnom signalu na radio-difuznom predajniku. Na prijemnoj strani prvo se vrši demultipleksiranje (izdvajanje DARC-a) iz primljenog FM sig-nala, a potom demodulacija prenesene
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
309
Tabela 1
Sl. 5 - Blok-šema modulatora
GORNJA GRANICA (sivo)
-60 dB (frekvencija< 56 kHz i 100 kHz < frekvencija)
-40 dB (56 kHz < frekvencija< 58 kHz i 97 kHz < frekvenci-ja< 100 kHz )
-20 dB (58 kHz < frekvencija< 60 kHz i 94 kHz < frekvenci-ja< 97 kHz )
0,5 dB (60 kHz < frekvencija< 94 kHz )
DONJA GRANICA (bijelo)
-0,5 dB (64 kHz < frekvencija< 88 kHz )
informacije i njeno prenošenje na naredni sloj 2. Podnosilac je frekvencije 76 kHz koja predstavlja fazno usklađeni četvrti harmonik pilot signala (19 kHz) stereo prenosa. Stabilnost frekvencije podnosio-ca je 76 kHz±7,6 Hz (0,01%), a fazna razlika nije veća od ±5° od faze pilot signala. Modulacija podnosioca je LMSK (Level-controlled Minimum Shift Keying) tipa sa uobličavanjem spektra prema slici 6 i ta-beli 1. Na slici 5 prikazana je blok-šema modulatora. LMSK se formira MSK modu-lacijom ulaznog digitalnog signala i kontro-lom amplitude podnosioca nivoom signala razlike (L-R) stereo prenosa. Frekvencijski pomak podnosioca za logičku „1“ ulaznog
digitalnog signala je 76 kHz+4 kHz, a za lo-gičku „0“ je 76 kHz-4 kHz.
Na slici 7 prikazan je dijagram pro-mjene nivoa DARC podnosioca u funkciji promjene nivoa signala razlike (L-R) stereo prenosa. Uočavaju se dvije granice, jedna na nivou 4% (devijacija podnosioca ±3 kHz) za devijaciju glavnog FM nosioca koja uzrokuje promjenu nivoa signala razlike (L-R) za <2,5% i druga na nivou 10% (devijacija podnosioca ±7,5 kHz) za devijaciju glavnog FM nosioca koja uzrokuje promjenu nivoa signala razlike (L-R) za >5%. Iz-među ove dvije granice promjene unesenog nivoa i devijacije su linearne.
310
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
Ovo je vrlo bitna karakteristika, jer in-direktno definiše kvalitet prenosa multiplek-snog FM signala. Na mjestu prijema javlja se interferencija između audio signala i signala podataka zbog višestruke propagacije, pa se uvodi regulacija nivoa DARC podno-sioca. Bitska brzina prenosa je 16 kb/s±1,6 b/s. Širina DARC kanala za -20 dB je 35 kHz, a spektralna efikasnost prenosa [2] je 0,457 b/Hz. Korištenjem MSK modulacije postižu se dobre performanse prenosa u pri-sustvu šuma i pored niske spektralne efika-snosti. Zavisno od vrste poruke, odnosno ti-pa rama prenosa, kašnjenje signala kroz si-stem kreće se od 0,018 do 4,914 sekundi. Na osnovu istih parametara efektivna bitska brzina prenosa informacije kreće se od 6209 b/s do 9778 b/s.
Sloj podataka (2. sloj)
U sloju podataka na predajnoj stra-ni se vrši: grupisanje podataka iz višeg sloja u odgovarajuće ramove, sinhronizacija ra-
ma, kodna zaštita i skremblovanje poruke za fizički sloj. Na prijemnoj strani provodi se inverzan postupak. Zavisno od vrste in-formacije koja se prenosi, grupisanje podataka realizuje se u četiri različita rama (A0, A1, B, C) sa odgovarajućim brojem tzv. L2-blokova. Ramovi A0, B i C sastoje se od 272 bloka (L2) sa po 288 bita, a ram A1 od 284 bloka sa 288 bita. Na slikama 8a, 8b, 8c i 8d prikazana je struktura navedenih ramo-va sa osnovnim parametrima. L2-blokovi sastoje se od identifikacije BIC (Block Identification Code), informacionih bloko-va, CRC-a i paritetnih blokova (horizontal-nih, vertikalnih ili kombinacija).
U DARC-u se primjenjuju višestru-ki mehanizmi kodne zaštite informacije. Oni su prisutni na svim slojevima OSI modela, osim na 1. sloju. Glavna zaštita realizuje se na nivou 2. sloja, gdje se primjenjuju CRC i blok-kodovi tipa:
- (272,190)x(272,190) C3(horizontalni paritet)x(vertikalni paritet),
- (272,190)ćžfihorizontalniparitet).
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
311
16 bita 176 bita 14 bita 82 bita
t 60 blokova 4 t 70 blokova 4 t 60 blokova 4 t 82 bloka 4 BIC3 « « « INFORMACIJA CRC HORIZONTALNI PARITET
BIC2 << << << INFORMACIJA
BIC1 « « « INFORMACIJA
BIC4 << << << VERTIKALNI PARITET
Sl. 8a - Ram A0
Broj informacionih blokova: 190 Broj informacionih bita u bloku: 176
Kodna zaštita: CRC na 2. sloju, horizontalni i vertikalni paritet CRC: g(x)=x14+x11+x2+1 (14 bita)
Broj bita horizontalnog pariteta: 82 Broj vertikalnih paritetnih blokova: 82 Ukupni broj blokova: 272 Vremenska dužina rama: 4,896 s
Broj prenesenih blokova u jedinici vremena: 38,8 blok/s
Efektivna brzina prenosa informacije u DARC kanalu: 6830 b/s (42,7%)
CRC je primjenjen uz svaki informaci-oni blok za sve četiri vrste rama, a genera-torski polinom je tipa g(x)=x14+x11+x2+1. Primjenjeni blok-kodovi razlikuju se za-visno od vrste rama koji se prenosi. Za ramove tipa A0, A1 i B koristi se tip
(272.190) x(272,190), a za ram C tip
(272.190) . Pri prenosu informacija u real-nom vremenu koristi se samo CRC i blok kod horizontalnog pariteta tipa (272,190). Ove informacije se prenose u ramovima A1 i C.
Generatorski polinom u blok kodu tipa (272,190) je:
g(x)=x82+x77+x76+x71+x67+x66+x56+x52+
x48+x40+x36+x34+x24+x22+x18+x10+x4+1.
To pruža mogućnost korekcije do 11 bita u poruci od 176 bita korisne
informacije. Što se tiče blok-koda
(272,190)x(272,190) on obezbjeđuje sko-ro 100% zaštite do 3% grešaka od efek-tivne brzine prenosa informacije, a gene-ralno dobru zaštitu do 7% grešaka. Na ostalim slojevima OSI modela (3, 4. i 5) koristi se CRC o čemu će biti više riječi u narednom prikazu. U ramu B je primje-njena još i tehnika interlivinga sa vertikal-nim paritetom. Prosječno kašnjenje preno-sa blokova kod ramova je dato u tabeli 2.
Tabela 2
Vrsta rama Kašnjenje (s)
A0 0,018-1,494
A1 0,018-1,710 (standardni prenos) 0,018-0,396 (prenos u realnom vremenu)
B 4,914
C 0,018
312
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
16 bita 176 bita 14 bita 82 bita
I 60 blokova + BIC3 << << INFORMACIJA
70 blokova 1 BIC2 << << INFORMACIJA CRC HORIZONTALNI PARITET
t 60 blokova + BIC1 << << INFORMACIJA
A 22 bloka BIC4 << VERTIKALNI PARITET
4 bloka BIC2 INFORMACIJA U REALNOM VREMENU CRC PARITET
20 blokova BIC4 << VERTIKALNI PARITET
4 bloka BIC2 INFORMACIJA U REALNOM VREMENU CRC PARITET
20 blokova BIC4 << VERTIKALNI PARITET
4 bloka BIC2 INFORMACIJA U REALNOM VREMENU CRC PARITET
20 blokova ♦ BIC4 << VERTIKALNI PARITET
Sl. 8b - Ram A1
Broj informacionih blokova: 202 Broj informacionih bita u bloku: 176
Kodna zaštita: CRC na 2. sloju, horizontalni i vertikalni paritet
Broj bita horizontalnog pariteta: 82
Broj vertikalnih paritetnih blokova: 82
Ukupni broj blokova: 284
Vremenska dužina rama: 5,112 s
Broj prenesenih blokova u jedinici vremena: 39,5 blok/s
Efektivna brzina prenosa informacije u DARC kanalu: 6954 b/s (43,4%)
Za identifikaciju vrste blokova, kao i njihovu sinhronizaciju, koriste se četiri BIC (Block Identification Code) koda du-žine 16 bita, koji imaju slabu međusobnu kros korelaciju. Skremblovanje se vrši pseudoslučajnom sekvencom definisanom polinomom g(x)=x9+x4+1 i početnim sta-njem 101010101. Skrembler se restartuje za svaki blok, s tim da se skremblovanje ne primjenjuje na BIC kod.
Sloj mreže (3. sloj)
U sloju mreže na predajnoj strani vrši se transformacija kratkih i dugih po-ruka (L4-poruke) iz višeg sloja prenosa u poruke (L3-blokove) grupisane u četiri logička kanala, dok se na prijemnoj stra-ni vrši inverzan proces.
Logički kanali su: servisni kanal SeCh (Service Channel); kanal kratkih po-
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
313
16 bita 176 bita 14 bita 82 bita
BIC1 INFORMACIJA 1 CRC PARITET
13 blokova << << << <<
BIC1 INFORMACIJA 13 CRC PARITET
i i BIC3 INFORMACIJA 14 CRC PARITET
BIC3 INFORMACIJA 15 CRC PARITET
BIC4 PARITET 1
BIC3 INFORMACIJA 16 CRC PARITET
BIC3 INFORMACIJA 17 CRC PARITET
123 bloka BIC4 PARITET 2
BIC3 INFORMACIJA 18 CRC PARITET
<< << << <<
BIC4 PARITET 40
BIC3 INFORMACIJA 95 CRC PARITET
BIC3 INFORMACIJA 96 CRC PARITET
1 BIC4 PARITET 41
i i BIC2 INFORMACIJA 97 CRC PARITET
13 blokova << << << <<
' BIC2 INFORMACIJA 109 CRC PARITET
i i BIC3 INFORMACIJA 110 CRC PARITET
BIC3 INFORMACIJA 111 CRC PARITET
BIC4 PARITET 42
BIC3 INFORMACIJA 112 CRC PARITET
BIC3 INFORMACIJA 113 CRC PARITET
123 bloka BIC4 PARITET 43
BIC3 INFORMACIJA 114 CRC PARITET
<< << << <<
BIC4 PARITET 81
BIC3 INFORMACIJA 189 CRC PARITET
BIC3 INFORMACIJA 190 CRC PARITET
1 BIC4 PARITET 82
Sl. 8c - Ram B
Broj informacionih blokova: 190 Broj informacionih bita u bloku: 176
Kodna zaštita: CRC na 2. sloju, horizontalni i vertikalni paritet CRC: g(x)=x14+x11+x2+1 (14 bita)
Broj bita horizontalnog pariteta: 82 Broj vertikalnih paritetnih blokova: 82 Ukupni broj blokova: 272 Vremenska dužina rama: 4,896 s
Broj prenesenih blokova u jedinici vremena: 38,8 blok/s
Efektivna brzina prenosa informacije u DARC kanalu: 6830 b/s (42,7%)
ruka SMCh (Short Message Channel); kanal dugih poruka LMCh (Long Message Channel); kanal izvornih blok--poruka BMCh (Block Message Channel).
Servisni kanal SeCh koristi se za prenos mrežnih i servisnih informacija,
koje omogućavaju korektno i sinhronizo-vano ponašanje prijemnika u DARC mreži. Kanal može da prenosi 16 vrsta servisnih poruka. Svaka poruka sadrži od 1 do 16 L3-blokova, čija veličina od 176 bita odgovara informacionom segmentu
314
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
16 bita 176 bita 14 bita 82 bita
1 BIC3 INFORMACIJA CRC PARITET 1
Sl. 8d - Ram C
Broj informacionih blokova: 272 Broj informacionih bita u bloku: 176 Kodna zaštita: CRC na 2. sloju i horizontalni paritet CRC: g(x)=x14+x11+x2+1 (14 bita)
Broj bita horizontalnog pariteta: 82 Ukupni broj blokova: 272 Vremenska dužina rama: 4,896 s
Broj prenesenih blokova u jedinici vremena: 55,6 blok/s
Efektivna brzinaprenosa informacije u DARC kanalu: 9778 b/s (61,1%)
u L2-bloku. Na slici 9 prikazana je struk-tura servisnog kanala. L3-blok servisnog kanala sadrži zaglavlje veličine 3 bajta i 19 bajta podataka. Maksimalna veličina poruke u servisnom kanalu je 304 bajta.
Mrežne i servisne informacije u SeCh kanalu sadrže identifikacione para-metre države, mreže, predajnika i kanala prenosa, zatim podatke o servisu, datumu, vremenu, prostornoj poziciji predajnika, alternativnim frekvencijama, organizaciji kanala, budućim aplikacijama, itd.
Kanal kratkih poruka SMCh uglav-nom se koristi za prenos podataka u real-nom vremenu. Kao i u servisnom kanalu formira se više L3-blokova veličine 22 bajta (ili 176 bita) što odgovara informacio-nom bloku L2-bloka. Za razliku od SeCh
veličina zaglavlja je 2 bajta, a podaci su smješteni u 20 bajtova. Na slici 10 prika-zana je struktura kanala kratkih poruka. Ovaj kanal je kompatibilan sa brzim infor-macionim kanalom (FIC - Fast Information Channel) DAB (Digital Audio Broadcasting) sistema. Iz sloja prenosa se kratka poruka podataka maksimalne dužine 127 bajta sa L4-zaglavljem transformiše u više L3-blokova. L4-zaglavlje, zavisno od na-mjene, može da ima promjenljivu dužinu u rasponu od 3 do 7 bajta.
U zaglavlju L3-bloka nalazi se CRC dužine 6 bita, a generatorski polinom je oblika g(x)=x6+x4+x3+1.
Kanal dugih poruka LMCh koristi se za prenos paketa poruke velike dužine iz višeg sloja. Kao i u prethodnim kanali-
◄ Maksimalno 304 bajta ►
SERVISNA PORUKA
3 bajta-► ◄ 19 bajta ►
L3 - ZAGLAVLJE PODA CI
L3 - ZAGLAVLJE PODA CI
L3 - ZAGLAVLJE PODACI ISPUNA
Sl. 9 - Struktura servisnog kanala
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
315
-2 bajtaH
L3 -
ZAGLAVLJE
|3^7 bajta i
Kratka poruka podataka (mak. 127 bajta)
L4-
ZAGLAVLJE
20 bajta
PODACI
L3 -
ZAGLAVLJE
PODACI
PODACI
L3 -
ZAGLAVLJE
Sl. 10 - Struktura kanala kratkih poruka
Ћ
PODACI
ma formira se više L3-blokova veličine 22 bajta (ili 176 bita), što odgovara infor-macionom segmentu L2-bloku. Zaglavlje je veličine 2 bajta, a podaci se smještaju u 20 bajtova. Na slici 11 prikazana je struktura kanala dugih poruka. Iz sloja prenosa duga poruka podataka maksi-malne dužine 255 bajta sa L4-zaglavljem transformiše se u više L3-blokova. L4-zaglavlje zavisno od namjene može da ima promjenljivu dužinu u rasponu od 4 do 7 bajta. U zaglavlju L3-bloka nalazi se CRC dužine 6 bita sa generatorskim polinomom oblika g(x)=x6+x4+x3+1.
Ovaj kanal koristi se za transport sledećih servisa:
- radio-prenos vijesti (elektronske novine itd.);
- prenos pošte (X400);
- prenos sa visokim garantovanim protokom (slike, zvuk, govorne poruke);
- transver datoteka (faks, finansijski podaci, itd.);
- adresirani tekst i grafičke poruke (saobraćajne informacije, gradski saobra-ćaj, itd.) itd.
Kanal izvornih blok-poruka BMCh sadrži osam potkanala (0-7) koji se kori-ste za jednostavne blok-bazirane proto-kole. Unos podataka je direktan. DARC forum je nadležna institucija koja defini-še raspodjelu potkanala.
Struktura BMCh kanala prikazana je na slici 12. Zaglavlje je veličine 1 bajt, dok se podaci formiraju od blokova apli-kacije ili rama za sinhronizaciju poruke. Maksimalan broj blokova je 32767, a nji-hova veličina od 19 do 22 bajta, zavisno od vrste potkanala.
316
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
Sloj prenosa (4. sloj)
Sloj prenosa služi za adresiranje s kraja na kraj i omogućava korisniku iz-bor aplikacije. U njemu se formiraju ili izdvajaju dvije vrste paketa (dugi i krat-ki). Dugi paket može da ima maksimalnu dužinu od 255 bajta, a maksimalna duži-na kratkog paketa je 127 bajta. Zaglavlje L4 je promjenljive dužine i zavisi od lo-gičkog kanala 3. sloj a u koji se paket smješta. Ona varira od 2 do 7 bajta. Ovi paketi dijele se u blokove i prenose sloj niže. Najčešća dužina bloka je 20 bajta.
Sloj sjednice (5. sloj)
Sloj sjednice je najviši sloj DARC--a koji povezuje aplikacije u formi frag-mentiranih datoteka i velikih paketa (sli-
ka 13) sa ostalim slojevima sistema. Dru-gim riječima, prilagođava izvorne poruke za ulazak i izlazak iz sistema.
Na slikama 14 i 15 prikazane su osnovne strukture fragmentacije L5 pa-keta i datoteka.
Unutar ovog sloj a na strani servera (predaje) provode se sledeće procedure:
- ulazak izvornih podataka u sistem;
- kompresija podataka (ako se za-htjeva);
- unos koda i prefiksa datoteke TLV (Type, Length, Value);
- dodavanje CRC (ako se zahtjeva);
- fragmentacija podataka (ako je potrebno).
Na strani prijemnika poduzimaju se sledeće procedure:
- defragmentacija podataka;
ZAG. ZAG EKS. RAGMEBNTO ZAG. FRAGMENT1 ZAG. FRAGMENT2
L4 - PAKET ZAGLAVLJA PODACI
L4-PAKET ZAGLAVLJA PODACI
L4 - PAKET ZAGLAVLJA PODACI
Sl. 13 - Struktura osnovne fragmentacije
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
317
- provjera CRC-a;
- dekodiranje datoteka TLV;
- dekompresija podataka;
- prikaz ili primjena izvornih infor-macija.
Elementi DARC mreže
U prethodnom prikazu data je struk-tura DARC mreže sa svojim elementima i međusobnim vezama. Položaj elemena-ta [3] u strukturi definiše njihovu ulogu i parametre koje treba da zadovolje.
Prvi element u mreži je server davao-ca servisa SPS na kojem se nalaze servisi u formi datoteke, elektronske pošte, Weba, podataka i drugih formi. Izlaz sa servera mora da bude potpuno kompatibilan sa
DARC mrežom i na njemu može da se vrši kompresija, fragmentacija i zaštita (šifro-vanjem) podataka. Pored toga, na serveru se obavlja pojedinačno i grupno adresira-nje korisnika, upravljanje pristupom i tran-smisiom podataka, a u posebnom slučaju i upravljanje opremom predajnika TSE, od-nosno DARC koderom. Hardverska konfi-guracija najčešće je zasnovana na PC plat-formi sa Windows ili Linux operativnim sistemom, sa više različitih priključaka (RS232, USB i Ethernet).
Drugi element u mreži predstavlja server mreže NWS, koji je preko prenosnih ve-za povezan sa ulazne strane sa serverom da-vaoca servisa, a sa izlazne strane sa opremom predajnika. Njegova primarna funkci-ja je prenos podataka između ta dva kraja.
318
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
Izlaz iz servera su poruke 3. sloja DARC-a kao i poruke pratećih funkcija kojima se upravlja radom mreže i priključenih eleme-nata NWS prosleđuje dva glavna servisa SPS-a, i to datoteke servisa radio-difuzije i servis prenosa podataka u realnom vreme-nu. Za prvi servis datoteke se prvo učitavaju sa SPS-a u NWS, zajedno sa setom upra-vljačkih direktiva, kao što su zahtjevi kvali-teta, adresiranje ili planovi radio-difuzije, a potom se prosleđuju do radio-difuznih pre-dajnika. Za drugi servis, koji je vremenski kritičan, ostvaruje se direktni kanal (tunel) kroz NWS između SPS-a i prijemnog ter-minala sa minimalnim kašnjenjem. U tabeli 3 navedene su dodatne funkcije koje oba-vlja server mreže.
Na isti način može se formirati više hijerarhijskih uređenih mreža sa NWS, tako da na državnom nivou može da po-stoji jedna centralna mreža sa više regio-nalnih i lokalnih podmreža.
Treći element su prenosne veze koje povezuju sve elemente unutar DARC mre-že. Generalno, postoji šest vrsta međusob-nih veza, ako se posmatraju funkcije koje one obavljaju. Komunikacija može da bude jednosmjerna (simpleksna) ili dvosmjerna (dupleksna). Jednosmjerna komunikacija je sam prenos DARC signala između radio-difuznih predajnika i prijemnika. Međutim, ovaj tip prenosa može se primijeniti i za udaljenu vezu NWS sa TSE, s tim da se gube dinamičke funkcije upravljanja i kon-
Tabela 3
Funkcija Opis
Pristup i kontrola sintakse Ostvaruje kontrolu pristupa mreži i kontrolu i korektnost sintakse ulaznih podataka. Informacije koje dolaze na NWS mogu biti identifikator servisa, kod oblasti prekrivanja, tekuće vrijeme, itd.
Korisnička obrada podataka Vrši konverziju poruka 5. sloja u poruke 4. sloja, skremblovanje podataka za neke servise, itd.
Administracija davaoca servisa Obezbjeđuje informacije o davaocima servisa i vrši kontrolu kapaciteta logičkih kanala za svaki servis.
Rezervacija Dozvoljava davaocima servisa da emituju podatke u rezervisanom terminu, i preuzimaju veliku količinu podataka na server mreže.
Kontrola prioriteta Ostvaruje kontrolu prioriteta između servisa i poruka.
Kontrola protoka Onemogućava preopterećenje TSE.
Multipleksiranje Vrši objedinjavanje, smještanje i razvrstavanje poruka različitog prioriteta u memoriju servera.
Adresiranje i umrežavanje Omogućava adresiranje i prateće aktivnosti pri usmjeravanju poruka-podataka od servera ka TSE.
Sistemsko vrijeme - sat Omogućava sinhronizaciju svih dijelova mreže od strane NWS.
Kontrola rada Vrši superviziju svih aktivnosti na mreži od strane NWS.
Hardverska konfiguracija servera naj-češće je zasnovana na PC platformi sa Windows ili Linux operativnim sistemom. Pristup serveru vrši se preko Ethernet, USB, RS232 ili modemskog priključka. Putem dvostrane komunikacije NWS isto-vremeno može da upravlja radom više servera (SPS) i kodera (TSE).
trole, koje zahtijevaju povratnu petlju. Dvosmjerna komunikacija je prisutna kod svih ostalih veza, a može se realizovati na više načina žičnim putem (bakarnim ili optičkim kablovima) ili bežičnim putem (radio, ra-dio-relejne ili satelitske veze). Tehnologija prenosa može da bude modemski prenos, Ethernet, ISDN, X.25, itd.
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
319
P \ ■ * 1 1 - *9 4 „ ““ 4 • ee oGo 4. - ; — о mj
Sl. 16a- DARC koder
Četvrti element predstavlja oprema predajnika (koderi) [4] koja ima više funkcija. To su funkcija mrežne komuni-kacije; funkcija komunikacije sa NWS ili sa lokalnim izvorom podataka; funkcija multipleksiranja sa različitih izvora podataka (NWS, lokalni izvori) na nivou 4. sloja i funkcija demultipleksiranja poru-ka 4. sloja na poruke 3. sloja; funkcija kodiranja i modulacije DARC nosioca na FM radio-difuznom predajniku; funkcija kontrole i monitoringa opreme predajni-ka i emitovanog signala.
Na slikama 16a i 16b prikazan je je-dan tip DARC kodera i FM radio-difu-znog predajnika. Koderi najčešće imaju
RS232, BNC i Ethernet priključke, preko kojih se vrši dotur poruka za DARC i programiranje i upravljanje radom.
Peti element su korisnički prijem-nici. Mogu se realizovati na više nači-na, bilo da su namjenski razvijeni ili da se vrši dogradnja postojećih prijemnika sa DARC dekoderom. U oba slučaja postoje priključci (RS232 ili PCMCIA) preko kojih se prijemnici povezuju sa spoljnim terminalnim uređajem. Kao terminal mogu da služe razne varijante računara (stone, mobilne, prenosne), GPS prijemnici, kontroleri, itd. Na slici 17 prikazane su neke varijante kori-sničkih prijemnika.
DARC KODER -MODULATOR
POBUDNI STEPEN - EKSAJTER
IZLAZNI STEPEN - POJAČALO SNAGE
Sl. 16b - DARC koder i FM predajnik
320
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
Sl. 17 - Varijante FMprijemnika sa DARC dekoderom
Funkcije kontrole pristupa DARC
mreži
Ovako složena i široko rasprostra-njena mreža mora da posjeduje odgova-rajući sistem kontrole pristupa radi spre-čavanja neautorizovanog korištenja ili degradacije sistema. Kontrola pristupa vrši se kroz tri funkcije: zaštitu informa-cije, kontrolu ovlaštenja i upravljanje ovlaštenjem.
Prva funkcija primjenjuje se na kori-sni (informacijski) dio poruka DARC ser-visa. U ovom slučaju koristi se tehnika skremblovanja. Moguća su tri režima rada:
1. Neskremblovani režim omoguća-va korištenje servisa svima koji imaju adekvatnu standardizovanu opremu.
2. Skremblovani režim sa unaprijed specificiranom kontrolnom riječi (CW -Control Word) koja je stalno instalisana u prijemniku.
3. Skremblovani režim sa kontrolnom riječi (CW) koja se redovno mije-nja. U ovom slučaju kontrolna riječ se ši-fruje i šalje u prijemnik putem poruke kontrole ovlaštenja.
Prvi režim rada najčešće je zastu-pljen, jer predviđa slobodno korištenje servisa i korisnici nisu autorizovani. Dru-ga dva režima su restriktivnija, jer pred-viđaju autorizaciju korisnika i selektivno korištenje servisa. Sam postupak skrem-
blovanja vrši se tehnikom sabiranja po modulu 2 bita korisne informacije sa pse-udoslučajnom binarnom sekvencom (PRBS - Pseudo-Random Binary Sequence). Generator pseudoslučajne binarne sekvence definisan je u standardu ETS300174. Skremblovanje se ne odnosi na redundantni dio poruke (zaglavlje, preambula, paritet, CRC, itd.).
Druga funkcija - kontrola ovlaštenja sastoji se od emitovanja uslova za pristup servisu primjenom šifrovane zaštitne rije-či, preko koje autorizovani prijemnik mo-že vršiti deskremblovanje korisne poruke.
Treća funkcija - upravljanje ovlašte-njem sastoji se u distribuciji pretplatničkih ovlaštenja. Ona mogu da budu po temama ili klasama, po plaćenom iznosu ili impul-su za odgovarajući program, po servisu ili zakupljenom vremenu, itd. Složenija rje-šenja predviđaju korištenje pametnih (smart) kartica na korisničkoj strani.
Primjena DARC servisa
Primjena DARC servisa zasniva se na sledećim prednostima: koristi se posto-jeći FM radio-difuzni sistem; gotovo sto-postotno višestruko pokrivanje nacionalne teritorije radio-difuznim signalom, a time i DARC servisom; mala finansijska ula-ganja i visok odnos efikasnost/cijena; br-zina prenosa informacije zodovoljava ve-
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
321
ćinu primjena koje se odvijaju u realnom vremenu; mobilnost korisnika; pasivan prijem (simpleksni prenos); odvojena i ra-znovrsna distributivna mreža; gotovo ide-alan servis za sve vrste simpleksnog pre-nosa; otvorenost standarda.
Navedene prednosti pružaju razno-vrsnu primjenu DARC servisa, koje se generalno mogu razvrstati u tri grupe:
- primjena DARC-a u funkciji po-drške FM radio-difuziji;
- komercijalna primjena DARC-a;
- specifične primjene DARC-a.
Ova poslednja grupa odnosi se, pored ostalog, i na segment vojne primjene. U tom segmentu posebno su značajne sledeće aplikacije [5]:
- primjena DARC-a za diferencijal-ni GPS (DGPS/RTK);
- primjena DARC-a za prenos in-formacij a VOJIN-a;
- primjena DARC-a za prenos tač-nog sistemskog vremena;
- primjena DARC-a za prenos me-teoroloških podataka;
- primjena DARC-a za prenos krat-kih poruka i elektronske pošte, itd.
Interesantan primjer primjene za vojne svrhe predstavlja sistem LuLIS (Šved-ska) [6], [7]. To je informacioni sistem VOJIN-a za rano uzbunjivanje, koji pokri-va teritoriju Švedske i drugih zemalja. Ovaj sistem prezentira trenutnu situaciju u vazdušnom prostoru i daje prethodna oba-vještenja za sve korisnike na bilo kom di-jelu teritorije ili vazdušnog prostora. Pored toga, daje informacije o tragovima;
podatke o zabranjenim zonama i svim ko-ridorima leta; zone za PVO jedinice i ko-rekciju za DGPS/RTK. Sve informacije su zaštićene i prenose se u realnom vre-menu. Sistem šalje tekstualne poruke, a sistemsko vrijeme je visoke tačnosti.
Odlika ovog sistema je: gotovo tre-nutna reakcija na promjene u vazdušnoj situaciji (malo kašnjenje toka informacije od izvora do korisnika); mobilnost kori-snika; velika fleksibilnost; otpornost sistema na ED; krajnji korisnici su radio--pasivni, itd.
Zaključak
Performanse DARC servisa konven-cionalne FM radio-difuzije omogućavaju vrlo široku primjenu, kako u civilnom, tako i u vojnom domenu. Osnovna pred-nost ogleda se u korištenju postojećih FM radio-difuznih mreža, punom prekri-vanju teritorije, jednostavnosti, fleksibil-nosti, niskoj cijeni ulaganja, zadovolja-vajućoj brzini i kvalitetu prenosa infor-macija, mobilnosti prijema i radio-pasiv-nosti korisnika.
Literatura:
[1] ETSI EN 300751 V1.2.1 (2002-09) Radio broadcasting Systems; DAta Radio Chanel (DARC).
[2] Roland Andersson: The possibilities of using DARC/ /SWIFT for datacasting, MIRS 1998.
[3] www.darc-forum.com/system.htm
[4] www.audemat-aytec.com;
[5] KP-32/99 - ppuk. Mladen Manjak, Primjena radio-difuzne mreže SRJ za prenos podataka od interesa za VJ.
[6] www.axentia.se
[7] www.sectra.se
322
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 3/2006.
