Е.М. Лобов1, Н.А. Кандауров2, Е.О. Лобова3, В.И. Липаткин4, Д.Н. Шубин5, В.О. Варламов6

1–6 Московский технический университет связи и информатики (Москва, Россия)

1 e.m.lobov@mtuci.ru; 2 kandaurov@srd.mtuci.ru.com; 3 lizabeth2@mail.ru; 4 lipatkin.24@gmail.com; 5 dshubin@srd.mtuci.ru; 6 varlamov@srd.mtuci.ru

Постановка проблемы. Радиосвязь в декаметровом диапазоне длин волн - надежное и экономически выгодное решение для организации радиолиний в удаленных и труднодоступных регионах России. Однако при использовании сигналов с шириной спектра от 100 кГц частотная дисперсия ионосферного канала начинает оказывать существенное влияние на передаваемый сигнал, приводя к сильным искажениям и, тем самым, затрудняя обнаружение и демодуляцию. Следовательно, необходимы новые методы и алгоритмы обработки широкополосных сигналов декаметрового диапазона длин волн.

Цель. Представить разработанные авторами решения по обнаружению и обработке широкополосных сигналов радиолиний связи декаметрового диапазона длин волн в условиях частотной дисперсии ионосферы Земли, а также провести анализ влияния дисперсионных искажений на качество обнаружения.

Результаты. Приведены выражения для дисперсий совместных максимально правдоподобных оценок наклона дисперсионной характеристики, частотного сдвига, задержки и начальной фазы. Показано, что без учета дисперсионных искажений при настройке устройства обнаружения (вычислении порога) энергетические потери составляют примерно 2 дБ, а вероятность пропуска цели увеличивается более чем в 100 раз. Разработан компенсатор дисперсионных искажений на базе банка цифровых фильтров, позволяющий повысить вычислительную эффективность в 1,5-2 раза. В ходе натурных испытаний получен энергетический выигрыш, равный 1,6-3,9 дБ, что близко к значениям, полученным с помощью фильтра-компенсатора. Представлен алгоритм оптимальной нелинейной фильтрации (фильтр Стратоновича) наклона дисперсионной характеристики (ДХ) и начальной фазы, с помощью которого достигнуты следующие значения: среднеквадратическое отклонение оценки начальной фазы 0,02 рад; убывающий наклон ДХ – 0,1 мкс/МГц; примерно постоянное – 1,5 мкс/ МГц. Предложено устройство борьбы с узкополосными помехами на основе банка цифровых фильтров, которое по сравнению с режектором помех дает энергетический выигрыш порядка 1,5 дБ.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы при создании радиолиний связи декаметрового диапазона с лучшими показателями качества приема.

Лобов Е.М., Кандауров Н.А., Лобова Е.О., Липаткин В.И., Шубин Д.Н., Варламов В.О. Современные методы обработки широкополосных сигналов в условиях дисперсионных искажений в ионосфере Земли // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 12. С. 17−31. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202312-03

1. 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. P. 9488362. https://doi.org/10.1109/SYNCHROINFO51390.2021.9488362.
2. Рябова М.И. ФЧХ широкополосных ионосферных каналов КВ-связи в условиях частотной дисперсии среды // Вестник ПГТУ. 2020. № 1(45). С. 6-17. https://doi.org/10.25686/2306-2819.2020.1.6.
3. Иванов В.А., Иванов Д.В. Михеева Н.Н., Рябова М.И. Исследование регулярной и стохастической дисперсии в ионосферных широкополосных высокочастотных радиоканалах // Нелинейный мир. 2012. Т. 10. № 10. С. 678-686.
4. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В. Активный сенсор с дистанционным управлением для диагностики широкополосных ионосферных радиоканалов OFDM-BPSK-сигналами // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 12. С. 90-104. DOI 10.18127/j00338486-202212-08.
5. Lipatkin V.I., Lobov E.M., Lobova E.O., Kandaurov N.A. Cramer-Rao Bounds for Wideband Signal Parameters Joint Estimation in Ionospheric Frequency Dispersion Distortion Conditions // 2021 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications, SOSG 2021.2021. P. 7. https://doi.org/10.1109/IEEECONF51389.2021.9416074.
6. Липаткин В.И., Лобова Е.О. Алгоритм обнаружения широкополосного сигнала в условиях его дисперсионных искажений при одновременной оценке множества параметров // Электросвязь. 2022. № 7. С. 23-29. https://doi.org/10.34832/ELSV.2022.32.7.003.
7. Лобова Е.О., Чиров Д.С. Компенсатор дисперсионных искажений широкополосных сигналов декаметрового диапазона, построенные на базе банка цифровых фильтров. Теория и эксперимент // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2020. Том 14, №4. С. 57-65. https://doi.org/10.36724/2072-8735-2020-14-4-57-65.
8. Lobova E.O. Determining Channels Number in the Digital Filter Bank for the Wideband Signals Dispersion Distortion Compensation // 2020 Systems of signals generating and processing in the field of on board communications. 2020. P. 6. DOI: https://doi.org/10.1109/IEEECONF48371.2020.9078614.
9. Lobov E.M., Lobova E.O., Varlamov V.O. Synthesis of the Optimal Dispersion Slope and Phase Joint Filtering Algorithm for the Broadband Signal in the Ionospheric Radio Channel // 2023 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications, Moscow, Russian Federation. 2023. P. 1-5.  https://doi.org/10.1109/IEEECONF56737.2023.10092032.
10. Shubin D.N., Lobov E.M., Lobova E.O., Kandaurov N.A. A Device for Processing a Wideband Signal of the HF Waveband Using a Digital Filter Bank // 2021 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). 2021. P. 9488356. https://doi.org/10.1109/SYNCHROINFO51390.2021.9488356
11. Lobov E.M., Shubin D.N., Lobova E.O. Reducing the Volume of Broadband Signal Recordigs Using a Digital Filter Bank // 2021 23rd International Conference on Digital Signal Processing and its Applications, DSPA 2021. 2021. https://doi.org/10.1109/DSPA 51283.2021.9535814.
12. Lobova E.O., Kandaurov N.A. Experimental results of dispersion distortion compensation of wideband signals with a device based on a digital filter bank // 2019 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2019. P. 8. https://doi.org/10.1109/SOSG.2019.8706758.