Разработка расчетной модели радиотрассы систем дальнемагистральной связи декаметрового диапазона для анализа параметров ионосферного канала

Актуальность. В системах дальнемагистральной связи декаметрового (ДКМ) диапазона на количество битовых ошибок одновременно влияют два ключевых фактора: соотношение сигнал / шум и степень фазовых искажений, вызванных доплеровским сдвигом, возникающим из-за случайного движения неоднородностей ионосферы. Проблема повышения помехоустойчивости таких систем осложняется тем, что даже при высоком уровне сигнала на входе демодулятора прием может затрудняться фазовыми искажениями, которые приводят к резкому увеличению количества битовых ошибок и ухудшению коэффициента BER. Несмотря на достаточное число классических работ, проблема повышения помехоустойчивости современных отечественных систем ДКМ радиосвязи в заданных сценариях функционирования с использованием современных методов и средств цифровой обработки сигналов остается актуальной и востребованной.

Объектом исследования являются современные отечественные системы ДКМ радиосвязи, которые зачастую демонстрируют известные недостатки, включая низкую адаптивность к изменениям в ионосфере и проблемы с интерференцией сигналов. Например, система Р-016 имеет ограничения по диапазону частот, что делает ее менее эффективной в условиях варьирования ионосферных характеристик, которые влияют на уровень сигналов. Прототипы также могут иметь проблемы с обработкой сигналов, что приводит к возникновению битовых ошибок до 10^-3 даже при отсутствии заметных помех.

Предметом исследования являются модели и методы функционирования радиолиний ДКМ радиосвязи.

Задачей исследования является оценка влияния различных факторов, таких как изменение длины преамбулы и использование адаптивных фильтров, на помехоустойчивость системы. Анализ полученных результатов показывает, что увеличение длины преамбулы в таких системах способствует повышению помехоустойчивости дальнемагистральной связи. Научная новизна заключается в усовершенствовании существующих расчетных моделей радиотрасс в ДКМ диапазоне путем применения комплекса параметров, включающего задаваемое для данного сеанса связи отношение сигнал / шум в радиолинии и для повышения точности расчета напряженности поля в точке приема, пересчитанные значения критических частот по прогнозам концентрации электронов, а также доплеровский сдвиг для каждого слоя ионосферы. Практическая значимость результата заключается в повышении помехоустойчивости существующих систем ДКМ радиосвязи в ионосферных условиях распространения.

1. Скляр Б. Цифровая связь. М.: Издательский дом Вильямс, 2003. 1104 с.

2. Качнов А.И., Пенкин А.А, Рыбаков А.И. Разработка мобильной системы информационного обеспечения с использованием каналов метеорной связи // V Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфокоммуникаций в науке и образовании» (Санкт-Петербург, Российская Феде-рация, 10–11 марта 2016 г.). СПб.: СПбГУТ, 2016. С. 177‒181. EDN:WZIKIL

3. Воробьев О.В., Рыбаков А.И. Вариант реализации двунаправленной связи в системе метеорной связи. Описание программно-аппаратного комплекса СМС // VI Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфокоммуникаций в науке и образовании» (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 01–02 марта 2017 г.). СПб.: СПбГУТ, 2017. С. 128‒133. EDN:ZECEUT

4. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: Сов. Радио, 1972. 464 с.

5. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1975, 280 с.

6. Мартышевская Д.А., Полушин П.А. Моделирование сверточного метода обработки сигналов при межсимвольной интерференции // XXI Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (СТТ-2015, Томск, Российская Федерация, 5‒9 октября 2015 г.). Томск: ТПУ, 2015. C. 43‒45.

7. Попов Н.А., Пятаков А.И. Расчет территориального распределения уровней сигнала на многоскачковых радио-трассах от КВ передатчика средней мощности с антенной “Ромб” // Автоматизация процессов управления. 2009. № 15. С. 65‒73. EDN:KHPEFN

8. Нарышкин Е.М., Серков В.П. Волновая служба и антенные устройства. Ч. 1. Теория электромагнитного поля и распространение радиоволн. М.: Воениздат, 1982. 288 с.

9. Hunt B.T., Haab D.B., Sego T.C., Holschuh T.V., Moradi H., Farhang-Boroujeny B. Hunt Examining the Performance of MIL-STD-188-110D Waveform 0 Against FBMC-SS Over Skywave HF Channels // IEEE Transactions on Vehicular Technolo-gy. 2022. Vol. 71. Iss. 11. PP. 11637‒11649. DOI:10.1109/TVT.2022.3189762

10. Zhang Z., Jin Z., Li Y., Song G., Wang Y. Multi-Stage Receiver of MIL-STD-188-110D Waveform 0 for High-Frequency Communication // IEEE Communications Letters. 2024. Vol. 28. Iss. 5. PP. 1166‒1170. DOI:10.1109/LCOMM.2024.3375601

11. Самойлов А.Г., Сидоренко А.А. Применения кодов РС в каскаде с двоичными кодами с целью повышения эффективности борьбы с независимыми ошибками // Проектирование и технология электронных средств. 2014. № 3. С. 2‒7.

12. Сидоренко А.А. Адаптивное помехоустойчивое кодирование // Материалы X международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации». Владимир, Суздаль, 2013. Т. 1. С. 152‒154.

13. Валиуллин Д.Р., Захаров П.Н. Экспериментальные исследования эквалайзера на основе нейронных сетей с обучением в многолучевом радиоканале // Журнал радиоэлектроники. 2017. № 12. С. 4. EDN:YNSPDZ

14. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетики. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 829 с.

15. Зюко А.Г., Фалько А.И., Панфилов И.П. и др. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. М.: Радио и связь, 1985. 271 с.

16. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. Теория электрической связи. М.: Радио и связь, 1999. 432 с.

17. Блейхут Р.Э. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. Пер. с англ. М.: Мир, 1986. 576 с.

18. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. Пер. с англ. М.: Мир, 1987.

19. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 2000.

20. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 2001. 518 с.