CC BY
94
Секция ««Электронная техника и технологии»
УДК 621.396.24
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО РАДИОСВЯЗИ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ РАДИОВОЛН В НЕСТАЦИОНАРНОЙ ДИСПЕРГИРУЮЩЕЙ АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ
С. П. Селиванова Научный руководитель - В. Г. Сомов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Анализируется модель передачи дискретных сообщений в ионосфере; приводятся способы повышения качественных показателей радиосвязи в КВ диапазоне, с учетом особенностей распространения радиоволн в ионосфере.
Ключевые слова: коротковолновая система связи, замирания, движение отражающего слоя, фокусировка, помехи, отношение сигнал/шум.
ANALYSIS OF FACTORS AFFECTING THE QUALITY OF RADIO PROPAGATION
RADIO WAVES IN THE NON-STATIONARY DISPERSIVE ANISOTROPIC MEDIUM
S. P. Selivanova Scientific supervisor - V. G. Somov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
In this paper some ways ^ for improving the quality indicators in the HF radio band, with considération of features of radio wave propagation in the ionospheric channel are considered.
Keywords: HF communication system, fading movement of the reflective layer, focus, noise, signal / noise radio.
Передача дискретных сообщений по ионосферному каналу в коротковолновом (КВ) диапазоне радиоволн играет важнейшую роль для обеспечения жизнедеятельности государства. В последние годы неоднократно высказывалось мнение о том, что высокоэффективные средства связи вытеснят КВ радиосвязь из общей системы связи. Однако ни в одной стране мира не ставится вопрос о ликвидации КВ радиосвязи. Коротковолновая система связи сохранила свое значение не только как основное средство для подвижных служб низовой связи, но и как важнейшее вспомогательное и резервное средство стационарной сети.
Модель системы передачи дискретных сообщений (см. рисунок), характеризует основные этапы преобразования сигнала, учитывает особенности распространения радиоволн и воздействие активных помех. В рамках дрейфовой модели неоднородностей ионосферы известно, что скорость горизонтального дрейфа в слое F2 составляет порядка V « 100 м/с [1], что приводит к изменению доп-леровского смещения частоты передаваемого сообщения и дальности скачка по Земле. Следует также учесть флуктуации показателя преломления в случае регулярной ионосферной рефракции.
Ширина спектра доплеровских частот излучаемого сигнала изменяется в несколько раз и достигает величины порядка 0,2...0,5 Гц.
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что изменение ширины спектра доп-леровских частот не приведет к искажениям межсимвольной информации и может быть использован для диагностики среды распространения КВ радиоволн при передаче дискретных сообщений.
Характерным для КВ радиоканала является замирание сигнала. В ионосферном канале составляющие сигнала распространяются по нескольким путям. Во-первых, в пункте приема обнаружива-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1
ются лучи, которые распространяются путем многократного или однократного отражения. Во-вторых, сигнал излучается передающей антенной в пределах ширины диаграммы направленности (ДН), следовательно, можно считать, что на ионосферу падает не один луч, а пучок подлучей, которые достигают приемной антенны с различными амплитудами и фазами.
Модель системы передачи дискретных сообщений
В-третьих, к многолучевой интерференции излучения приводит среда распространения с крупномасштабной и мелкомасштабной неоднородными структурами. Многолучевость при высоких скоростях работы и обычных видах манипуляции ограничивает возможности повышения надежности связи путем увеличения мощности передатчика. Если разность хода лучей сравнима с длительностью отдельно взятого элемента, то прием информации осуществляется по лучу, который имеет в данный момент наибольший уровень, а при переходе с одного луча на другой происходит рассинхронизация по циклам, что приводит к потере отдельных знаков сообщения. Многолучевость с большой разностью хода лучей приводит к интерференции элементов сообщения, приходящих в точку приема разными лучами, и сигналы в лучах с меньшим уровнем в этом случае играют роль аддитивных помех.
Кроме интерференционных замираний сигнала, в КВ диапазоне волн имеют место поляризационные замирания [2]. Причиной поляризационных замираний является поворот плоскости поляризации волны при распространении её в анизотропной, неоднородной среде в направлении силовых линий магнитного поля Земли. Поляризационные замирания наблюдаются реже интерференционных в 10...15 % всех случаев, однако их учет при организации связи имеет явно выраженную практическую направленность.
Анализ спектральной структуры загрузки КВ-диапазона свидетельствует о преобладающем воздействии узкополосных помех. Следует отметить, что в коротковолновом диапазоне волн насыщенном сосредоточенными по спектру помехами практически всегда имеются частотные каналы шириной 3...10 Кгц с минимальным или приемлемым относительно некоторого порога уровнем мощности активных помех. Поиск такого рода частотных каналов в условиях нестационарных по мощности и частоте радиотехнических помех может быть обеспечен путем частотной адаптации, предусматривающей непрерывный анализ загрузки заданного диапазона оптимальных рабочих частот (ОРЧ), выбор каналов с минимальным или приемлемым относительно некоторого порога уровнем мощности активных помех.
С другой стороны увеличение отношения сигнал/шум возможно, если использовать фокусирующие свойства ионосферы [3]. На основе анализа экспериментальных работ установлено, что зона формирования отраженного сигнала в ионосфере имеет одновременно и линзовую и мелкомасштабную неоднородную структуру. Показано, что использование эффекта фокусирования радиоволн на границе мертвой зоны позволяет увеличить амплитуду сигнала наклонного зондирования на 5...7 дБ при отражении от ^ области и порядка 4 дБ при отражении от Е слоя. На трассе распространения 3000 км фокусирование на горизонте достигает 8 дБ при угле излучения 9 ^ 0 и не превышает 5 дБ при 9 ~ 10°. Увеличение амплитуды радиоволн в зоне фокуса составляет 10...15 дБ, на неоднородной структуре ионосферы достигает порядка 4.. ,9дБ.
Секция «Электронная техника и технологии»
При некогерентном приеме сообщений вероятность ошибки зависит от отношения сигнал/помеха на входе демодулятора следующим образом:
Рош = 0,5 ехр (-кИ2 / М) при Н2 >> 1, (1)
где М - параметр вида манипуляции (для амплитудной телеграфии); к - коэффициент энергетических потерь, который зависит от качества демодулятора; Н2 - отношение энергии активного элемента сообщения к спектральной плотности мощности шума:
Н2 = А2 /2v2У, (2)
2
где А - амплитуда полезного сигнала; У - скорость манипуляции; V - спектральная плотность мощности шума на входе демодулятора.
Таким образом, повысить достоверность передачи дискретных сообщений возможно, если принять меры к увеличению отношения сигнал/шум. Увеличение отношение сигнал/шум может быть достигнуто слдующее.
1. Повышением мощности радиопередающего устройства (что не всегда целесообразно).
2. Выбором канала с минимальным уровнем помех.
3. Использованием фокусирующих свойств среды распространения.
Разработка адаптивных способов и алгоритмов к изменяющимся условиям распространения радиоволн позволит существенно повысить качество передачи дискретных сообщений по ионосферному каналу.
Библиографические ссылки
1. Исследование неоднородной структуры ионосферы методом наклонного зондирования / В. А. Алимов, Л. М. Ерухимов, В. С. Караванов и др. // ЦИОНТ ПИК ВИНИТИ. № 17. С. 102-110.
2. Грудинская Г. П. Распространение радиоволн. М. : Высш. шк., 1975. 279 с.
3. Сомов В. Г., Тяпкин В. Н., Леусенко В. А., Шайдуров Г. Я. О влиянии нелинейных и фокусирующих свойств ионосферы на качественные показатели радиолокации в декаметровом диапазоне радиоволн // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. № 8. С. 1-10.
© Селиванова С. П., 2015
