Development of a Radio Wave Propagation Model for Long-Haul Decameter-Band Communication Systems in the Decameter Range for the Analysis of Ionospheric Channel Parameters

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Relevance. In long-haul decameter-band (LDB) communication systems, the number of bit errors is simultaneously influenced by two key factors: the signal-to-noise ratio and the degree of phase distortions caused by the Doppler shift, which arises from the random movement of ionospheric inhomogeneities. The challenge of improving the interference resistance of such systems is complicated by the fact that even with a high signal level at the demodulator's input, reception can be hindered by phase distortions, leading to a sharp increase in the number of bit errors and a degradation of the BER (bit error rate) coefficient. Despite the sufficient number of classical works, the problem of enhancing the interference resistance of modern domestic LDB radio communication systems under specified operating scenarios using contemporary methods and digital signal processing tools remains relevant and in demandich lead to a sharp increase in the number of bit errors and a deterioration in the BER coefficient. Despite a sufficient number of classical works, the problem of improving the noise immunity of modern domestic LDB or short-wave (HF) radio communication systems in specified operating scenarios using modern methods and means of digital signal processing (DSP) remains relevant and in demand. The object of the research is modern domestic decameter-band radio communication systems, which often exhibit known shortcomings, including low adaptability to changes in the ionosphere and issues with signal interference. For example, the R-016 system has limitations in its frequency range, making it less effective under varying ionospheric conditions that affect signal levels. Prototypes may also have problems with signal processing, which leads to bit errors of up to 10-3 even in the absence of noticeable interference. The subject of the study is the models and methods of functioning of LDB decameter-band communication lines.The objective of the research is to evaluate the impact of various factors, such as changes in preamble length and the use of adaptive filters, on the interference resistance of the system. The analysis of the obtained results shows that increasing the preamble length in such systems contributes to enhancing the interference resistance of long-haul communication. The scientific novelty lies in the improvement of existing radio propagation models in the decameter range by applying a complex of parameters that includes the signal-to-noise ratio set for a specific communication session in the radio line, and to increase the accuracy of field strength calculations at the receiving point, recalculated values of critical frequencies based on electron concentration forecasts, as well as Doppler shift for each layer of the ionosphere. The practical significance of the results lies in the enhancement of the interference resistance of existing decameter-band communication systems in ionospheric propagation conditions.

About the authors

A. I. Rybakov

The Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications

Email: rybakov.ai@sut.ru

G. A. Fokin

The Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications

Email: fokin.ga@sut.ru

References

  1. Скляр Б. Цифровая связь. М.: Издательский дом Вильямс, 2003. 1104 с.
  2. Качнов А.И., Пенкин А.А, Рыбаков А.И. Разработка мобильной системы информационного обеспечения с использованием каналов метеорной связи // V Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфокоммуникаций в науке и образовании» (Санкт-Петербург, Российская Феде-рация, 10–11 марта 2016 г.). СПб.: СПбГУТ, 2016. С. 177‒181. EDN:WZIKIL
  3. Воробьев О.В., Рыбаков А.И. Вариант реализации двунаправленной связи в системе метеорной связи. Описание программно-аппаратного комплекса СМС // VI Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфокоммуникаций в науке и образовании» (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 01–02 марта 2017 г.). СПб.: СПбГУТ, 2017. С. 128‒133. EDN:ZECEUT
  4. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: Сов. Радио, 1972. 464 с.
  5. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1975, 280 с.
  6. Мартышевская Д.А., Полушин П.А. Моделирование сверточного метода обработки сигналов при межсимвольной интерференции // XXI Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (СТТ-2015, Томск, Российская Федерация, 5‒9 октября 2015 г.). Томск: ТПУ, 2015. C. 43‒45.
  7. Попов Н.А., Пятаков А.И. Расчет территориального распределения уровней сигнала на многоскачковых радио-трассах от КВ передатчика средней мощности с антенной “Ромб” // Автоматизация процессов управления. 2009. № 15. С. 65‒73. EDN:KHPEFN
  8. Нарышкин Е.М., Серков В.П. Волновая служба и антенные устройства. Ч. 1. Теория электромагнитного поля и распространение радиоволн. М.: Воениздат, 1982. 288 с.
  9. Hunt B.T., Haab D.B., Sego T.C., Holschuh T.V., Moradi H., Farhang-Boroujeny B. Hunt Examining the Performance of MIL-STD-188-110D Waveform 0 Against FBMC-SS Over Skywave HF Channels // IEEE Transactions on Vehicular Technolo-gy. 2022. Vol. 71. Iss. 11. PP. 11637‒11649. doi: 10.1109/TVT.2022.3189762
  10. Zhang Z., Jin Z., Li Y., Song G., Wang Y. Multi-Stage Receiver of MIL-STD-188-110D Waveform 0 for High-Frequency Communication // IEEE Communications Letters. 2024. Vol. 28. Iss. 5. PP. 1166‒1170. doi: 10.1109/LCOMM.2024.3375601
  11. Самойлов А.Г., Сидоренко А.А. Применения кодов РС в каскаде с двоичными кодами с целью повышения эффективности борьбы с независимыми ошибками // Проектирование и технология электронных средств. 2014. № 3. С. 2‒7.
  12. Сидоренко А.А. Адаптивное помехоустойчивое кодирование // Материалы X международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации». Владимир, Суздаль, 2013. Т. 1. С. 152‒154.
  13. Валиуллин Д.Р., Захаров П.Н. Экспериментальные исследования эквалайзера на основе нейронных сетей с обучением в многолучевом радиоканале // Журнал радиоэлектроники. 2017. № 12. С. 4. EDN:YNSPDZ
  14. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетики. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 829 с.
  15. Зюко А.Г., Фалько А.И., Панфилов И.П. и др. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. М.: Радио и связь, 1985. 271 с.
  16. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. Теория электрической связи. М.: Радио и связь, 1999. 432 с.
  17. Блейхут Р.Э. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. Пер. с англ. М.: Мир, 1986. 576 с.
  18. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. Пер. с англ. М.: Мир, 1987.
  19. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 2000.
  20. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 2001. 518 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».