Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Информационное пространство современного развитого государства является одной из важных составляющих его промышленного и оборонного потенциала. Ядром такого информационного пространства является телекоммуникационная система государства, которая в нашей стране представлена Единой Сетью Электросвязи РФ (ЕСЭ РФ). В свою очередь, ЕСЭ РФ представлена взаимоувязанной сетью многих операторов связи и включает в свой состав как наземную проводную составляющую (в основном волоконно-оптическую), так и радийную компоненту, включающую в том числе и системы спутниковой связи (ССС).
ССС в РФ решают ряд важных телекоммуникационных задач: связь территориально распределенных стационарных объектов различного назначения в регионах с низкой плотностью населения (фиксированная спутниковая служба) и связь различных мобильных объектов между собой (подвижная спутниковая служба). В разработке и создании комплексов ССС принимают участие: Государственный оператор «Космическая связь», Красноярский НПО/ПМ им. Решетнева и компания Alcatel (создание трех спутников нового поколения «Экспресс А»), НИИР, ЦНИИС, ООО «Гипросвязь», ГСП РТВ, ОАО «Ростелеком», ЗАО «НИВЦ АС» и др.
Спецификой функционирования ССС является прохождение радиосигналов в радиолиниях «снизу-вверх» и «сверху-вниз» через ионосферу. Именно поэтому каналы спутниковой связи называют трансионосферными радиоканалами. Высокая плотность размещения спутников-ретрансляторов (СР) на геостационарной орбите, значительная насыщенность низкоорбитального пространства космическими аппаратами (КА) связи, а также недостаточная координация работы радиочастотных служб различных государств приводит к значительным активным помехам (АП) в трансионосферных радиоканалах. Снижение влияния АП в ССС реализуется путем применения в них широкополосных сигналов (ШПС) с большой базой. При этом все абоненты такой ССС реализуют кодовый многостанционный доступ (CDMA) к пропускной способности СР.
Состояние ионосферы оказывает существенное влияние на прохождение радиосигналов (в том числе и ШПС) в трансионосферном радиоканале. Повышенная солнечная активность, радионагрев отдельных участков ионосферы мощным излучением источниками типа HAARP, распыление бария в ионосфере и др. приводят к появлению мелкомасштабных неоднородностей в ионосфере, которые называют возмущениями ионосферы (ВИ). Последние приводят к сужению полосы когерентности трансионосферного радиоканала и к появлению в нем частотно-селективных замираний (ЧСЗ) ШПС.
Таким образом, для обеспечения заданной помехоустойчивости по вероятности ошибки на элементарный символ в трансионосферном радиоканале ССС с ШПС в условиях ВИ и АП необходимо изменять полосу частот используемых сигналов.
Вопросам построения ССС с ШПС большое внимание уделено в школах таких ученых как Калашников Н.И., Фортушенко А.Д., Кантор Л.Я., Петрович Н.Т., Зубарев Ю.Б., Тузов Г.И., Камнев Е.Ф., Камнев В.Е., Черкасов В.В., Чернявский Г.М., Чечин Г.В., Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С., Аболиц А.И., Акимов А.А., Белов А.С., Спилкер Дж., Степанов С.Н., Тепляков И.М., Машбиц Л.М., Эйнджел Дж., Пашинцев В.П., Цимбал В.А., Шиманов С.Н. и другие. Однако вопрос оптимизации используемой полосы ШПС сигнала в трансионосферном радиоканале в условиях воздействия ВИ и АП остается открытым.
В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, для повышения помехоустойчивости трансионосферного канала в присутствии АП необходимо расширять полосу частот ШПС, с другой стороны в условиях ВИ в трансионосферном канале возникают ЧСЗ, что требует сужать полосу частот ШПС.
Разрешение этого противоречия заключается в разработке аналитической методики оценки помехоустойчивости ССС в условиях воздействия АП, характеризуемых
отношением помеха/шум, (/ ) и ограниченной полосы когерентности (FK) трансионосферного канала с частотно-селективными замираниями.
Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертационной работы «Помехоустойчивость широкополосных систем спутниковой связи в условиях активных помех и ограничения полосы когерентности трансионосферного радиоканала».
Цель работы: Разработка практических рекомендаций по обеспечению требуемой помехоустойчивости системы спутниковой связи, использующих широкополосные сигналы, в условиях одновременного воздействия активных помех (АП) и сужения полосы когерентности радиоканала на основе выбора частотных параметров передаваемых сигналов и применения способов трансионосферного зондирования.
Объект исследования: системы спутниковой связи, использующие широкополосные сигналы.
Предмет исследования: влияние АП и частотно-селективных замираний принимаемых сигналов при возмущениях ионосферы в слое F на помехоустойчивость ССС с ШПС.
Научная задача: разработка аналитической методики оценки помехоустойчиво-
сти ССС в условиях воздействия АП (/ ) и ограниченной полосы когерентности (FK)
трансионосферного канала с частотно-селективными замираниями.
В ходе решения научной задачи были сформированы следующие результаты, представляемые к защите:
-
Методика оценки помехоустойчивости широкополосных ССС при заданной степени ЧСЗ и влияния АП, позволяющая определить оптимальную полосу спектра ШПС сигналов по критерию минимальной вероятности ошибки.
-
Методика оценки помехоустойчивости разнесенного приема сигналов на несколько антенн при пространственной корреляции замираний в условиях ЧСЗ и АП.
-
Методика оценки полосы когерентности трансионосферного канала на основе результатов зондирования полного электронного содержания неоднородной ионосферы с помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС).
Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что:
-
Методика оценки помехоустойчивости широкополосных ССС при заданной степени ЧСЗ и влияния АП, позволяющая определить оптимальную полосу спектра ШПС сигналов по критерию минимальной вероятности ошибки, в отличие от известных методик, учитывает одновременное влияние АП и степени ЧСЗ принимаемых сигналов на энергетические потери при обработке сигналов..
-
Научная новизна второго результата заключается в том, что произведено теоретическое обобщение методики оценки помехоустойчивости строенного приема сигналов с релеевскими замираниями на случай приема сигналов с частотно-селективными замираниями и одновременного воздействия активных помех.
3. Методика оценки полосы когерентности трансионосферного канала
на основе результатов зондирования полного электронного содержания не
однородной ионосферы с помощью спутниковых радионавигационных си
стем (СРНС), в отличие от известных, базируется на результатах не верти
кального, а трансионосферного зондирования ВИ с помощью СРНС.
Достоверность и обоснованность научных и практических результатов под
тверждается: применением современных научных методов; непротиворечивостью
представленных научных результатов известным результатам в данной области знаний;
сходимостью к известным результатам при введении ограничений и допущений; ре
зультатами экспериментальных исследований, проведенных с применением методов
математического и полунатурного моделирования.
Практическая значимость полученных результатов заключается в прогнозировании помехоустойчивости широкополосных ССС при различной степени возмущения ионосферы и мощности воздействующих активных помех, а также в разработке устройства определения полосы когерентности трансионосферного канала с помощью двухчастотного приемника спутниковой радионавигационной системы.
Личный вклад соискателя в получение результатов. Все исследования, изложенные в диссертационной работе, проведены лично соискателем в процессе научной деятельности в рамках выполнения плановых ОКР. Ему принадлежит основная идея диссертационной работы, её формализация в виде частных научных задач, результаты их решения и экспериментов, публикации и апробация результатов.
Результаты работы реализованы:
1. В МОУ «ИИФ» при обосновании полосы ШПС трансионосферного радио
канала специальной ССС в рамках ОКР «Жасмин-Д-ИИФ» (акт о реализации МОУ
«ИИФ» от 08.10.2013 г.).
2. В Военной академии РВСН имени Петра Великого (филиал в г. Серпухов Мос
ковской области) в учебном процессе по кафедре «Автоматизированные системы управ
ления» (в ходе дипломного проектирования и при изучении дисциплины «Информаци
онные сети и телекоммуникации») (акт о реализации ФВА РВСН от 17.09.2013 г.).
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: 10 НТК различного уровня, в том числе 3
Международного уровня, 7 Всероссийского уровня. Опубликованы в 21 работе, из них: 17 статей в научно-технических сборниках и журналах, из которых четыре опубликованы в журнале из перечня ВАК, 2 отчета об ОКР, 2 патента на полезную модель. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка научных источников и приложения. Список научных источников содержит 116 наименований.
