Д.В. Иванов1, В.А. Иванов2, В.В. Овчинников3

1–3 Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола, Россия)

1 IvanovDV@volgatech.net, 2 IvanovVA@volgatech.net, 3 OvchinnikovVV@volgatech.net

Постановка проблемы. Расширение полосы частот радиоканала открывает новые возможности для повышения энергетической, структурной скрытности и помехоустойчивости систем коротковолновой (КВ) связи. На сегодняшний день возможности КВ-связи существенно возросли благодаря широкому применению IT-технологий и средств сенсорной диагностики каналов. Выполнены исследования по преодолению негативного влияния внутримодовой дисперсии групповой задержки с применением методов деконволюции и эквалайзирования. В статье высказана гипотеза, что положительного результата при расширении полосы частот можно достичь, используя КВ-радиоканалы, содержащие область смены вида дисперсии. Проверка данной гипотезы требует проведения исследований физического эффекта смены вида внутримодовой дисперсии групповой задержки с учетом основных геофизических факторов.

Цель. Исследовать возможности использования физического эффекта смены вида внутримодовой дисперсии для существенного расширения полосы частот неискажённой передачи систем КВ-связи.

Результаты. Установлено, что в диапазоне частот, где происходит смена вида дисперсии на среднеширотных трассах предельная полоса связных сигналов может быть увеличена в среднем в 2,5–25 раз по сравнению с каналами на иных рабочих частотах. Показано, что для подтверждения высказанной гипотезы развита математическая модель дисперсии групповой задержки в окрестности точки смены ее вида в условиях двухслойной (E и F) ионосферы. Для этого использована международная модель ионосферы типа IRI с данными за 2020 г. В результате проведенных численных экспериментов с учетом геофизических условий получены критерии смены вида внутримодовой дисперсии для моды 1F2 на трассах протяженностью 500–3500 км. Анализ результатов доступности каналов по заданной предельной полосе показал, что на квазизенитных трассах (Near Vertical Incidence Skywave – NVIS) обеспечивается полоса неискажённой передачи до 200 кГц с доступностью 0,9–1 в течение суток. Для дальних трасс, протяжённостью до 3500 км, полоса неискажённой передачи может достигать значений 900 кГц с доступностью 0,8–1.

Практическая значимость. Результаты исследования могут способствовать разработке новых современных ионосферных широкополосных радиотехнических систем КВ-связи, альтернативных спутниковой и тропосферной, благодаря использованию сигналов с расширенным спектром, которые обеспечивают повышенную помехоустойчивость и скрытность КВ-систем.

Иванов Д.В., Иванов В.А., Овчинников В.В. Возможность существенного расширения полосы неискажённой передачи коротковолновой связи при использовании физического эффекта смены вида внутримодовой дисперсии групповой задержки // Электромагнитные волны и электронные системы. 2023. Т. 28. № 5. С. 49−60. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202305-06

1. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Овчинников В.В. Новые возможности систем широкополосной когнитивной связи, работающих в ионосферных КВ-радиоканалах с внутримодовой дисперсией // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 11. С. 162−177. DOI 10.18127/j00338486-202211-23.
2. Ovchinnikov V.V., Ivanov D.V. Correction for dispersion distortions of frequency response of wideband HF radio channel with the use of the deconvolution method // XXXIIIrd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science. Rome, Italy. 2020. Р. 1–4. DOI 10.23919/URSIGASS49373.2020.9232379.
3. Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ryabova N.V., Ovchinnikov V.V. Actualization of Parameters of Adaptive SDR-equalizer of Wideband HF Radio Channels to Effectively Correct for Frequency Intramode Dispersion // Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications. Kaliningrad, Russia. 2021. Р. 1–4. DOI 10.1109/SYNCHROINFO51390.2021.9488362.
4. Аджемов С.С., Лобов Е.М., Кандауров Н.А., Лобова Е.О., Липаткин В.И. Алгоритмы оценки и компенсации дисперсионных искажений широкополосных сигналов ионосферных радиолиний связи // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2021. Т. 13. № 5. С. 57–74. DOI 10.36724/2409-5419-2021-13-5-57-74.
5. Иванов Д.В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекцииих дисперсионных искажений: монография. Йошкар-Ола: МарГТУ. 2006. 266 с.
6. Арманд П.А. Распространение широкополосных сигналов в дисперсионных средах // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. № 9. С. 1045–1057.
7. Dhar S., Perry B.D. Equalized Megahertz-Bandwidth HF Channels for Spread Spectrum Communications // IEEE Military Communications Conference – Progress in Spread Spectrum Communications. Boston, MA, USA. 1982. P. 29.5.1–29.5.5. DOI 10.1109/MILCOM.1982.4805973.
8. Salous S., Khadra L. Measuring the coherence of wideband dispersive channels // Electronics & Communication Engineering Journal. 1989. V. 1. № 5. P. 205–209. DOI 10.1049/ecej:19890042.
9. Belknap D.J., Haggarty R.D., Perry B.D. Adaptive Signal Processing for Ionospheric Distortion Correction // International Scientific Radio Union. The American Meteorological Society Northeastern University. Besten, Massachusetts 1968. P. 66.
10. Perry B.D. Real-Time Correction of Wideband Oblique HF Paths. Defense Technical Information Center. 1970. 43 p.
11. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. Пер. с англ. И.В. Ковалевского и А.П. Кропоткина / Под ред. А.А. Корчака. М.: Мир. 1973. 502 с.
12. Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ryabova N.V., Ovchinnikov V.V. Studying the Effect of Chirping of the Impulse Response of an Ultra-wideband Ionospheric HF Channel under the Influence of Intramode Frequency Dispersion // Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). Arkhangelsk, Russian Federation. 2022. P. 1–5. DOI 10.1109/SYNCHROINFO55067.2022.9840991.
13. Huang X., Reinisch B.W. Multiple quasi-parabolic presentation of the IRI profile // Advances in Space Research. 2000. V. 25. № 1. P. 129–132. DOI 10.1016/S0273-1177(99)00909-6.
14. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Овчинников В.В. Деконволюция широкополосного КВ-сигнала, искажённого поляризационной и частотной внутримодовой дисперсией // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 1(49). С. 6–19. DOI 10.25686/2306-2819.2021.1.6.