Д.В. Иванов1, В.А. Иванов2, А.А. Кислицын3, М.И. Рябова4

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

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

Постановка проблемы. При распространении широкополосных волновых пакетов (сигналов) через трансионосферный радиоканал, характеризуемый системными функциями (частотной и импульсной), из-за воздействия на них чирпинг-эффекта происходит искажение его формы. При использовании в системах спутниковой связи (ССС) сигналов с расширенным спектром (СРС) из-за искажения формы возникают потери импульсной мощности (энергетические потери). Новые данные о них могут быть получены путем развития модели распространения СРС в широкополосном трансионосферном канале с учетом чирпинг- эффекта. Негативный эффект энергетических потерь играет ключевую роль в проблеме повышения качества спутниковой связи путем расширения полосы частот сигнала сложной формы. Поэтому задача всестороннего исследования чирпинга и его негативных проявлений является на сегодняшний день актуальной.

Цель. Представить комплексную модель, позволяющую выполнять оценку энергетических потерь СРС, учитывающую чирпинг-эффект в изменчивом трансионосферном канале распространения широкополосных сигналов и результаты их согласованной обработки в приемнике.

Результаты. Рассмотрен подход к созданию комплексной модели для оценки энергетических потерь СРС из-за чирпинга в трансионосферном канале с применением модели природного радиоканала в виде линейной радиотехнической системы с гауссовым и прямоугольным частотными окнами. Показано, что использование гауссовского окна в отличие от прямоугольного позволяет получить более точную асимптотику решений при малых значениях частотной дисперсии в широкополосном канале. Установлено, что при больших значениях коэффициента дисперсии потери увеличиваются обратно пропорционально логарифму коэффициента дисперсии в канале, а скорость чирпинга - обратно пропорционально параметру дисперсии групповой задержки. Отмечено, что экспериментальная верификация модели в различных геофизических условиях эталонного канала с широкополосностью 0,5 и 0,25 показала новые возможности исследования тонких эффектов в трансионосферных каналах. Установлено, что для невозмущенной ионосферы в ночные часы энергетические потери из-за чирпинга на вертикальной трассе составляют примерно 2 дБ зимой, 3 дБ весной, 6 дБ летом и 3,5 дБ осенью. Летом в дневные часы потери могут достигать значений 9 дБ, а при увеличении широкополосности канала от 0,25 до 0,5 потери увеличиваются на 4–5 дБ. В периоды геофизических возмущений, вызванных солнечными вспышками Х-класса с величиной индекса солнечной активности 9 ≤ ИСА ≤ 10 энергетические потери из-за чирпинга увеличиваются на 3–4 дБ, а увеличение вдвое широкополосности эталонного канала вызывает увеличение потерь на 4–5 дБ.

Практическая значимость. Представленные результаты способствуют решению задачи повышения энергоэффективности систем спутниковой связи за счет оптимизации методов обработки СРС с учетом чирпинг – эффекта в широкополосном трансионосферном радиоканале.

Иванов Д.В., Иванов В.А., Кислицын А.А., Рябова М.И. Создание комплексной модели чирпинг-эффекта трансионосферного широкополосного радиоканала. Часть 3. Энергетические потери у сигналов с расширенным спектром в канале из-за возникающего чирпинга // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 2. С. 117–128. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202602-13

1. Lei Z., Yang P., Zheng L. Detection and Frequency Estimation of Frequency Hopping Spread Spectrum Signals Based on Channelized Modulated Wideband Converters // Electronics. 2018. V. 7(9). P. 170. 
2. Чипига А.Ф., Пашинцев В.П., Ляхов А.В., Емельянов Е.А. Влияние требований к энергетической скрытности и помехоустойчивости на выбор параметров технических средств низкочастотной системы спутниковой связи с разнесенным приемом сигналов // Телекоммуникации. 2021. № 9. С. 30-39. DOI 10.31044/1684-2588-2021-0-9-30-39.
3. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Анализ искажений радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям передачи спутниковых систем связи. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2016. Т. 21. № 5. С. 37-45.
4. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова М.И., Овчинников В.В. Эффекты дисперсии в ионосферных радиоканалах. Ч. 2. Виды частотно-временно́й дисперсии // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 11. С. 63-77. DOI 10.18127/j00338486-202411-10.
5. Иванов Д.В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекции их дисперсионных искажений: монография. Йошкар-Ола: МарГТУ. 2006. 268 с.
6. Gherm V.E., Zernov N.N., Lundborg B., et al. Wideband scattering functions for HF ionospheric propagation channels // Journal of Atmospheric and Solar Terrestrial Physics. 2001. V. 63. P. 1489-1497.
7. Cannon P.S., Angling M.J., Lundborg B. Characterization and modeling of the HF communications channel // Review of Radio Science. 1999-2002. P. 597–622.
8. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова М.И. и др. Искажения широкополосного радиосигнала в ионосфере, вызванные нелинейной частотной дисперсией // Вестник Поволжского гос. технологического ун-та. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2013. № 2(18). С. 5-15.
9. Иванов В.А., Иванов Д.В., Михеева Н.Н., Рябова М.И. Дисперсионные искажения системных характеристик широкополосных ионосферных радиоканалов. Монография. Йошкар-Ола: Поволжский гос. технологический ун-т. 2015. 156 с.
10. Иванов Д.В., Иванов В.А., Чернов А.А. Теоретические основы метода прямого цифрового синтеза радиосигналов для цифровых систем связи // Вестник Поволжского гос. технологического ун-та. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2012. № 1(15). С. 3-34.
11. Макаренко С.И., Иванов М.С., Попов С.А. Помехозащищенность систем связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Монография. СПб: «Свое издательство». 2013. 166 с.
12. Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты Изд. 2-е, перераб. и доп. / Под ред. В.И. Борисова. М.: РадиоСофт. 2008. 512 с.
13. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. М.: Советское радио. 1971. 568 с.
14. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука. 1967.  683 с.
15. 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.