ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2024, № 12 · РАДИОТЕХНИКА

Методика оценки влияния диффузности ионосферы и выбора рабочей частоты на помехоустойчивость коротковолновой связи

В.П. Пашинцев1, Д.А. Белоконь1, В.А. Цимбал2, С.А. Коваль3, А.Д. Скорик1

1 Северо-Кавказский федеральный университет, Ставрополь, Россия
2 Военная академия ракетных войск стратегического назначения (филиал в г. Серпухов, Московской области), Серпухов
3 Краснодарское высшее военное училище имени генерала армии С. М. Штеменко, Краснодар, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2024.12.2 УДК 621.396 EDN BMORYF

Аннотация

Известно, что помехоустойчивость коротковолновых каналов связи с одним дискретным лучом (модой) зависит от глубины замираний принимаемых сигналов. Последняя, в свою очередь, зависит от диффузности ионосферы и выбора рабочей частоты волны. В одномодовом коротковолновом канале связи замирания сигнала обычно описываются распределением Райса. Известна методика оценки параметра райсовских замираний в одномодовом коротковолновом канале от выбора рабочей частоты. Однако ее целесообразно развить в направлении определения зависимости параметра Райса от отношения рабочей частоты к максимально применимой частоте и уровня диффузности ионосферы. Целью статьи является разработка методики оценки вероятности ошибочного приема сигналов c бинарной ортогональной частотной модуляцией в одномодовом коротковолновом канале связи в зависимости от уровня диффузности ионосферы и выбора отношения рабочей частоты волны к максимально применимой частоте. Данная методика разработана в 2 этапа: 1) определения зависимости параметра Райса от отношения рабочей частоты к максимально применимой и уровня диффузности ионосферы; 2) определения зависимости вероятности ошибочного приема сигналов от отношения рабочей частоты к максимально применимой частоте и уровня диффузности ионосферы. Установлено, что при сильной диффузности ионосферы замирания в одномодовом коротковолновом канале связи в диапазоне отношений рабочих частот к максимально применимой частоте от 1 до 0,4 будут близкими к релеевским, а при нормальном уровне диффузности значение параметра Райса может изменятся в широких пределах: от 0,2 до 100. Получены аналитические выражения для определения зависимости вероятности ошибочного приема сигналов с бинарной ортогональной частотной модуляцией от отношения рабочей частоты к максимально применимой частоте и уровня диффузности ионосферы. Проанализировано влияние возрастания диффузности ионосферы при ее возмущениях на величину допустимого для обеспечения требуемой вероятности ошибки отношения сигнал/шум на входе приемника при различном отношении рабочей частоты к максимально применимой частоте. На этой основе разработаны рекомендации по выбору отношения рабочей частоты к максимально применимой частоте, которые обеспечивают снижение допустимого отношения сигнал/шум на входе приемника при различных уровнях диффузности ионосферы.

  • однолучевый коротковолновый канал связи
  • бинарная ортогональная частотная модуляция
  • ионосфера
  • диффузность
  • замирания
  • параметр Райса
  • помехоустойчивость
Abstract (in English)

Methodology for assessing the effect of ionospheric diffusivity and the choice of operating frequency on the noise immunity of shortwave communications

It is known that the noise immunity of shortwave communication channels with one discrete beam (mode) depends on the fading depth of the received signals. The latter, in turn, depends on the ionosphere diffuseness and the choice of the operating frequency of the wave. In a single-mode shortwave communication channel, signal fading is usually described by the Rician distribution. A technique is known for estimating the Rician fading parameter in a single-mode shortwave channel from the choice of the operating frequency. However, it is advisable to develop it in the direction of determining the dependence of the Rician parameter on the ratio of the operating frequency to the maximum usable frequency and the level of ionospheric diffuseness. The objective of the paper is to develop a technique for estimating the probability of erroneous reception of signals with binary orthogonal frequency modulation in a single-mode shortwave communication channel depending on the level of ionospheric diffuseness and the choice of the ratio of the operating frequency of the wave to the maximum usable frequency. This technique is developed in 2 stages: 1) determining the dependence of the Rician parameter on the ratio of the operating frequency to the maximum usable frequency and the level of ionospheric diffuseness; 2) determining the dependence of the probability of erroneous signal reception on the ratio of the operating frequency to the maximum usable frequency and the ionospheric diffuseness level. It was found that with a strong ionospheric diffuseness, fading in a single-mode shortwave communication channel in the range of operating frequency to maximum usable frequency ratios from 1 to 0.4 will be close to the Rayleigh fading, and with a normal diffuseness level, the Rice parameter value can vary within a wide range: from 0.2 to 100. Analytical expressions were obtained for determining the dependence of the probability of erroneous signal reception with binary orthogonal frequency modulation on the ratio of the operating frequency to the maximum usable frequency and the ionospheric diffuseness level. The effect of an increase in the ionospheric diffuseness during its disturbances on the value of the signal-to-noise ratio at the receiver input permissible for ensuring the required error probability was analyzed for different operating frequency to maximum usable frequency ratios. On this basis, recommendations have been developed for selecting the ratio of the operating frequency to the maximum usable frequency, which ensure a reduction in the permissible signal-to-noise ratio at the receiver input at different levels of ionospheric diffuseness.

Для цитирования

Пашинцев В.П., Белоконь Д.А., Цимбал В.А., Коваль С.А., Скорик А.Д. Методика оценки влияния диффузности ионосферы и выбора рабочей частоты на помехоустойчивость коротковолновой связи // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.12.2

Литература

  1. Березовский В.А., Дулькейт И.В., Савицкий О.К. Современная декаметровая радиосвязь: оборудование, системы и комплексы. М., Радиотехника, 2011. 444 с.
  2. Чернов Ю.А. Специальные вопросы распространения радиоволн в сетях связи и радиовещания. М., Техносфера. 2018. 688 с.
  3. Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. М., Связь. 1971.
  4. Черенкова Л.Е., Чернышов О.В. Распространение радиоволн. М., Радио и связь, 1984. 272 с.
  5. Хмельницкий Е.А. Оценка реальной помехоустойчивости приема сигналов в КВ диапазоне. М., Связь, 1975. 232 с.
  6. Фабрицио Д.А. Высокочастотный загоризонтный радар: основополагающие принципы, обработка сигналов и практическое применение. М., Техносфера. 2018. 936 с.
  7. Кирилов Н.Е. Помехоустойчивая передача сообщений по линейным каналам со случайно изменяющимися параметрами. М., Сов. Радио. 1971. 256 с.
  8. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М., Сов. Радио. 1970, 728 с.
  9. Жуков Г.А., Будко П.А. Широкополосные и узкополосные сигналы в радиолиниях декаметрового диапазона волн. Морская радиоэлектроника. 2020. № 2. С. 32-37.
  10. Жуков Г.А., Будко П.А., Дяченко А.Н. Повышение скорости обмена данными в направлениях "берег-море-берег" по радиотрактам декаметрового диапазона волн. Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 2. С. 147-174. https://doi.org/10.24412/2410-9916-2023-2-147-174
  11. Орощук И.М., Сучков А.Н., Кадочников М.И. Формирование однолучевых декаметровых каналов связи с помощью цифровых антенных решеток, размещенных на естественных склонах. Журнал радиоэлектроники. 2023. № 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.9.12
  12. Орощук И.М., Гуреев И.Е, Сучков А.Н., Соловьев М.В. Результаты исследования пространственно-корреляционных характеристик однолучевого ионосферного декаметрового канала связи. Морские интеллектуальные технологии. 2020. № 1. Том 2. С. 145-150.
  13. Военные системы радиосвязи. Часть 1 / Под ред. В.В. Игнатова. - Л.: ВАС, 1989. - 386 с.
  14. Кловский Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. М., Радио и связь. 1982. 304 с.
  15. Barnes R.I. Spread - Es structure producing apparent small scale structure in the F - region. Journal pf Atmospheric and Terrestrial Physics. Vol. 54 (3-4). 1992. P. 373-389.
  16. Sklar B. Digital communications: fundamentals and applications. Pearson. 2021. 1104 p.
  17. Simon K., Alouini M.S. Digital Communication over Fading Channels: A Unified Approach to Performance Analysis. New York. John Wiley&Sons. 2000. 544 p.
  18. Красовский В.Н., Первышин Ю.И., Слюсарев П.В., Филлипов В.В., Хомский Е.В., Электромагнитная доступность радиоизлучений и антенные устройства. Л., ВАС. 1984. 204 с.
  19. Слюсарев П.В. Электромагнитная доступность радиоизлучений и антенные устройства. Л., ВАС. 1978. 108 с.
  20. Руководство по организации ионосферно-волновой и частотно-диспетчерской службы на узлах связи Вооруженных сил СССР. М., Военное издательство. 1990. 96 с.
  21. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П., Павельев А.Г. Распространение радиоволн. М., ЛЕНАНД, 2009, 496 с.
  22. Yeh K.H., Liu C-H. Radio Wave Scintillations in the Ionosphere. Proceedings of the IEEE. Vol. 70. No. 4. April 1982. P. 324-360. https://doi.org/10.1109/proc.1982.12313
  23. Пашинцев В.П., Омельчук А.В., Коваль С.А., Галушко Ю.И. Метод определения величины интенсивности неоднородностей по данным ионосферного зондирования. Двойные технологии, 2009, №1, с. 38-41.
  24. Способ определения величины интенсивности неоднородностей ионосферы по данным вертикального зондирования // Патент РФ на изобретение №2403592 от 10.11.2010. Бюл. № 31. Галушко Ю.И., Коваль С.А., Сенокосов А.В., Грибанов Е.В.
  25. Пашинцев В.П., Коваль С.А., Стрекозов В.И., Бессмертный М.Ю. Обнаружение искусственных ионосферных образований с помощью спутниковых радионавигационных систем. Теория и техника радиосвязи. 2013. №1. C.112-117.
  26. Устройство двухчастотного измерения интенсивности неоднородностей ионосферы // Патент РФ на полезную модель №108150 от 10.09.2011. Бюл. №25. Грибанов Е.В., Цимбал В.А., Шиманов С.Н., Порсев А.В., Потягов Д.А., Сенокосова А.В., Бибарсов М.Р., Белов А.Д., Коваль С.А., Коротков С.Ю.
  27. Пашинцев В.П., Тишкин С.А., Иванников А.И., Боровлев И.И. Расчет параметра глубины замираний в однолучевой декаметровой радиолинии. Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2001. Tом 44. № 12. C. 57-65.
  28. Пашинцев В. П., Белоконь Д. А., Коваль С. А., Скорик А. Д., Методика оценки надежности связи в коротковолновой радиолинии с райсовскими замираниями с учетом диффузности ионосферы. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2022. Tом 25. № 6. C. 22-39. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-6-22-39
  29. Пашинцев В.П., Скорик А.Д., Коваль С.А., Киселев Д.П., Сенокосов М.А. Зависимость надежности связи в декаметровой радиолинии от выбора рабочей частоты с учетом сигнально-помеховой обстановки и диффузности ионосферы. Системы управления, связи и безопасности. 2019. № 4. С. 300-322. https://doi.org/10.24411/2410-9916-2019-10412
  30. Bilitza D., Altadill D., Truhlik V., Shubin V., Galkin I., Reinisch B., Huang, X.International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions. Space weather. 2017. Vol. 15, P. 418-429. https://doi.org/10.1002/2016SW00159