ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 9
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.9.14
УДК 621.396.2
Влияние турбулентности тропосферного канала на пропускную способность спутниковых систем связи в условиях Арктики
М. Н. Андрианов 1, Д. А. Корбаков2, В. Н. Пожидаев 2
1 Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, 119991 ГСП-1 Москва, Ленинский проспект, д.53
2 Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Моховая, 11-7
Статья поступила в редакцию 18 сентября 2020 г.
Аннотация: Рассмотрены алгоритмы обеспечения высокой скорости и достоверности передачи данных в условиях логнормальных амплитудных флуктуаций, обусловленных дифракцией Фраунгофера в тропосферном канале спутниковой связи при когерентном методе приема сигналов. Показана возможность высокоскоростной передачи данных с высокой достоверностью в миллиметровом диапазоне радиоволн в условиях Арктики. Отмечено преимущество когерентного приема сигналов миллиметрового диапазона со случайным помехоустойчивым кодом.
Ключевые слова: спутниковая связь, телекоммуникации, распространение радиоволн, миллиметровые волны, Арктика, широкополосный интернет.
Abstract. Algorithms for ensuring the high speed and reliability of data transmission under conditions of lognormal amplitude fluctuations caused by Fraunhofer diffraction in the tropospheric satellite communication channel with a coherent method of receiving signals are in the focus of the paper. It is shown that the use of millimeter(mm) radio waves in satellite communication lines in the Arctic significantly increases the transmission speed due to the increase in the channel frequency band, especially in comparison with communication lines of the decimeter and centimeter ranges. However, fluctuations in the signal amplitude resulting from tropospheric turbulence reduce noise immunity and data transfer rate. These factors determine the following features of the use of mm-range radio waves when organizing satellite communication channels. The advantage of using mm radio waves in the Arctic is the fact that the average probability of rain rate, for example, 33 mm/h will be 0.001%, while in the middle and southern latitudes of the Earth, the more intensive rains are more probable. For example, the rain rate 50 mm/h will result in an attenuation of the radio signal by about 10 dB. Compared to an attenuation of 4.7 dB (33 mm/h), this necessitates an almost double increase in transmitter power. Since the probability of rain intensity (33 m/h) is 0.001%, and rain intensity (2 m/h) is 0.1%, it becomes possible to receive a radio signal with a higher signal-to-noise ratio 90% of the time, which in turn allows a significant time interval to disable error-correcting coding. This increases the flexibility of the satellite communication system, increases its reliability and data transmission speed.
Key words: satellite communications, telecommunications, radiowave propagation, millimeter waves, the Arctic meteorological data.
Литература
1. Андрианов М.Н., Корбаков Д.А., Пожидаев В.Н. Возможные спутниковые линии связи в условиях Арктики. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.8.13
2. Скляр Б. «Цифровая связь» // М.: Вильямс, 2003. – 1104 с.
3. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть II. Случайные поля. – М.: Наука, 1978 – 463 c.
4. Андрианов М.Н. Разработка субоптимальных алгоритмов повышения эффективности систем подвижной радиосвязи. Диссертация на соискание уч. ст. к.т.н. Москва, 2009. С. 69-75;114-117.
5. Andrianov M., Kiselev I. Application of the Mode Intermittent Radiation in Fading Channels. Chapter in the book “Digital Communication”, Publishing house InTech. 2012. P.139-160.
6. Андрианов М.Н., Костенко В.И., Лихачев С.Ф. О повышении спектральной эффективности и пропускной способности в канале передачи данных на линии космический аппарат – наземная станция слежения. // Космические исследования. 2018. Т.56. №1. С.85-92.
7. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. – М.: Наука, 1967. – 548 с.
8. Окунев Ю.Б. Цифровая передача информации фазоманипулированными сигналами // М.: Радио и связь, 1991 – 296 с.
9. Прокис Дж. «Цифровая связь» // М.: Радио и связь, 2000 – 800 с.
10. Kou Y., Linand S., Fossorier M.P.C. Low-Density Parity-Check Codes Based on Finite Geometries: A Rediscovery and New Results // IEEE Trans. On Inform. Theory. 2001. Vol.47. No.7. P.2711-2736.
11. Загорин Г.К., Зражевский А.Ю., Коньков Е.В., Соколов А.В., Титов С.В., Хохлов Г.И., Чёрная Л.Ф. Факторы, влияющие на распространение мм волн в приземном слое атмосферы // Журнал радиоэлектроники. 2001. №7. http://jre.cplire.ru/jre/aug01/9/text.html
12. Носов В.В., Григорьев В.М., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Е.В. Носов, Торгаев А.В. Когерентные структуры в турбулентной атмосфере. Эксперимент и теория // Солнечно-земная физика. 2009. Вып.14. С.97-113.
13. Купер Дж., Макгиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем // М.: Мир, 1989 – 376 с.
Для цитирования:
Андрианов М.Н., Корбаков Д.А., Пожидаев В.Н. Влияние турбулентности тропосферного канала на пропускную способность спутниковых систем связи в условиях Арктики. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.9.14