Д.В. Иванов1, В.А. Иванов2, Н.В. Рябова3, А.А. Кислицын4

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

1 IvanovDV@volgatech.net; 2 IvanovVA@volgatech.net; 3 RyabovaNV@volgatech.net; 4 KislitsinAA@volgatech.net

Постановка проблемы. Из-за аномального характера дисперсии, проявляющегося в трансионосферном радиоканале связи, возникает чирпинг-эффект, препятствующий применению в спутниковых системах связи (ССС) расширенных полос частот. Этот эффект накладывает ограничения на применение частотно-энергетического ресурса в космических системах, что снижает эффективность дальней радиосвязи, так как не позволяет осуществлять передачу информации (в том числе служебной) по каналам с максимальной пропускной способностью. Все это обуславливает актуальность данной проблемы.

Цель. Используя радиотехнический подход, создать модель чирпинг-эффекта трансионосферного широкополосного радиоканала и с ее помощью определить ключевые параметры этого эффекта.

Результаты. Развит радиотехнический подход, базирующийся на гипотезе об эквивалентности распространения волновых пакетов в среде с их прохождением некоторой линейной системы, описываемой модельными частотной и импульсной характеристиками ССС. В рамках представленного подхода дано научное обоснование проблемы использования сигналов с расширенным спектром, применяемых в трансионосферных ССС. Установлено, что для передачи сигналов с расширенным спектром в трансионосферном канале без дисперсионных искажений их полоса частот не должна превышать полосу когерентности канала, которую следует рассматривать как предельную полосу частот, иначе возникает чирпинг-эффект, деформирующий импульсную характеристику (ИХ) канала в форму, близкую к прямоугольной. Данный эффект подтвержден экспериментальной оценкой предельной полосы на эталонной частоте для вертикальных трасс в различные сезоны. С помощью расчета получено, что на эталонной частоте 1 ГГц для дневных условий на трансионосферных радиотрассах предельная полоса сужается до 70 МГц, а в ночное время суток на таких трассах можно работать с более широкими полосами частот, превышающими кратно (в два раза) дневные значения. В результате численного и экспериментального анализа в условиях аномальной внутримодовой дисперсии, проведенного с помощью предложенного подхода, выявлены негативные особенности их воздействия на структурную функцию (ИХ) канала, которые необходимо учитывать для оценки способности ССС функционировать в сложных условиях, максимально приближенных к реальным эксплуатационным сценариям с учетом динамически меняющейся среды распространения сигналов.

Практическая значимость. Представленный радиотехнический подход направлен на решение актуальной научно-техни-ческой задачи развития методов, алгоритмов и систем адаптивной фильтрации чирпинг-эффекта в трансионосферных каналах для обеспечения предельно широкими полосами частот ССС.

Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Кислицын А.А. Создание комплексной модели чирпинг-эффекта трансионосферного широкополосного радиоканала. Часть 1. Радиотехнический подход // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 12. С. 147–159. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202512-16

1. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Кислицын А.А. Обеспечение предельной широкополосности систем спутниковой радиосвязи в условиях внутримодовой дисперсии трансионосферных радиоканалов // Радиотехника и электроника. 2023.
   Т. 68. № 6. С. 571-578. DOI: 10.31857/S0033849423060049.
2. Пашинцев В.П., Песков М.В., Михайлов Д.А., Киселев Н.В. Оценка влияния дисперсионных и дифракционных свойств ионосферы на полосу пропускания трансионосферного канала // Геомагнетизм и аэрономия. 2024. Т. 64. № 2. С. 277-293. DOI: 10.31857/S0016794024020114.
3. 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.
4. 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.
5. Данилкин Н.П. Трансионосферное радиозондирование (обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57. № 5. С. 543-554. DOI: 10.7868/S0016794017050042.
6. Черепенин В.А., Дмитриев А.С., Быстров Р.П. и др. Современные космические системы связи и особенности их развития // Радиотехника. 2011. № 10. С. 4-19.
7. Иванов Д.В., Иванов В.А., Кислицын А.А., Рябова М.И. Адаптивное управление предельной полосой частот систем спутниковой связи в трансионосферных радиоканалах в условиях частотной дисперсии среды // Вестник Поволжского гос. технологического ун-та. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 3(51). С. 14-30. DOI: 10.25686/2306-2819.2021.3.14.
8. Лазоренко О.В., Черногор Л.Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. Ч. 1. Основные понятия, модели и методы описания // Радиофизика и радиоастрономия. 2008. Т. 13. № 2. С. 166-194.
9. Revision of part 15 of the commission's rules regarding ultra wideband transmission systems. First report and order. FCC 02 48. Federal Communications Commission. 2002.
10. Иванов Д.В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекция их дисперсионных искажений: монография. Йошкар-Ола: МарГТУ. 2006. 268 с.
11. Рябова М.И. ФЧХ широкополосных ионосферных каналов КВ-связи в условиях частотной дисперсии среды // Вестник Поволжского гос. технологич. ун-та. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2020. № 1(45). С. 6-17. DOI: 10.25686/2306-2819.2020.1.6.
12. Овчинников В.В. Цифровой SDR-эквалайзер для работы быстрой программной перестройки рабочей частоты в диспергирующих ионосферных каналах широкополосной КВ-связи // Вестник Поволжского гос. технологич. ун-та. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2020. № 3(47). С. 18-27. DOI: 10.25686/2306-2819.2020.3.18.
13. Иванов В.А., Иванов Д.В., Михеева Н.Н., Рябова М.И. Дисперсионные искажения системных характеристик широкополосных ионосферных радиоканалов: Монография. Йошкар-Ола: Изд-во ПГТУ. 2015. 160 с.
14. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука. 1967.  683 с.
15. Ivanov D.V., Ryabova N.V., Ivanov V.A., Kislitsin A.A. Method for diagnosing the ultimate bandwidth of variable transionospheric radio communication channel // Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2023. V. 6. № 1. P. 193-196. DOI: 10.1109/IEEECONF56737.2023.10092003.
16. Ясюкевич Ю.В., Мыльникова А.А., Демьянов В.В. и др. Суточная динамика вертикального полного электронного содержания над городами Иркутск и Йошкар-Ола по данным GPS/ГЛОНАСС и модели IRI-2012 // Вестник Поволжского гос. технологич. ун-та. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2013. № 3(19). С. 18-29.