Исследование временной стабильности характеристик ионосферного радиоканала и оперативное прогнозирование качества передачи дискретных сообщений

Огарь, Андрей Сергеевич

Исследование временной стабильности характеристик ионосферного радиоканала и оперативное прогнозирование качества передачи дискретных сообщений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Огарь, Андрей Сергеевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ростов-на-Дону МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование временной стабильности характеристик ионосферного радиоканала и оперативное прогнозирование качества передачи дискретных сообщений»

Автореферат диссертации на тему "Исследование временной стабильности характеристик ионосферного радиоканала и оперативное прогнозирование качества передачи дискретных сообщений"

На правах рукописи

Огарь Андрей Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК ИОНОСФЕРНОГО РАДИОКАНАЛА И ОПЕРАТИВНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ

Специальность 01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

16 ПАП 2013

Ростов-на-Дону—2013

005058803

Работа выполнена на кафедре радиофизики физического факультета Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет».

Научный руководитель: Барабашов Борис Григорьевич

доктор технических наук,

профессор кафедры радиофизики ФГАОУ ВПО

«Южный федеральный университет»

Официальные оппоненты:

Данилкин Николай Петрович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией «Ионосферные измерения и модели» ФГБУ "Институт прикладной геофизики"

Юханов Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой антенн и радиопередающих устройств радиотехнического факультета ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи»

Защита состоится «М» мая 2013г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.10 в Южном федеральном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Р. Зорге, 5, Южный федеральный университет, физический факультет, ауд. 318.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «<?<?» апреля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.208.10 доктор физико-математических наук, профессор

Г. Ф. Заргано

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Ионосферная радиосвязь, она же декаметровая (ДКМ), высокочастотная (ВЧ), коротковолновая (КВ), согласно документам Международного союза электросвязи (МСЭ) обеспечивает следующие службы: магистральную, зонную и местную радиосвязь, радиовещание, линии для земных станций спутниковой связи, авиационную связь «земля-воздух», морскую связь «берег-судно», сеть радиосвязи Гидрометеослужбы, различные наземные подвижные радиослужбы, военную связь. К преимуществам ВЧ связи относят оперативность установления прямой связи как на малые, так и глобальные расстояния, возможность обеспечения связи через большие труднодоступные пространства (зоны повышенного заражения, пустыни, горы, лесные завалы). Особое значение приобретает ВЧ связь в чрезвычайных ситуациях - при координации действий различных служб в районах стихийных бедствий и проведении аварийно-спасательных работ. Одновременно ВЧ радиосвязи присущи и существенные недостатки. ВЧ канал характеризуется исключительной изменчивостью характеристик, их зависимостью от времени суток, сезона, гелио- и геофизических условий, от протяженности и ориентации трасс. Все это позволяет отнести ВЧ канал к числу нестационарных с быстро меняющейся структурой.

Известные методики расчета качества передачи цифровых сообщений предполагают реализацию модельных алгоритмов. При этом в качестве исходных данных, описывающих статистические и корреляционные свойства канала, принимается плотность распределения вероятностей и автокорреляционная функция случайной величины отношения сигнал/шум. Но в случае ВЧ радиоканала, когда влияние ионосферы на сигналы носит сложный случайный характер, однозначно связать эти характеристики с условиями распространения для прогноза качества связи не всегда удается. Необходимо иметь прогноз характеристик непосредственно перед установлением связи и в ходе ее ведения, т.е. оперативный прогноз.

Согласно рекомендации МСЭ, такой оперативный прогноз позволит обеспечить высококачественную ВЧ связь даже при неблагоприятных условиях распространения, сделать ее достойной альтернативой спутниковой связи. Однако после выхода монографии Хмельницкого Е.А. (1975 г.) и рекомендации МСЭ 889-2 (1990 г.), в которых подчеркивалась важность оперативного прогноза, практически не было публикаций по этой тематике. Отсутствуют также работы, в которых бы приводились количественные оценки краткосрочной стабильности характеристик ионосферного канала.

Из сказанного следует, что задача исследования временной стабильности характеристик ионосферного радиоканала и оперативное прогнозирование качества связи остается актуальной и имеет важное научно-прикладное значение.

Цели и задачи диссертации

1. Исследовать кратковременную стабильность характеристик ВЧ каналов по результатам измерений на трассах и на этой основе определить необходимое время основания и возможное время упреждения оперативного прогноза.

2. Разработать методику оперативного прогнозирования качества передачи дискретных сообщений на основе имитационной модели ВЧ канала.

Для достижения поставленных целей потребовалось решить следующие задачи:

- Осуществить подбор баз данных по измерению энергетических характеристик ВЧ канала. Провести собственные экспериментальные исследования на калиброванных трассах.

- По результатам экспериментальных исследований определить время усреднения, необходимое для получения оценки средних значений параметров сигналов и шума с заданной степенью приближения. На этой основе определить промежуток времени, на базе которого можно строить оперативный прогноз с достаточной точностью.

- Экспериментально получить количественные оценки стабильности характеристик ВЧ каналов.

- Разработать методику оперативного прогнозирования качества передачи дискретных сообщений по узкополосному ВЧ каналу на основе имитационной модели канала.

- Провести экспериментальную проверку предложенной методики.

Научная новизна результатов исследования

1. Анализ данных, полученных в результате длительных измерений на трассах, позволил определить время усреднения для получения оценок средних значений уровней сигнала и шума с заданной точностью, а также частости ошибок. На этой основе определено необходимое время основания для оперативного прогноза.

2. Экспериментально подтверждено, что процессы, ответственные за энергетику поля ВЧ волн обладают инерционными свойствами, что обеспечивает сохранение их энергетических и статистических характеристик без существенных отклонений на некоторое время вперед.

3. Впервые разработана методика оперативного прогноза качества передачи дискретных сообщений по узкополосному ВЧ каналу на базе адаптивной имитационной модели канала. Тестовые испытания подтвердили эффективность методики.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Результаты продолжительных измерений на среднеширотных калиброванных трассах малой и средней протяженности, позволившие определить необходимые периоды основания и упреждения оперативного прогноза качества передачи дискретных сообщений по узкополосному ВЧ каналу.

2. Методика оперативного прогноза качества передачи дискретных сообщений по узкополосному ВЧ каналу, которая базируется на адаптивной имитационной модели канала, учитывающей основные механизмы распространения ВЧ волн в магнитоактивной пространственно неоднородной ионосфере.

3. Результаты экспериментального тестирования методики прогнозирования качества передачи дискретных сообщений, подтвердившие ее эффективность.

Достоверность полученных в диссертации результатов

Обоснованность и достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом проведенных измерений на радиотрассах в период с 2009 г. по 2012 г.; использованием при обработке результатов эксперимента стандартных методов математической статистики; применением в расчетах Международной справочной модели ионосферы IRI-2011, рекомендованной как стандарт для международного использования Комитетом по космическим исследованиям (COOSPAR) и Международным радиосоюзом (URSI).

Практическая значимость и использование результатов работы

Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы для:

1. оперативного прогнозирования качества передачи дискретной информации по узкополосным ВЧ канала на время упреждения до одного часа;

2. построения схемы работы средств текущей диагностики состояния канала на запросно-ответных линиях связи;

3. определения стартовой ситуации в адаптивных системах связи по критерию минимального числа ошибок в передаваемом сообщении;

4. имитационного моделирования и испытания модемов, систем и кустов связи с максимальным приближением к реальным условиям распространения ДКМВ (декаметровых волн);

5. тестирования разрабатываемых модемов на полученной при выполнении диссертации базе данных.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: 14-ая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-14», г. Уфа, 2008 г.; XIV региональная конференция по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2008 г.; VIII Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; XV региональная конференция по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2009 г.; Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века — будущее российской науки», г. Ростов-на-Дону, 2009 г.; 16-ая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-16», г. Волгоград, 2010; XVI региональная конференция по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2010 г.; XVII международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», 12-14 апреля, г. Воронеж, 2011г.; 13th International Ionospheric Effects Symposium, IES2011, Alexandria VA USA; XXIII Всероссийская Научная Конференция «Распространение радиоволн», г. Йошкар-Ола, 2011 г.; 15-17 May

2012, Royal Yourk Hotel, UK, Ionospheric Radio Systems and Techniques 2012 (IRST 2012).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, 5 из них - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 - в трудах зарубежных конференций.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, четырех разделов (глав), заключения, списка литературы; изложена на 135 листах; содержит 46 рисунков и 21 таблицу. Список цитируемой литературы включает 82 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определяются ее цели и задачи, показывается научная новизна, сообщается об апробации работы, формулируются положения, выносимые на защиту, а также описывается задача оперативного прогноза.

Под оперативным прогнозом понимается процесс измерения и прогнозирования ряда параметров канала в реальном времени и использование полученных данных для количественной оценки ожидаемого качества передачи на заданное время упреждения. Согласно рекомендации АН СССР основными параметрами оперативного прогноза являются: период основания прогноза Тосн -промежуток времени, на базе которого строится прогноз, и период упреждения Тупр — промежуток времени, на который разрабатывается прогноз с заданной точностью. Взаимное расположение эти временных отрезков приведено на рисунке 1.

V.__А___J

V V

т„,

упр

Рис. 1

В первой главе, состоящей из 8 разделов, приводится сводка применяемых на практике показателей качества связи, описываются методики их расчета при передачи дискретных сообщений ограниченного объема по ВЧ каналам и представляются результаты моделирования, позволившие оценить влияние различных факторов на качество связи. Показано, что качество передачи дискретных сообщений по ВЧ каналам можно объективно оценивать вероятностью (или частостью) ошибки и надежностью связи. При передаче сообщений ограниченного объема надежность связи заменяется на коэффициент надежности связи (КНС).

Здесь же (второй раздел) с помощью имитационного моделирования сделана оценка влияний корреляционных свойств интерференционного поля на по-

показатели качества связи. Результаты представлены на рисунке 2. На рис. 2а — КНС, на рис. 26 - распределение числа ошибок. Биномиальный канал — корреляция отсутствует, составной канал — полная корреляция. Распределение амплитуд принималось по закону Рэлея. Число передаваемых символов в телеграмме N=50, среднее отношение сигнал/шум на сеансе связи И = 1.

Число ошибок т Число ошибок т

а) б)

Рис. 2

В третьем, четвертом и пятом разделах приводится описание методик расчета качества связи и результаты имитационного моделирования, позволившие количественно оценить чувствительность средней частости ошибки от вида распределения уровня сигнала или уровня отношения сигнал/шум в канале.

Для каждого распределения (по рекомендациям МСЭ) уровня сигнала и распределения уровня шума по нормальному закону были рассчитаны зависимости частости ошибки от отношения сигнал/шум - (рисунок 3). Выбранные параметры распределений помещены рядом с рисунком. Показано, что средняя частость ошибки для различных распределений может отличаться на несколько порядков. Отмечается, что хотя виды распределений вероятностей, наблюдаемые в ходе измерений на трассах, хорошо известны, в литературе нет убедительных данных, устанавливающих связь между статистическими характеристиками поля и его структурой в пункте приема.

В шестом разделе представлены результаты моделирования, позволившие оценить влияние лучевой структуры на показатели качества связи. Для этого были проведены расчеты зависимости средней вероятности ошибки от отношения сигнал/шум - р(И) при различной лучевой структуре. Вид манипуляции -амплитудная, на приеме - решающая схема с переменным порогом. Результаты моделирования на рисунке 4. Здесь импульсные характеристики для двух рассмотренных случаев приведены в поле рисунка. Приведенный пример убедительно доказывает необходимость учета структуры поля в расчетах качества связи.

По результатам моделирования сделан вывод, что такая мера, как среднее значение отношения сигнал/шум не является достаточным индикатором качества передачи дискретных сообщений. Необходимо знать динамику поведения

сигнала и шума, т.е. их амплитудные распределения и корреляционные свойства, а также лучевую структуру поля в пункте приема.

10 20 30 40 Отношение сигнал-шум, дБ

Обозначения к рисунку:

1 - рэлеевское распределение;

2 - нормальное или гауссово распределение при а(х) / М(х) = 0,53;

3 - нормальное или гауссово распределение при ст(х)/ М(х)=0,9; 4 - распределение На-кагами-Райс

(«-распределение Накагами) при р = 0,9;

5 - распределение Накагами-Райс («-распределение Накагами) при р = 0,5;

6 - распределение Накагами-Райс («-распределение Накагами) при р = 0,4; 7- т-распределение Накагами при т = 2; 8 - т-распределение Накагами при т = 3 .

Рис. 3

Отношение сигнал/шум, дБ Рис.4

В седьмом разделе приводится анализ литературных данных, которые могут быть использованы при разработке алгоритма оперативного прогноза качества связи. Показано, что в литературе практически отсутствуют достоверные экспериментальные данные о кратковременной стабильности энергетических характеристик ВЧ канала. Практически нет сведений о статистике ошибок при разных видах манипуляции.

Во второй главе приводятся результаты экспериментальных исследований на калиброванных среднеширотных радиотрассах протяженностью ~ 400 1000 км, позволившие оценить вариации напряженности поля (уровня сигнала)

ото дня ко дню в пункте приема, получить количественные оценки инерционных свойств энергетических характеристик узкополосного ВЧ канала, исследовать поведение во времени частости ошибок при передаче бинарных сигналов с амплитудной манипуляцией. Делается заключение о необходимой величине периода основания и о возможном периоде упреждения оперативного прогноза поля сигнала. Использовались пять баз данных. Две из которых — собственные измерения. Общий объем измерений составил более 5000 часов.

Прежде всего получены значения необходимого времени усреднения, при котором степень приближения оценки к истинному среднему становится менее 1 дБ. Это время может являться периодом основания оперативного прогноза - промежутком времени, на базе которого строится ретроспекция. Результаты за весь период наблюдений представлены в таблице 1. В ней для времен усреднения 20 и 30 минут приводятся значения среднеквадратичных отклонений а (дБ) от среднего за час. Из полученных результатов сделан вывод о необходимой величине периода основания оперативного прогноза не менее 20 минут.

Исследованы вариации уровня сигнала ото дня ко дню от среднемесячных значений. Результаты представлены в таблице 2. Здесь дано среднеквадратичное отклонение а в дБ. Сделан вывод, что возможный разброс уровней сигналов (2а) может достигать 10 дБ днем и 14 дБ ночью и, следовательно, данные долгосрочного прогноза напряженности поля сигнала не могут быть использованы в оперативном прогнозе.

Таблица 1

Среднеквад! эатичное отклонение а, дБ

Время эксперимента Частота, МГц Время усреднения, минуты

День Ночь

20 30 20 30

Осень 2009 10,9 - - - -

8,5 0,7 0,5 - -

Весна 2010 10,9 0,9 0,5 1,6 1,0

8,5 0,8 0,5 1,2 0,8

Лето 2010 10,9 1,0 0,5 - -

8,5 0,9 0,5 0,9 0,6

Зима 2011 10,9 1Д 0,6 1,9 1,6

8,5 0,5 0,4 0,9 0,6

Весна 2011 10,9 1,2 0,7 1,4 0,8

7,0 0,8 0,5 1,7 1Д

Средние значения 0,9 0,5 1,4 0,9

Таблица 2

Вариации ото дня ко дню а, дБ

Период наблюдения Частота, МГц Дневные часы Ночные часы

Весна 2009 10,9 5,1 -

Лето 2009 10,9 3,5 -

Осень 2009 8,5 3,8 -

Зима 2010 10,9 2,7 -

8,5 3,9 4,5

Весна 2010 10,9 4,6 4,7

8,5 4,1 7,0

Лето 2010 10,9 - -

8,5 3,7 5,2

Средние значения 10,9 3,9 4,7

8,5 3,9 5,6

Таблица 3

Получены результаты количественной оценки кратковременной стабильности уровня сигнала. В обработку включались дневные, ночные и сумеречные часы. При этом исключался тренд, описывающий регулярные суточные изменения уровня. Затем определялись возможные изменения среднего уровня сигнала (за 20 минут) за время до часа. Примеры типичных зависимостей представлены на рисунке 5. Обобщенные результаты (трасса 990 км) отклонений Д в дБ за час помещены в таблицу 3. Как видно из рисунков и таблицы, абсолютные изменения за час средних значений уровня сигнала (усреднение за 20 минут) в большинстве случаев не превосходили 2 дБ и следовательно, это время можно принять за период упреждения.

А уровня сигнала, дБ

Период наблюдения Частота, МГц День Ночь Сумеречные часы

Весна 2009 10,9 1,3 - -

Лето 2009 10,9 1,1 - -

Осень 2009 8,5 1Д - 1,3

Зима 2010 10,9 1,1 - -

8,5 1,4 1,4 1,0

Весна 2010 10,9 1,7 1,6 1,9

8,5 1,4 2,3 2,1

Лето 2010 10,9 1,2 1,9 1,2

8,5 - - -

Осень 2010 10,9 1,4 - 0,8

8,5 1,7 - 1,5

Средние значения 10,9 1,3 1,7 1,2

8,5 1,4 1,8 1,4

2,0

} 1,5 -

1,0 -

0,5-

0,0

Сентябрь 2009 1=8,5 МГц, день

Июнь 2010 £=10,9 МГц, ночь

Н-1-1-1-Г

15 30 45 Время /, мин.

а)

Рис. 5

Также во второй главе приводятся результаты исследования временной стабильности частости ошибок. Представление о зависимости частости от времени усреднения Т дают графики на рисунке 6. Рабочая частота 7,0 МГц; среднее отношение сигнал/шум за 20 минут ~ 10 дБ. Подобно кратковременной стабильности уровня сигнала были детально исследованы инерционные свойства частости ошибок. Результаты представлены на рисунке 7.

Т=10 сек. Р =0,009

ст/Р =1,48

ср

12:00 12:20 12:40 Местное время, час.

а)

13:00

Т=20 мин. Р =0,009

ср

ст/Р =0,13

ср

I 1 I 'I 12:00 12:20 12:40 13:00 Местное время, час. б)

Рис. 6

в) г)

Рис. 7

Помимо временной стабильности перечисленных выше характеристик в работе приводятся результаты наблюдаемой изменчивости за время наблюдения до часа распределения мгновенных значений уровней сигнала.

Основной вывод второй главы - получены численные значения времени основания и времени упреждения, которые необходимо учитывать при построении оперативного прогноза.

Третья глава. В данном разделе приводятся результаты экспериментальных исследований, проводимых в течение длительного времени, радиошумов в диапазоне 8,5 - 10,9 МГц. Измерения позволили определить необходимое время усреднения для получения оценки среднего значения шумов с заданной степенью приближения, исследовать их статистические и корреляционные характеристики, получить вариации уровня то дня ко дню, сделать количественные

оценки инерционных свойств узкополосных шумов. Обработка производилась по аналогии с сигналом (Глава 2).

Необходимое время усреднения уровня сигнала для получения оценки со степенью приближения не более 1 дБ составило 20 минут. Разброс уровней радиошумов (2а) в дневные часы достигал 10 дБ днем, 16 дБ - ночью. Средний уровень шума за час менялся не более чем на 2 дБ ( медленнее чем сигнал).

Также была проведена проверка возможности описания флуктуаций уровня шума нормальным законом. Использовался модифицированный критерий Колмогорова (уровень значимости 5%). Результаты проверки за весь период измерений представлены в сводной таблице 4.

Таблица 4

Процент принятия сложной гипотезы

Частота, МГц День Ночь

Д 1=100 Гц Д£=1200 Гц Д£=100Гц Д^=1200Гц

8,5 74% 75% 82% 78%

10,9 67% 64% 65% 63%

Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности использования в имитационной модели ионосферного канала генератора, вырабатывающего последовательность отсчетов шума в заданной полосе с нормальным законом распределения.

В четвертой главе изложены два варианта методики построения оперативного прогноза, отличительная особенность которых - для получения необходимой информации о лучевой структуре и динамике поля сигнала в пункте приема используется имитационная модель канала. Приводятся результаты экспериментальной проверки прогноза, реализующего предложенные методики. Процедура оперативного прогноза передачи дискретных сообщений реализована в виде пакета программ, блок-схема которого представлена на рисунке 8.

Генератор тестовых последовательностей генерирует бинарные последовательности заданной длины с произвольной длительностью двоичных элементов. Генератор шума (генератор аддитивной помехи) вырабатывает отсчеты шума с нормальным законом распределения в полосе сигнала. Модель решающей схемы реализует алгоритм обработки сообщений на приеме. В блоке обнаружения ошибок сравнивается тестовая последовательность с последовательностью на выходе решающей схемы. Основным блоком является имитационная модель, которая максимально отражает специфику распространения ДКМВ в магнитоактивной пространственно-неоднородной ионосфере. На рисунке 9 приведена блок-схема алгоритма имитационной модели. Для расчета интерференционного поля предложено два подхода. Первый вариант - поле находится в результате расчета траекторий двумерно неоднородной ионосфере. Во втором упрощенном варианте поле представляется суммой парциальных гармонических колебаний с частотами:

/» = /. +A/;C0S

2rt

■ + V,

где /0 - несущая частота, Д/у - амплитуда доплеровского смещения, Tj - период изменения доплеровской частоты, совпадающий с периодом ПИВ (перемещающееся ионосферное возмущение). Фаза у-го луча изменяется по закону:

Ф. (í) = 2n\f¡ (t)dt = 2+ TjAfj sin

2iá

-+ ¥,

rp T J

\ J

+ <Pr

а сам бинарный сигнал, прощедщий по траектории отдельного луча, на выходе канала принимает вид:

Xj(t) = AjS(t-Tj)cos

2<(/-r.) + 7-A/jSin

2 tff-т,)

■Y,

+ <P,

где >%) - тестовая бинарная последовательность, т] - групповая задержка. Амплитуды лучей Аі считаются неизменными. Комплексная огибающая однолу-чевого сигнала имела вид:

х:(t) = A:S(t - r,)exp

TjAfj sin

2n(t -Tj)

-Vj

+ cp

Для N лучей мгновенная амплитуда суммарного сигнала при наличии шума r¡{t):

(2пÍt-тЛ л

2 л/о С "Tj) + TjAfj Sln

Еліг„(')= X AjS(t-Tj) eos 7=1

Комплексная амплитуда огибающей сигнала и шума:

2 лjt-Tj)

É(t)=X¿jS(t-Tj)ex р

7=1

TjAfj sin

Откуда амплитуда огибающей имела вид:

-Yj

-CPj

+ 7(0.

-<Pj

+ tj(t).

E{t) =

AjS(t-Tj) eos

V7=l /

Y. Ají .7=1

TjAfj sin

2 n(t-Tj)

\ Л2

+<pj

) У

тj ) sin TjAfjún (2n{t-Tj) Л т +Vj \

+ <Pj + 'Jsd)

_ К 7 ) _ У

где , г]х(!) - квадратурные компоненты шума.

Рисунок 10 иллюстрирует возможности предлагаемой методики оперативного прогноза. Здесь для невозмущенной ионосферы рис. 10а -дистанционно-частотная характеристика трассы в динамическом диапазоне 40 дБ, на рисунке 106 - частотная зависимость памяти канала. Условия моделирования: меридио-

нальная трасса протяженностью 935 км, время - полдень. На рисунке 10в-д -лучевая структура поля (траектории) и на рисунках 10е, 11а-б вариации суммарного поля за 20 минут соответственно на частотах 7,0; 10,5; 12,0 МГц.

Генератор тестовой последовательности

Рис.

Пространственное распределение ионизации вдоль трассы

Квазипараболическая аппроксимация ионосферы + модель ІРІ

Блок расчета траекторных характеристик ДКМВ и МПЧ (модифицированный метод РИ)

Блок расчета энергетических характеристик ДКМВ

Учет перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ)

<СЗ={~ Коррекция по данным текущей диагностики

|ос о-С

ОС

Учет магнитного поля Земли

Высотное распределение ионизации Профиль частот соударений

Расчет столкновительного поглощения

Расчет пространственного ослабления

Расчет потерь поляризационного рассогласования

Расчет потерь при отражении от поверхности Земли

Библиотека антенн

Расчет суммарного поля

Рис. 9

1=12,0 МГц

"1-1-Г

12 16 20 Отношение сигнал-шум, дБ

В)

1=10,5 МГц Сигнал/шум 10 дБ

I 1 I 1—Г-1-!—1 I 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

Частость ошибок

1,00,8 "

Оо,б-я

0,41

0,2 -

0,0

1=12,0 МГц Сигнал/шум 10 дБ

1 1——I— 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

Частость ошибок Д)

I 1 I

I 8 12 16 20 24 28 32 Отношение сигнал-шум, дБ

е)

Рис. 11

Отличительная особенность узкополосного канала - возможность пренебречь частотной дисперсией парциальных лучей в пределах полосы сигнала. При таком допущении импульсная характеристика многолучевого канала принимает вид:

g(.t)=£gk(t)=tuk (0 s{t - РЦ (0 / с) • ехр(- i ■ 2 л- f{t - Рк (0 / с)) , Ы\ к=1

где Pk(t) - фазовый путь, Pk(t) - групповой путь, U/,(t) - напряжение на клеммах приемной антенны, S(t) - дельта-функция. Значения сигнала на выходе канала S2 (t) получаются путем свертки импульсной характеристики и входного сигнала :

s2{t) = g{t)®Sl{t).

Типичные примеры рассчитанных показателей качества связи для двух частот приведены на рисунке 11в-д. Каждая кривая получена с определенным набором параметров ПИВ.

Результаты расчета частости ошибок двумя вариантами предложенной методики представлены на рисунке lie. Из рисунка следует, что упрощенный алгоритм может применятся для прогнозировании качества передачи дискретных сообщений.

Затем в работе приводятся результаты экспериментального тестирования методики прогнозирования с использованием упрощенной модели. Для тестирования были выбраны дневные и ночные часы суток (соответственно 11.0014.00 и 22.00-02.00). В условиях отсутствия текущей диагностики параметров ПИВ-ов была применена следующая последовательность уточнения (подбора) параметров частот парциальных лучей: амплитуд доплеровских сдвигов ,

периодов Tj и начальных фаз y/j для получения максимального совпадения

экспериментальных зависимостей частости ошибок от отношения сигнал/шум и рассчитанных на время обоснования 20 минут. Примеры проверки методики представлены на рисунке 12. Здесь же помещены зависимости частости ошибки от отношения сигнал/шум, полученные в предположении составного канала с замираниями уровня сигнала по закону Рэлея и канала с шумами, но без замираний сигнала.

Представленные графики и аналогичные, приведенные в диссертации, свидетельствуют о хорошем качественном и количественном совпадении наблюдаемых и прогнозируемых зависимостей частости ошибок от отношения сигнал/шум. Имеющиеся отклонения прогноза от результатов измерений для многих случаев практической радиосвязи можно считать приемлемыми. В то же время расчет по традиционным методикам (замирания по Рэлею или без замираний) сопровождается ошибками, которые могут превосходить два порядка. Общий объем обработанных экспериментальных данных составил -1100 часов.

ґ=7,0 МГц * * * . % Дата 12 апреля 2011 г.

ґ=8,5 МГц Дата 16 мая 2010 г.

т-1-1-1-1-1-г

4 8 12 16 20 Отношение сигнал-шум, дБ

а)

£=10,9 МГц Дата 10 марта 2011 г.

10 —I-1-1-'-Г

4 8 12 16 20 Отношение сигнал-шум, дБ

В)

-Эксперимент — -

— • —Канал без замираний---

- Прогноз

-Канал с замираниями (Рэлей)

Рис. 12

В заключении формулируются основные выводы и результаты, полученные в работе. Они следующие:

1. Необходимое время усреднения для получения оценки среднего уровня сигнала и шума с заданной степенью приближения составляет 20 минут. Именно это время следует принимать за период основания оперативного прогноза.

2. Вариации ото дня ко дню средних значений уровня сигнала и шума в течение каждого месяца измерений на всех трассах имели близкие значения. Типичные величины среднеквадратичных отклонений для уровня сигнала - 4-6 дБ, для шума 2-8 дБ. Т.е. размах вариаций — удвоенное стандартное отклонение, достигает 12 и 16 дБ соответственно. Полученные результаты позволяют еде-

лать вывод о неэффективности использования среднемесячных значений уровня сигнала и шума при прогнозировании качества связи.

3. Проведено исследование кратковременной стабильности уровня сигнала и шума. Показано, что абсолютные изменения средних значений уровня сигнала за час в дневные, ночные и сумеречные часы в среднем не превышали 2,0 дБ, т.е. были ниже инструментальной погрешности измерений. Таким образом, подтверждено, что процессы, ответственные за энергетику поля ВЧ волн, обладают инерционными свойствами. Именно эти результаты позволили строить оперативный прогноз на период упреждения до одного часа.

4. Предложены два варианта оперативного прогнозирования качества передачи дискретных сообщений по узкополосному ВЧ каналу. Первый базируется на имитационной модели канала, которая позволяет прогнозировать ожидаемое число лучей, их относительные уровни и взаимное запаздывание при распространения ДКМВ в магнитоактивной пространственно-неоднородной ионосфере с привязкой к конкретным гелио- и геофизическим условиям. Второй подход предполагает использование упрощенного алгоритма расчета интерференционного поля. Сравнение результатов работы двух алгоритмов позволило сделать вывод о возможности использования упрощенного подхода.

5. Проведено экспериментальное тестирование методики прогнозирования качества передачи дискретных сообщений, базирующейся на упрощенной модели канала. Результаты сравнения позволяют говорить о корректности применения такого подхода к оперативному прогнозу показателей качества связи. Погрешность прогноза средней частости ошибки не превосходила 80%, что во многих практических случаях может считаться приемлемым.

Личный вклад соискателя

Автор принимал непосредственное участие в разработке стенда для проведения экспериментальных исследований. Им была составлена управляющая программа, обеспечивающая выполнение измерений в автоматическом режиме и хранение результатов. Все программы обработки результатов измерений разработаны автором самостоятельно. Автором проведена полная обработка и анализ результатов эксперимента.

Автор принимал активное участие в создании методик оперативного прогноза качества связи. Программная реализация методик и их тестирование выполнены диссертантом самостоятельно.

Публикации автора по теме диссертации*

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

1. Б.Г. Барабашов, A.C. Огарь, Л.П. Радио. Экспериментальная оценка

Стабильности характеристик ВЧ канала. // «Труды НИИР», 2010, №2, с. 61-64.

2. Б.Г. Барабашов, А.С, Огарь. Прогнозирование качества передачи цифро-

вых сообщений по ВЧ-радиоканалам. // Электромагнитные волны и электронные системы, №6 ,2010, с. 40-43.

3. Б.Г. Барабашов, А.С, Огарь, Л.П. Радио. Оценка кратковременной стабиль-

ности энергетических характеристик ионосферного ВЧ радиоканала. // Электромагнитные волны и электронные системы, №5 , 2011, с. 41-45.

4. Б.Г. Барабашов, В.И. Кукса, А.С, Огарь. Оценка статистической погрешности

расчета надежности приема дискретных сообщений.// «Труды НИИР», №3,2011, с. 78-83.

5. Б.Г. Барабашов, A.C. Огарь, Л.П. Радио. Исследование кратковременной

стабильности характеристик ионосферного радиоканала (результаты измерений на трассах). // «Труды НИИР», №3, 2012, с. 56-66.

Публикации в других изданиях.

6. A.C. Огарь. Моделирование статистических характеристик ВЧ канала.

// Материалы Четырнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-14», г. Уфа, 2008, с. 494495.

7. Е.В. Кондаков, A.C. Огарь. Оценка качества передачи дискретных сообщений

по ионосферному радиоканалу. // Материалы Региональной XIV конференции по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2008, с. 7576.

8. Б.Г. Барабашов, A.C. Огарь. Новый подход к прогнозированию качества пе-

редачи дискретных сообщений по ВЧ радиоканалам. // Материалы VIH Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», г.Санкт-Петербург, 2009, с.50-51.

9. Е.В. Кондаков, A.C. Огарь, А.Ю. Гаврилов. Экспериментальное исследование

радиошумов. // Материалы Региональной XV конференции по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2009, с. 95.

10. A.C. Огарь. Об одном способе оценки качества передачи дискретных сооб-

щений по ионосферному радиоканалу. // Труды аспирантов и соискателей Южного федерального университета, Том XIV, г. Ростов-на-Дону, 2009, с. 47-50.

11. A.C. Огарь. Прогнозирование числа ошибок в ВЧ канале. // Сборник мате-

риалов докладов 6-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века — будущее российской науки », Том 1, г. Ростов-на-Дону, 2009, с. 216-217.

12. А.С. Огарь, Л.П. Радио. Экспериментальная оценка долгосрочной и кратко-

временной стабильности ВЧ канала. //"Материалы Шестнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-16», г. Волгоград, 2010, с. 576-577.

13. А.С. Огарь, Л.П. Радио. Экспериментальные исследования стабильности ха-

рактеристик ионосферного радиоканала. // Сборник научных трудов Региональной XVI конференции по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2010, с. 111-113.

14. Б.Г. Барабашов, А.С. Огарь, О.Ю. Пелевин. Оперативное прогнозирование

качества передачи бинарных сообщений по ВЧ радиолиниям на базе имитационной модели канала. // Материалы XVII международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», 12-14 апреля, г. Воронеж, Том 2 , 2011, с. 962-965.

15. B.G. Barabashov, A.S. Ogar, L.P. Radio. Estimation of time stability of charac-

teristics of HF communication channel(Results of experimental research). // 13th International Ionospheric Effects Symposium, IES2011, Alexandria VA USA, www.ies2011.com, 2011, pp. 312-315.

16. Б.Г. Барабашов, А.С, Огарь, Л.П. Радио. Кратковременная стабильность ха-

рактеристик поля декаметровых радиоволн (по результатам измерений на трассах). // Труды XXIII Всероссийской Научной Конференции «Распространение радиоволн», г. Йошкар-Ола, 2011, Т.З , с. 25-28.

17. B.G. Barabashov, A.S. Ogar, and O.Y. Pelevin. Rreal-time prediction of quality

of binary message transmission via radiolinks using a channel simulation model.// Ionospheric Radio Systems and Techniques 2012 (IRST 2012), 15-17 May 2012, Royal Yourk Hotel, UK, P05.

Подписано в печать 10.04.13. Формат 60 х 84 Vi6- Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 2847.

Отпечатано в типографии ЮФУ 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 200/1. Тел. (863) 247-80-51.

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Огарь, Андрей Сергеевич, Ростов-на-Дону

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201357457

Огарь Андрей Сергеевич

01.04.03 - радиофизика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук,

профессор Барабашов Борис Григорьевич

Ростов-на-Дону 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................4

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ ПО ВЧК AHA ЛАМ.........................................11

1.1. Основные количественные характеристики качества передачи дискретных сообщений...........................................................................................12

1.2. Показатели качества передачи дискретных сообщений в сеансах связи ограниченной длительности....................................................................................16

1.3. Методики расчета качества передачи дискретных сообщений по ВЧ

каналам. Поэлементный прием (общий случай)..................................................22

1.4 Оценка на моделях зависимости качества передачи дискретных сообщений от вида распределения и типа канала...............................................24

1.5. Модели каналов связи.......................................................................................26

1.6. Влияние лучевой структуры сигнала на ошибки при передаче цифровых данных.......................................................................................................................28

1.7. Постановка задачи и обеспеченность оперативного прогноза.....................31

1.8. Основные выводы.............................................................................................34

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННОЙ СТАБИЛЬНОСТИ УРОВНЯ СИГНАЛА.................................................................................................................36

2.1. Содержание и объем экспериментальных данных........................................36

2.2. Определение среднего уровня сигнала с заданной степенью приближения.............................................................................................................39

2.3. Вариации ото дня ко дню средних значений уровня сигнала.....................43

2.4. Моделирование..................................................................................................52

2.5. Кратковременная стабильность уровня сигнала............................................53

2.6. Исследование амплитудного распределения уровня сигнала.....................59

2.7. Оценка средней частости ошибок...................................................................62

2.8. Основные выводы...................................... .......................................................65

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОШУМОВ.................................................67

3.1. Содержание и объем экспериментальных исследований............................68

3.2. Определение среднего уровня шума с заданной степенью приближения.. 68

3.3. Исследование суточной зависимости уровня радиошума...........................71

3.4. Вариации уровня радиошума ото дня ко дню................................................73

3.5. Кратковременная стабильность уровня радиошума......................................75

3.6. Исследование амплитудного распределения радиошумов..........................79

3.7. Исследование корреляционных функций уровней радиошумов.................82

3.8. Исследование зависимостей уровней радиошумов от полосы

пропускания..............................................................................................................84

3.8. Основные выводы.............................................................................................85

ГЛАВА 4. ОПЕРАТИВНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ БИНАРНЫХ СООБЩЕНИЙ ПО ВЧ КАНАЛАМ.......................87

4.1. Алгоритм прогноза (вариант 1).......................................................................87

4.2. Пример практической реализации алгоритма................................................97

4.3. Упрощенный алгоритм расчета интерференционного поля (вариант 2).. 109

4.4. Экспериментальное исследование. Тестирование методики оперативного прогноза...................................................................................................................113

4.5. Основные выводы...........................................................................................123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................125

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................128

ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на широкое применение высокоэффективных систем передачи информации таких, как кабельные, радиорелейные, спутниковые, радиосвязь по ионосферным радиоканалам остается важным звеном многих национальных и международных систем связи. Ионосферная радиосвязь, она же декаметровая (ДКМ), высокочастотная (ВЧ), коротковолновая (КВ), согласно документам Международного союза электросвязи (МСЭ) обеспечивает следующие службы: магистральную, зонную и местную радиосвязь, радиовещание, линии для земных станций спутниковой связи, авиационную связь «земля-воздух», морскую связь «берег-судно», сеть радиосвязи Гидрометеослужбы, различные наземные подвижные радиослужбы, военную связь и т.д. [1]. Этот список может быть без труда продолжен. К преимуществам ВЧ связи относят оперативность установления прямой связи как на малые, так и глобальные расстояния, возможность обеспечения связи через большие труднодоступные пространства (зоны повышенного заражения, пустыни, горы, лесные завалы). Особое значение приобретает ВЧ связь в чрезвычайных ситуациях - при координации действий различных служб в районах стихийных бедствий и проведении аварийно-спасательных работ [2]. Немаловажное значение имеет также финансовая сторона - относительно низкая стоимость одного ВЧ канала на километр протяженности линии.

Одновременно ВЧ радиосвязи присущи и существенные недостатки. ВЧ канал характеризуется исключительной изменчивостью характеристик,

их зависимостью от времени суток, сезона, гелио- и геофизических условий, от протяженности и ориентации трасс. Все это позволяет отнести ВЧ канал к числу нестационарных с быстро меняющейся структурой.

На пути преодоления перечисленных недостатков одним из основных называют повсеместный переход от аналоговых систем к цифровым. Такой переход позволил в значительной степени реализовать фундаментальные успехи теории передачи дискретных сообщений по радиоканалам с памятью, шумами и замираниями, в частности, применить высокоэффективные методы цифровой обработки сигналов и помехоустойчивое кодирование. Однако обоснованный выбор способов оптимального приема и кодирования может быть сделан только с учетом свойств канала. Известные методики расчета качества передачи цифровых сообщений предполагают реализацию модельных алгоритмов. При этом входной информацией, описывающей статистические и корреляционные свойства канала, принимается плотность распределения вероятностей 1¥(К) и автокорреляционная функция случайной величины к - отношения сигнал/шум. Но в случае ВЧ радиоканала, когда влияние ионосферы на сигналы носит сложный случайный характер, однозначно связать эти характеристики с условиями распространения для прогноза качества связи не всегда удается. Практики ионосферной связи давно пришли к выводу [3,4,6] , что в условиях сильной изменчивости канала в течение суток, сезона и года, при планировании связи наличие данных долгосрочного и краткосрочного прогнозов условий распространения недостаточно. Необходимо иметь прогноз характеристик непосредственно перед установлением связи и в ходе ее ведения, т.е. оперативный прогноз.

Под оперативным прогнозом понимается процесс измерения и прогнозирования ряда параметров канала в реальном времени и использование полученных данных для количественной оценки ожидаемого качества передачи на заданное время упреждения. Согласно рекомендации АН СССР основными параметрами оперативного прогноза являются: период основания прогноза Тосн - промежуток времени, на базе которого строится прогноз, и пе-

риод упреждения Тупр - промежуток времени, на который разрабатывается прогноз с заданной точностью. Взаимное расположение эти временных отрезков приведено на рисунке 1.

V___Л___У

V V

-I п

1У"Р

Рис. 1

Согласно рекомендации МСЭ 889-2 [6], такой оперативный прогноз позволит обеспечить высококачественную ВЧ связь даже при неблагоприятных условиях распространения, сделать ее достойной альтернативой спутниковой связи. Однако после выхода монографии Хмельницкого Е.А. (1975 г.) и рекомендации МСЭ 889-2 (1990 г.), в которых подчеркивалась важность оперативного прогноза, практически не было публикаций по этой тематике. Отсутствуют также работы, в которых бы приводились количественные оценки краткосрочной стабильности характеристик ионосферного канала. А именно она необходима для правильного определения глубины упреждения оперативного прогноза.

В то же время возросшие возможности вычислительных средств, а также применение имитационных моделей, в максимальной степени воспроизводящих реальные механизмы распространения радиоволн, позволяют на качественно новой основе подойти к прогнозированию надежности связи по ионосферным радиолиниям. Что касается периода основания и периода упреждения оперативного прогноза, то они могут быть определены на основании обобщения результатов измерений на радиотрассах.

Цели и задачи диссертации.

Для достижения поставленных целей потребовалось решить следующие задачи:

- Экспериментально подтвердить, что процессы, ответственные за энергетику поля ВЧ волн, обладают инерционными свойствами. Получить количественные оценки стабильности характеристик ВЧ каналов.

- Провести экспериментальную проверку предложенной методики.

Научная новизна.

сти ошибок. На этой основе определено необходимое время основания для оперативного прогноза.

Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом проведенных измерений на радиотрассах в период с 2009 г. по 2012 г.; использованием при обработке результатов эксперимента стандартных методов математической статистики; применением в расчетах Международной справочной модели ионосферы ИИ-2011, рекомендованной как стандарт для международного использования Комитетом по космическим исследованиям (СООБРАЯ) и Международным радиосоюзом (1Л181). Положения, выносимые на защиту.

1. Результаты продолжительных измерений на среднеширотных калиброванных трассах малой и средней протяженности, позволившие подтвердить, что процессы, ответственные за энергетику поля ВЧ волн (как сигнала, так и помехи), обладают инерционными свойствами, что позволяет определить необходимые периоды основания и упреждения оперативного прогноза качества передачи дискретных сообщений по узкополосному ВЧ каналу.

2. Методика оперативного прогноза качества передачи дискретных сообщений по узкополосному ВЧ каналу. Методика базируется на адаптивной имитационной модели канала, учитывающей основные механизмы распространения ДКМВ в магнитоактивной пространственно неоднородной ио-

носфере. Методика позволяет прогнозировать практически все применяемые на практике количественные характеристики качества связи.

3. Результаты тестирования разработанной методики, подтвердившие ее эффективность.

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в разработке стенда для проведения экспериментальных исследований. Им была составлена управляющая программа, обеспечивающая выполнение измерений в автоматическом режиме и хранение результатов. Все программы обработки результатов измерений разработаны автором самостоятельно. Автором проведена полная обработка и анализ результатов эксперимента.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на следующих научных конференциях: 14-ая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-14», г. Уфа, 2008 г.; XIV конференция по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2008 г.; VIII Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; XV конференция по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2009 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Молодежь XXI века - будущее российской науки», г. Ростов-на-Дону, 2009 г.; 16-ая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-16», г. Волгоград, 2010 г.; XVI конференция по распространению радиоволн, г. Санкт-Петербург, 2010 г.; XVII международная научно-техническая конференция «РАДИОЛОКАЦИЯ, НАВИГАЦИЯ, СВЯЗЬ», 12-14 апреля, г. Воронеж, 2011г.; 13th International Ionospheric Effects Symposium, IES2011, Alexandria VA USA; XXIII Всероссийская Конференция «Распространение радиоволн»,

г. Йошкар-Ола, 2011 г.; 15-17 May 2012, Royal Yourk Hotel, UK, Ionospheric Radio Systems and Techniques 2012 (IRST 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, 5 из них - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 - в трудах зарубежных конференций.

Практическая значимость и использование результатов работы.

Возможная область применения полученных результатов приводится в заключение диссертации.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех разделов (глав), заключения, списка литературы; изложена на 135 листах; содержит 46 рисунков и 21 таблицу. Список цитируемой литературы включает 82 наименования.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ ПО ВЧ КАНАЛАМ

(обзор)

Повсеместный переход от аналоговых систем связи к цифровым сопровождался появлением в 50е - 60е годы многочисленных фундаментальных теоретических работ по методам передачи и приема дискретных сообщений по нестационарным радиоканалам с флуктуационным шумом и замираниями. Здесь, прежде всего, следует назвать работы отечественных авторов - Котельникова В.А., Финка Л.М., Кловского Д.Д., Зюко А.Г., Хмельницкого Е.А. Были решены вопросы потенциальной и реальной помехоустойчивости цифровых систем связи, предложены методы оценки качества передачи для различных моделей каналов. Обширная библиография по этой тематике помещена в работе [4].

В данном разделе приводится сводка применяемых на практике показателей качества передачи дискретных сообщений, излагаются основные принципы их расчета. Отмечается, что разработанные методы предполагают наличие априорных данных о статистических свойствах сигналов и помех. Однако, как отмечалось во введении, в случае ВЧ канала, когда влияние ионосферы на сигналы носит сложный случайный характер, однозначно связать априорные данные с фактическими условиями распространения не всегда

удается. В частности, результаты численного моделирования подтвердили важность учета многолучевой структуры поля на приеме.

Оценивается также наличие в публикациях данных, необходимых для построения оперативного прогноза.

1.1. Основные количественные характеристики качества передачи дискретных сообщений.

В соответствии с рекомендациями МСЭ (МККР) [7,8] качество работы систем связи принято хара