Д.В. Иванов1, В.А. Иванов2, М.И. Рябова3, Р.Р. Бельгибаев4, В.В. Овчинников5, А.В. Чернядьев6

1-6 Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола, Россия)

1 IvanovDV@volgatech.net; 2 IvanovVA@volgatech.net; 3 RyabovaMI@volgatech.net; 5 OvchinnikovVV@volgatech.net

Постановка проблемы. Основной недостаток ионосферной коротковолновой (КВ) радиосвязи - изменчивость диапазона рабочих частот и параметров радиоканалов. В связи с этим актуальна задача создания радиосенсоров на базе программно-определяемого радио для повышения эффективности связи в сложных условиях изменчивости параметров радиоканала и канальных сосредоточенных помех. При этом радиосенсоры анализируют спектральную плотность помех и с помощью порогового метода устанавливают доступные (свободные от сосредоточенных помех) каналы. Значительная неравномерность спектра приводит к ошибкам в определении доступности, что является насущной проблемой для существующих методов определения доступных каналов по спектру помех. Решить данную проблему можно, применяя метод медианной фильтрации измеренного спектра скользящим фильтром окнами малой и большой апертурами.

Цель. Развить методы оценки доступности каналов КВ-радиосвязи с учетом изменчивости параметров спектра: вариаций тренда спектра и существенными выбросами минимальных значений.

Результаты. Развиты модели и методы оценки доступности составного радиоканала КВ-связи с учетом особенностей спектральной плотности мощности (СПМ) помех (варьирующегося тренда и наличия в данных значительных выбросов на отдельных частотах спектра его минимальных значений). Проведены исследования зависимости среднеквадратического отклонения (СКО) значений скользящей медианы СПМ от длины сглаживающего окна для различного времени суток. Анализ полученных данных показал, что по мере увеличения длины сглаживающего окна значение СКО уменьшается и при апертуре более 315-340 отсчетов (3 кГц на отсчет) она становится менее 1 дБ. Установлено, что для выделения гладкого тренда необходимо использовать метод скользящей медианной фильтрации с окном равным 0,95-1 МГц. Для определения начала отсчета порога оценки загруженности парциальных и составных каналов и дальнейшего анализа было применено удаление из отсчетов СПМ тренда. В развитом методе учтено, что при случайном разностном СПМ существует проблема задания начала отсчета порога в каждом мегагерцевом сегменте. Экспериментальная апробация показала, что развитый метод обеспечивает некоторое повышение оценки доступности каналов - на 4% при расширении полосы канала в 4 раза. Выявлено, что на участках СПМ, обладающих переменным уровнем тренда, применение развитого метода позволило повысить доступность радиоканалов до 20% на участках 3-5 МГц и 27-28 МГц и до 28 и 40% - на участках 11-15 МГц и 24-25 МГц соответственно.

Практическая значимость. Представленный развитый метод позволяет повысить эффективность дальней связи в сложных условиях изменчивости параметров составного радиоканала и канальных сосредоточенных помех, что открывает возможность создания сенсора с предельно малой мощностью и низкой себестоимостью для сетевого обеспечения в системах зондирования ионосферы.

Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова М.И., Бельгибаев Р.Р., Овчинников В.В., Чернядьев А.В. Развитие методов спектрального мониторинга помех КВ диапазона для определения доступности парциальных ионосферных радиоканалов с учетом особенностей изменчивого спектра // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 12. С. 64−77. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202312-08

1. Furman W.N., Nieto J.W., Koski E.N. Initial Wideband HF ALE: Approach and On-Air Test Results // The Nordic Shortwave Conference HF13 (Faro, Sweden). 2013. www.nordichf.org.
2. Furman W.N., Nieto J.W., Batts W.M. Wideband HF Channel Availability – Measurement Techniques and Results // 14th International Ionospheric Effects Symposium (Alexandria, Virginia. USA). 2015. http://ies2015.bc.edu.
3. Md G. Mostafa, Haris Haralambous. Wideband Channel Availability Statistics over the High Frequency Spectrum in Cyprus // 2nd URSI AT-RASC (Gran Canaria, Spain). 2018. www.ursi.org.
4. Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ryabova N.V., Elsukov A.A., Belgibaev R.R., Ovchinnikov V.V. Universal ionosonde for diagnostics of ionospheric HF radio channels and its application in estimation of channel availability // 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018). London. 2018. Р. 1-5. DOI: 10.1049/cp.2018.0473.
5. Belgibaev R.R., Ivanov V.A., Ivanov D.V., Laschevsky A.R. Software-Defined Radio Ionosonde for Diagnostics of Wideband HF Channels with the Use of USRP Platform // 2019 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF) (Saint-Petersburg, Russia). 2019. Р. 1-4. DOI: 10.1109/WECONF.2019.8840637.
6. ITU SM.1753-2 «Методы измерения радиошума».
7. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Бельгибаев Р.Р., Чернядьев А.В. Развитие и верификация методов автоматической обработки спектра помех в КВ-диапазоне с применением технологии программно-конфигурируемых радиосистем в задаче оценки доступности радиоканалов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2023. № 2(58). С. 6-17.
8. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Бельгибаев Р.Р., Чернядьев А.В. Мониторинг спектра помех и доступности КВ-ра-диоканалов с полосами 3-24 кГц // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2022. № 1(53). С. 21-32.
9. Belgibaev R.R., Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ryabova N.V. Dependence of the availability of radio channels on the threshold level of man-made interferences // Wave Electronics and Its Application in Information and Telecommunication Systems. 2022. V. 5. № 1. С. 27-31.
10. Ivanov D., Ivanov V., Ryabova N., Belgibaev R., Elsukov A., Ovchinnikov 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.
11. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Елсуков А.А., Конкин Н.А. Активный сенсор с дистанционным управлением для
    диагностики широкополосных ионосферных радиоканалов OFDM-BPSK-сигналами // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 12. С. 90-104. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202212-08.