М. Д. Глотов1, В. И. Буякас2
1, 2 Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (Москва, Россия)

1 maxglotov1998@yandex.ru, 2 bujakas@yandex.ru

Постановка проблемы. Современные системы космической радиосвязи в S- и X-диапазонах частот достигли предела пропускной способности. Переход в Ka-диапазон (26…40 ГГц) позволяет значительно увеличить ширину полосы частот и, как следствие, пропускную способность канала. К недостаткам данного диапазона можно отнести атмосферные потери, высокие требования к форме отражающей поверхности антенн и точности их позиционирования. Кроме того, в задачах космической радиосвязи расстояние между объектами связи в процессе эксплуатации может варьироваться в широких пределах, что приводит к значительному изменению отношения сигнал/шум (ОСШ) в системе. В связи с этим для обеспечения надежного канала связи необходима адаптивная система, автоматически изменяющая тип модуляции и параметры кодирования в зависимости от текущего ОСШ.

Цель. Предложить модель адаптивной системы радиосвязи в Ka-диапазоне с повышенной пропускной способностью, обеспечивающей в зависимости от ОСШ оптимальный выбор типа модуляции и кодовой скорости, а также вероятность битовой ошибки не хуже 10-6.

Результаты. Представлена модель адаптивной системы радиосвязи в Ka-диапазоне и выполнен ее анализ. Показано, что применение адаптивных методов выбора модуляции и помехоустойчивого кодирования позволяет эффективно компенсировать вариацию уровня полезного сигнала, вызванную изменением расстояния между планетами, атмосферными потерями, неточностью наведения антенн и другими факторами. В ходе расчета вероятности битовой ошибки и моделирования пропускной способности канала установлено, что предложенная система в диапазоне значений ОСШ от 2,2 дБ и выше обеспечивает вероятность ошибки не хуже 10-6 и позволяет достигнуть пропускной способности до 5,25 Гбит/с при ширине полосы 1 ГГц. Дополнительно исследовано влияние параметров антенны на свойства канала связи.

Практическая значимость. Представленная адаптивная система радиосвязи в Ka-диапазоне может быть использована на орбитальных спутниках-ретрансляторах и наземных станциях для обеспечения устойчивой работы канала связи в условиях значительных вариаций уровня полезного сигнала.

Глотов М.Д., Буякас В.И. Адаптивная система космической радиосвязи в Ka-диапазоне // Антенны. 2026. № 1. С. 82–90. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202601-07

1. Maillard J.P. Is the Moon the future of infrared astronomy? // Philosophical transactions: mathematical, physical and engineering sciences (series A). 2021. V. 379. № 2188. DOI: 10.1098/rsta.2020.0212.
2. Gladden R., Anabtawi A., Buccino D., et al. Preparing the mars relay network for the arrival of the perseverance rover at Mars // 2022 IEEE Aerospace Conference (AERO). Big Sky. MT. USA. 2022. Р. 1–19.
3. Shambayati S.А. A comparison of the Ka-band deep-space link with the X-band link through emulation // IPN Progress Report. 2009. P. 42–178.
4. Baldwin P.J., Evans W.C., Guevara D.L., Berner J.B., et al. Nasa’s evolving Ka-band network capabilities to meet mission demand // 27th Ka and Broadband Communications Conference (Ka). 2022.
5. Башкиров А.В., Науменко Ю.С. Обзор основных технологий, реализующих эффективные методы помехоустойчивого кодирования, чувствительных к задержке сигнала // Радиотехника. 2013. № 3. С. 89–92.
6. Morello A., Mignone V. DVB-S2: The second generation standard for satellite broad-band services // Proceedings of the IEEE. 2006. V. 94. № 1. P. 210–227.
7. Arapoglou P.D., Ginesi A., Cioni S., Erl S., et al. DVB-S2X-enabled precoding for high throughput satellite systems // International Journal of Satellite Communications and Networking. 2016. V. 34. № 3. P. 439–455.
8. Williams W.D., Collins M., Hodges R., Orr R.S., et al. High-capacity communications from martian distances // NASA. URL: https://ntrs.nasa.gov/citations/20080012561 (дата обращения: 10.10.25).
9. Bhasin K., Hayden J., Agre J.R., Clare L.P., et al. Advanced communication and networking technologies for Mars exploration // NASA. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20010091011/downloads/20010091011.pdf (дата обращения: 10.10.25).
10. Alena R., Gilbaugh B., Glass B., Braham S.P. Communication system architecture for planetary exploration // 2001 IEEE Aerospace Conference Proceedings (Cat. № 01TH8542). IEEE. 2001. V. 3. P. 1075–1084.
11. Geng-Jun M., Bin-Bin X., Na W., Zhao-Jun W. Correction method of antenna pointing error caused by the main reflector deformation // Chinese Astronomy and Astrophysics. 2021. V. 45. № 2. P. 236–251. DOI: 10.1016/j.chinastron.2021.05.008.
12. Wei S., Kong D., Wang B., Fu L., et al. Estimation of pointing errors of large radio telescopes under solar radiation based on digital twin // Symmetry. 2024. V. 16. № 6. Р. 668.
13. Litvinov D.A., Nunes N.V., Bartel N., et al. The antenna phase center motion effect in high-accuracy spacecraft tracking experiments // Advances in Space Research (includes Cospar Information Bulletin). 2021. DOI: 10.1016/j.asr.2021.07.036.
14. Александров Ю.А., Андреянов В.В., Бабакин Н.Г. и др. РАДИОАСТРОН (проект «Спектр-Р») – радиотелескоп много больше земли. Основные параметры и испытания // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2011. № 3 (9). С. 11–19.
15. Ковалев Ю.А., Васильков В.И., Попов М.В. и др. Проект «РАДИОАСТРОН». Измерения и анализ основных параметров космического телескопа в полете в 2011–2013 гг. // Космические исследования. 2014. Т. 52. № 5. С. 430.
16. Еспекина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука. 1956.
17. Буякас В.И., Глотов М.Д. Кинематика двухэтапного раскрытия лепестковой радиоастрономической антенны // Антенны. 2024. № 3. С. 58–64. DOI: 10.18127/j03209601-202403-07.
18. Глотов М.Д. Моделирование электрических характеристик лепестковой радиоастрономической антенны с двухэтапной схемой раскрытия // Антенны. 2025. № 3. С. 36–45. DOI: 10.18127/j03209601-202503-04.
19. Стандарт DVB-S [Электронный ресурс] / URL: http://www.kkt.ru/publications/satellite/dvb-s (дата обращения: 10.10.25).
20. Condo C. Concatenated turbo/LDPC codes for deep space communications: performance and implementation // International Conference on Advances in Satellite and Space Communications (SPACOMM). 2013. Р. 1–6.