ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 6
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.1
УДК 621.391.01
АЛГОРИТМЫ КОМПЕНСАЦИИ ИСКАЖЕНИЙ СИГНАЛОВ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ПО СПУТНИКОВЫМ ИОНОСФЕРНЫМ РАДИОЛИНИЯМ
В. В. Батанов 1, Л. Е. Назаров 1,2
1 Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф. Решетнева, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
2 Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, 141190, Фрязино Московской обл., пл. Введенского, 1
Статья поступила в редакцию 1 июня 2021 г.
Аннотация. Даны модельные описания искажений комплексных огибающих цифровых сигналов при их распространении по спутниковым ионосферным радиолиниям, действие которых эквивалентно линейной фильтрации с комплексным коэффициентом передачи. Искажения фазо-частотных характеристик огибающих цифровых сигналов за счет дисперсионных свойств ионосферы обусловливают временное рассеяние и возникновение интерференционных межсимвольных помех, которые снижают надежность связи. Это определяет актуальность разработки вычислительных процедур обработки цифровых сигналов, снижающих эффективность действия данного типа помех, характерным свойством которых является линейная зависимость их мощности от мощности информационных сигналов. В статье приведено описание алгоритмов компенсации данных искажений на основе использования широкополосных пилот-сигналов и формирования обратного фильтра. Полезным свойством рассматриваемых пилот-сигналов является совпадение их структуры (частотной полосы, вида огибающей, закона манипуляции) со структурой информационных цифровых сигналов, а также функционирование рассматриваемых алгоритмов компенсации при априорной неопределенности относительно геометрии радиолинии, в частности, относительно полного электронного содержания и зенитного угла радиолинии. Путем компьютерного моделирования показана возможность практически полной компенсации искажений цифровых широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией и достижения вероятностных характеристик правильного приема, близких к характеристикам правильного приема сигналов при их распространении в свободном пространстве.
Ключевые слова: ионосфера, сигналы, искажения сигналов, компенсация искажений, вероятность ошибочного приема.
Abstract. Methods for describing of digital signal complex envelope distortions due to influence of satellite ionosphere radiolines based on linear filtering methods are presented. Distortions of the phase-frequency characteristics of the digital signal envelopes due to the dispersion properties of the ionosphere cause time scattering and the occurrence of intersymbol interference, which reduce the reliability of communication. This determines the relevance of the development of the computational procedure for processing digital signals that reduce the effectiveness of this type of interferences. The descriptions of the algorithms for compensation of these distortions based on the use of the broadband pilot-signals and the formation of an inverse linear filter are given. A useful property of the considered pilot-signals is the coincidence of their structure (frequency band, envelope type, manipulation law) with the structure of information digital signals. By means of computer simulations of this algorithms, the possibility of almost complete compensation of the considered distortions of wideband signals is shown.
Key words: ionosphere channels, broadband signals, signal distortions, algorithm, error-performances.
Литература
1. Колосов М.А., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. Москва, Связь. 1969. 156 с.
2. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. Москва, Гос. Издательство по вопросам связи и радио. 1960. 392 с.
3. Иванов Д.В., Иванов В.А., Михеева Н.Н., Рябов Н.В., Рябова М.И. Распространение коротковолновых сигналов с расширенным спектром в среде с нелинейной дисперсией. Радиотехника и электроника. 2015. Т.60. №11. С.1167-1177.
4. Гуляев Ю.В., Стрелков Г.М. Распространение сверхширокополосного радиоимпульса в холодной плазме. Доклады Академии наук. 2006. Т.408. №6. С.754-757.
5. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. Москва, Наука. 1960. 552 с.
6. Кутуза Б.Г., Мошков А. В., Пожидаев В. Н. Комбинированный метод, который устраняет влияние ионосферы при обработке сигналов бортовых радиолокаторов Р-диапазона с синтезированной апертурой. Радиотехника и электроника. 2015. Т.60. №9. С.889-895.
7. Арманд Н.А. Распространение широкополосных сигналов в дисперсионных средах. Радиотехника и электроника. 2003. Т.48. №9. С.1045-1057.
8. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Анализ искажений радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям передачи спутниковых систем связи. Электромагнитные волны и электронные системы. 2016. Т.21. №5. С.37-45.
9. Назаров Л.Е., Батанов В.В., Данилович Н.И. Анализ искажений сигналов с фазовой манипуляцией при распространении по ионосферным спутниковым линиям передачи. Антенны. 2017. №12. С.17-24.
10. Назаров Л.Е., Батанов В.В., Зудилин А.С. Искажения радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям спутниковых систем связи. Журнал радиоэлектроники. 2016. №2. URL: http://jre.cplire.ru/jre/feb16/1/text.pdf.
11. Dvorak S.L., Dudley D.G. Propagation of Ultrawideband Electromagnetic Pulses Through Dispersive Media. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 1995. Vol.37. No.2. Р.192-200.
12. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П. и др. Распространение радиоволн. Москва, ЛЕНАНД. 2009. 496 с.
13. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. Москва, Мир. 1973. 502 с.
14. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Кирьянова К.С. Метод расширенной бихарактеристической системы при моделировании распространения радиоволн в ионосферной плазме. Радиотехника и электроника. 2012. Т.57. №9. С.1028-1034.
15. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Москва, Издательский дом “Вильямс”. 2003. 1104 c.
16. Батанов В.В., Назаров Л.Е. Алгоритм приема широкополосных сигналов при распространении по трансионосферным линиям. Физические основы приборостроения. 2020. Т.9. № 4(38). С.24–29. https://doi.org/10.25210/jfop-2004-024029.
17. Bilitza D., McKinnell L.-A., Reinisch B., Fuller-Rowell T. The International Reference Ionosphere (IRI) today and in the future. Journal of Geodesy. 2011. Vol.85. Р.909-920.
18. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Вероятностные характеристики обнаружения радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям передачи спутниковых систем связи. Радиотехника и электроника. 2017. Т.62. №9. С.866-874.
Для цитирования:
Батанов В.В., Назаров Л.Е. Алгоритмы компенсации искажений сигналов при распространении по спутниковым ионосферным радиолиниям. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.1