Обучение адаптивной системы коррекции частотной дисперсии в широкополосных ионосферных каналах КВ связи

1.

XXII МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
И ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ»
(WECONF-2019)
Методика режима обучения адаптивной
системы коррекции частотной
дисперсии в широкополосных
ионосферных каналах КВ связи
Авторы: Д.В. Иванов, В.А. Иванов, В.В. Овчинников, М.И. Рябова

2.

Цель работы:
Создание методики и алгоритма режима обучения адаптивной системы коррекции частотной
дисперсии в парциальных ионосферных радиоканалах с полосой частот 1 МГц на основе данных их
зондирования непрерывным FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) сигналом и
использования SDR (Software-defined radio) технологии.
Задачи:
Разработка методики и алгоритма режима обучения адаптивной системы коррекции частотной
дисперсии на платформе USRP.
Разработка программного обеспечения c использованием SDR технологии.
Верификация разработанных схем и алгоритмов режима обучения адаптивной системы коррекции
частотной дисперсии в ходе натурных экспериментов.
2

3.

Распространение радиоволн в ионосфере
Факторы, влияющие на распространение:
многолучевой прием различных скачковых мод;
магнитоионная
(внутримодовая)
многолучевость
каждой скачковой моды из-за влияния магнитного поля
Земли;
частотная зависимость задержки каждой парциальной
моды (частотная дисперсия);
временная изменчивость среды распространения,
приводящая
к
соответствующим
изменениям
характеристик радиоканалов.
Частотная характеристика (ЧХ) ионосферного канала:
H ( j , t ) H ( , t ) exp[ j ( , t )]
Импульсная характеристика (ИХ) ионосферного канала:
h( , t ) F 1 H ( j , t )
3

4.

Постановка задачи и методика обучения адаптивного эквалайзера дисперсии
Широкополосный канал представляет собой упорядоченное по
частоте множество N парциальных примыкающих узкополосных
каналов с полосой ch
ЧХ линейной системы:
H ( , t ) exp[ j ( , t )], если с ch / 2, с ch / 2
H ( j , t )
если с ch / 2, с ch / 2
0,
- циклическая частота, с - средняя (рабочая) частота канала,
ch - полоса частот канала, H ( , t ) - АЧХ канала, ( , t ) - ФЧХ
канала, t - медленное геофизическое время
ЧХ узкополосного канала:
H ( j , t ) H ( , t ) exp j ( , t ) exp( j ( , t ) ) H ( j , t ) exp( j g ( , t ) )
frequency
Спектр сигнала на входе приемника:
U R ( j , t ) H ( , t ) exp[ j ( , t )] U ( ) exp j ( ) Uˆ T ( )
U ( ) - АЧХ и ( ) - ФЧХ информационного сигнала, Uˆ T ( ) - спектр
сигнала-носителя.
Обратная фильтрации и согласованная фильтрация:
U R ( j , t )
ИХ парциального узкополосного канала:
H ( , t ) exp( j ( , t ))
h( , t , )
2
H ( , t ) exp( j ( , t ))
H ( j , t )
ch / 2
ch / 2
ch
sinc[ ch ( ( , t )) / 2]
2
ch
sinc[ ch ( ( , t )) / 2]
2
exp[ j ( , t )] ˆ
U T ( j ) U ( ) exp j ( ) | Uˆ T ( ) |2
H ( , t )
Согласованная фильтрация, для измерения ЧХ:
U R ( j , t ) Uˆ T ( j ) H ( , t ) exp[ j ( , t ) | Uˆ T ( ) |2
exp[ j ( ( , t ))]d
max | h( k , ) |
Отсчёт комплексной ЧХ на частоте
h( , t , ( )) H ( j , t )
k
ch
k 0 H ( j , t )
2
4

5.

Алгоритм обучения адаптивной системы коррекции частотной дисперсии
5

6.

Техника и условия проведения экспериментов
Схема программно-аппаратной установки для
проведения экспериментов
Географическое расположение трассы
Gigabit
Ethernet
Условия проведения экспериментов:
радиотрасса – о. Кипр – г. Йошкар-Ола, протяжённость 2600 км;
тип зондирующего сигнала – FMCW;
скорость перестройки частоты – 100 кГц/с;
диапазон зондируемых частот – 7,5 МГц – 32,5 МГц;
полоса зондирующего сигнала – 1 МГц;
режим распространения – 1F2.
6

7.

Экспериментальная верификация разработанных методов и алгоритмов
Ионограмма панорамного зондирования
радиотрассы о. Кипр – г. Йошкар-Ола 13/02/2019
16:55 (UT) и диапазон одномодового
распространения
Амплитудно-частотная характеристика
широкополосного (1 МГц) канала из диапазона
одномодового распространения
7

8.

Экспериментальная верификация разработанных методов и алгоритмов
Фазо-частотная характеристика широкополосного (1 МГц) радиоканала и её аппроксимация
Импульсная характеристика широкополосного радиоканала 1 МГц, полученная по комплексным
отсчётам частотной характеристики
8

9.

Выводы:
Предложена методика и разработан и реализован алгоритм обучения адаптивной системы
коррекции частотной дисперсии в широкополосных (1 МГц) радиоканалах КВ связи.
Разработанные методы и алгоритмы режима обучения адаптивной системы коррекции частотной
дисперсии верифицированы в ходе натурных экспериментов при зондировании FMCW сигналом
радиотрассы о. Кипр – г. Йошкар-Ола.
Показано, что АЧХ таких каналов испытывают существенные (до 20 дБ) вариации спектральной
плотности мощности с масштабом 250-350 кГц, которые обусловлены интерференцией
обыкновенной и необыкновенной магнитоионных компонент.
Экспериментально получены основные характеристики широкополосного канала из диапазона
одномодового распространения для обучения адаптивной системы коррекции частотной дисперсии.
ФЧХ такого канала имела нелинейный характер. ИХ такого канала, в следствие частотной
дисперсии, имела уширение до 16,7 мкс вместо 1 мкс. В режиме обучения предпочтительнее
использовать режим быстрого (порядка 10% от времени стационарности канала) зондирования
упорядоченного множества узкополосных парциальных каналов, оставляя 90% от времени
стационарности на работу системы связи в широкополосном радиоканале.
9