Д.В. Иванов1, В.А. Иванов2, Н.В. Рябова3, В.В. Овчинников4

1-4 Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола, Россия)

Постановка проблемы. В настоящее время активно развивается широкополосная ионосферная коротковолновая (КВ) радиосвязь, приобретающая новые качества благодаря внедрению IT-технологий и применению современных средств сенсорной диагностики каналов, позволяющих адаптировать системы к изменчивым во времени негативным явлениям в среде распространения радиоволн. Однако при существенном расширении полосы частот таких радиосистем возникают дисперсионные искажения волновых пакетов, резко ухудшающих надежность связи. Вместе с тем преодоление данного негативного эффекта открывает новые возможности для повышения энергетической, структурной скрытности и помехоустойчивости систем. Таким образом, развитие методов и средств преодоления внутримодовых дисперсионных искажений в системах КВ-радио-связи является актуальной проблемой. Для ее решения требуется развитие методов сенсорной диагностики широкополосных ионосферных каналов, интеллектуальной инверсной фильтрации дисперсии с машинным обучением ее модели и подкреплением на основе метода прогнозирования.

Цель. Исследовать возможности увеличения скрытности и помехоустойчивости широкополосной КВ-радиосвязи путем преодоления внутримодовой дисперсии за счет развития методов сенсорной диагностики частотных характеристик изменчивых ионосферных каналов, ее инверсной фильтрации с внедрением IT-технологий.

Результаты. Представлен разработанный уникальный активный сенсор радиоканалов с режимом машинного обучения, позволяющий в реальном времени применить методы интеллектуального анализа экспериментальных данных для ионосферных радиоканалов, а также метод инверсной фильтрации на основе интеллектуальной эквализации, позволяющей преодолевать в адаптивном режиме дисперсионные искажения в широкополосном ионосферном канале. Показана эффективность применения представленного комплекса методов и его новые возможности для систем связи в случае преодоления внутримодовой дисперсии. Экспериментально установлено, что для КВ-каналов с полосой частот 1 МГц в результате инверсной фильтрации длительность импульсной характеристики уменьшилась примерно до 1 мкс, что характерно для случая отсутствия дисперсии. Экспериментально подтверждено, что на среднеширотных трассах протяженностью примерно 2600 км при использовании разработанного комплекса методов в широкополосных радиоканалах с полосой частот до 1 МГц обеспечивается энергетическая скрытность до 35 дБ. Показано, что при модуляции широкополосного сигнала диспергирующей средой его демодуляция в приемнике возможна лишь при использовании разработанного комплекса методов.

Практическая значимость. Результаты исследования будут способствовать достижению новых возможностей для работы современных ионосферных широкополосных радиотехнических систем КВ-связи, обеспечивая их повышенную помехоустойчивость и скрытность. Разработанный комплекс методов преодоления дисперсионных искажений широкополосных волновых пакетов гарантированно обеспечивает функционирование создаваемых систем ионосферной КВ-связи в радиоканалах с достаточно широкой полосой частот, увеличивая тем самым их технические возможности.

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: https://doi.org/10.18127/j00338486-202211-23

1. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Бельгибаев Р.Р. Определение занятости КВ-радиоканалов с полосами 3…24 кГц для повышения эффективности передачи информации // Вестник Поволжского гос. технологического ун-та. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2020. № 3 (47). С. 6-17. DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2819.2020.3.6.
2. Furman W., Nieto J., Koski E. Interference Environment and Wideband Channel Availability // Proc. HF 13. The 10th Nordic Conference on HF Communications. At Fårö. 2013. Р. 4.2.1-4.2.10.
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 // 2021 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). 2021. Р. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/SYNCHROINFO51390.2021.9488362.
4. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Бельгибаев Р.Р., Елсуков А.А., Овчинников В.В. Новые задачи ионосферной КВ-связи. Развитие методик, аппаратурных решений и экспериментальные результаты их исследования // Труды XXVII Всерос. открытой науч. конф. «Распространение радиоволн» (г. Калининград, 28 июня – 03 июля 2021 г.). Калининград: Балтийский федеральный ун-т имени Иммануила Канта. 2021. С. 68-85.
5. Xiao Y., Maywar D.N., Agrawal G.P. New approach to pulse propagation in nonlinear dispersive optical media // Journal of the Optical Society of America B. 2012. V. 29. Р. 2958-2963. DOI: https://doi.org/10.1364/JOSAB.29.002958.
6. Tyson R.K. Principles and Applications of Fourier Optics. IOP Publishing. Bristol, UK. 2014. 116 p.
7. Рябова М.И. ФЧХ широкополосных ионосферных каналов КВ-связи в условиях частотной дисперсии среды // Вестник Поволжского гос. технологического ун-та. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2020. № 1(45). С. 6-17. DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2819.2020.1.6.
8. 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 // 2020 XXXIIIrd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science. 2020. Р. 1-4. DOI: https://doi.org/10.23919/URSIGASS49373.2020.9232379.
9. 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 // 2022 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). 2022. Р. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1109/SYN-CHROINFO55067.2022.9840991.
10. Armand N.A. Propagation of broadband signals in dispersive media // Journal of Communications Technology and Electronics. 2003. V. 48. № 9. Р. 1045-1057.
11. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере: Пер. с англ. М.: Мир. 1973. 502 с.
12. Dhar S., Perry B.D. Equalized Megahertz-Bandwidth HF Channels for Spread Spectrum Communications // Proc. MILCOM 1982. IEEE Military Communications Conference - Progress in Spread Spectrum Communications. Boston, MA, USA. 1982. Р. 29.5-1-29.5-5.
13. Shi S., Yang G., Jiang C., Zhang Y., Zhao Z. Wuhan Ionospheric Oblique Backscattering Sounding System and Its Applications-A Review // Sensors. 2017. V. 17. № 6. Р. 1430. DOI: https://doi.org/10.3390/s17061430.
14. Ivanov V.A., Ivanov D.V., Elsukov A.A., Ovchinnikov V.V., Ryabova N.V., Ryabova M.I. BPSK signal shaping and processing for digital SDR ionosonde // 2018 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2018.
    Р. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1109/SOSG.2018.8350595.
15. Ivanov D.V., Ivanov V.A., Elsukov A.A., Ryabova N.V., Laschevsky A.R. Application of HF OFDM Signal for Multi-Carrier Vertical Ionospheric Sounding // 2019 8th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP). 2019. Р. 9-13. DOI: https://doi.org/10.1109/APCAP47827.2019.9471937.
16. Richard S.S., Andrew G.B. Reinforcement Learning: An Introduction. Second edition (in progress). A Bradford Book. Cambridge, Massachusetts London, England: The MIT Press. 2015. 352 p.
17. Perry B. A new wideband HF technique for MHz-Bandwidth spread-spectrum radio communications // IEEE Communications Magazine. 1983. V. 21. № 6. Р. 28-36.
18. Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ryabova M.I., Ovchinnikov V.V. Adaptive SDR-Equalizer for Frequency Dispersion Correction in Single-Mode Wideband HF Radio Channels // 2020 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). 2020. Р. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1109/SYNCHROINFO49631.2020.9166085.
19. Ivanov D.V., Ryabova N.V., Ryabova M.I., Ovchinnikov V.V. Experimental Study of Single-Mode Propagation Ranges of Short Waves on Mid-Latitude Radio Paths of Various Lengths // 2020 XXXIIIrd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science. 2020. Р. 1-4. DOI: https://doi.org/10.23919/URSIGASS49373.2020.9232356.
20. Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ryabova N.V., Belgibaev R.R., Elsukov A.A., Ovchinnikov V. V. Universal Complex for Sounding and Estimation of Ionospheric Radio Channels Ranging from 3 kHz to 1 MHz Wide // 2021 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP). 2021. Р. 1-2. DOI: https://doi.org/10.23919/ISAP47258.2021.9614531.
21. Лопардин П.А., Феоктистов Д.С., Гарифуллин В.Ф., Бондаренко В.Н., Зуевская А.И. Влияние многолучевого распространения простых навигационных сигналов на эффективность устранения многозначности фазовых измерений // Радиотехника. 2022. № 8(86). С. 29-36. DOI: 10.18127/j00338486-202208-03.