Исследование и разработка алгоритмов и средств обеспечения высокоскоростной передачи данных совмещенным радиоцентром декаметрового диапазона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Барабошин Андрей Юрьевич

• Барабошин Андрей Юрьевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Барабошин Андрей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ MIMO В УСЛОВИЯХ СОВМЕЩЕННОГО ДКМВ РАДИОЦЕНТРА

1.1 Определение функциональных требований к системе MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра

1.2 Исследование возможностей поляризационного разнесения по обеспечению работы системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра

1.3 Обзор технических средств обеспечения разработки системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра

1.4 Выводы

2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПО СКОРОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КОДИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ MIMO СОВМЕЩЕННОГО ДКМВ РАДИОЦЕНТРА

2.1 Разработка алгоритма пространственного кодирования системы MIMO, повышающего скорость передачи данных посредством поляризационного разнесения

2.2 Разработка алгоритма оценивания канальной матрицы системы MIMO с поляризационным разнесением

2.3 Структурная схема системы MIMO^ с пространственным поляризационным кодированием

2.4 Выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПОДАВЛЕНИЯ БЛОКИРУЮЩЕЙ ПОМЕХИ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ РАДИОСИСТЕМЫ СОВМЕЩЕННОГО ДКМВ РАДИОЦЕНТРА

3.1 Исследование способов подавления внеполосных помех применительно к условиям совмещенного ДКМВ радиоцентра

3.2 Разработка алгоритма подавления блокирующей помехи ортогонализацией ее сигнального вектора и весового вектора в линейных цепях

приемного тракта, до ограничивающих динамический диапазон усилительных элементов

3.3 Выводы

4 МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПАКТНОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ MIMO СОВМЕЩЕННОГО ДКМВ РАДИОЦЕНТРА

4.1 Обоснование цели и задачи методики обеспечения компактности размещения оборудования системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра

4.2 Методика обеспечения компактности размещения оборудования совмещенного ДКМВ радиоцентра посредством применения пространственного поляризационного кодирования и подавления блокирующей помехи от собственного передатчика

4.3 Выводы

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ РЕШЕНИЙ

5.1 Результаты моделирования алгоритмов обеспечения эффективного по скорости пространственного поляризационного кодирования системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра

5.2 Результаты моделирования алгоритма подавления блокирующей помехи ортогонализацией ее сигнального вектора и весового вектора в линейных цепях приемного тракта

5.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ A

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

163

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Как известно [13, 16], системы радиосвязи диапазона декаметровых волн (ДКМВ) обеспечивают передачу информации на дальние расстояния за счет однократного или многократного отражения радиоволн от ионосферы Земли. Однако трассы распространения радиоволн ДКМВ диапазона обладают нестационарными характеристиками ввиду непостоянства электрофизических характеристик ионосферы и возникновения эффекта многолучевого распространения сигнала за счет отражения радиоволн от различных ее слоев [16]. Указанные свойства ионосферы усложняют построение соответствующих систем сигнальной обработки, обеспечивающих в этих условиях приемлемое качество передачи данных. Существенным фактором, также ограничивающим широкое применение ДКМВ радиосистем, является обусловленная конструктивными особенностями их антенных систем ограниченность рабочей полосы частот образуемого радиоканала и как следствие его низкая пропускная способность [47].

Однако в современных условиях ДКМВ радиосвязь является крайне важным, а порой незаменимым средством связи. ДКМВ радиосистема обеспечивает оперативное резервирование каналов систем связи иных типов, используемых силовыми и гражданскими государственными структурами в условиях террористической активности, чрезвычайных ситуаций и особого периода. Причем при деструкции иных систем связи в результате боевых действий, ДКМВ радиосвязь может оказаться единственно доступным видом связи [33]. Кроме того, ДКМВ радиосвязь обеспечивает решение политических и социально-экономических задач государства, как на собственной протяженной территории, так и за ее пределами, путем организации двухсторонней информационной связи с удаленными объектами сосредоточения государственных интересов.

Анализ современного состояния сетей ДКМВ радиосвязи таких государств, как США, Канада, Россия, Австралия и ряда других, показывает их интенсивное развитие. Так, например, в США разработана, в том числе и для применения в Ев-

ропе, Канаде и в Австралии, концепция единого информационного пространства NATO NEC (North Atlantic Treaty Organization Network Enabled Capability), обеспечивающая ведение боевых действий с использованием единого информационного пространства, которая предусматривает широкомасштабную трансформацию всей системы боевого управления и связи союзных стран, включая ДКМВ радиосвязь [43, 44]. В целях согласованного развития данной системы было принято соглашение о стандартизации STANAG 5066 - «Тактико-технические требования по передаче данных посредством ДКМВ радиосвязи» [80], являющееся открытым стандартом NATO, определяющим требования к созданию совместимого оборудования ДКМВ систем передачи данных.

В России, кроме всего прочего [32], развитие ведомственных систем ДКМВ радиосвязи также создает дополнительные условия для реализации государственной политики информатизации в плане обеспечения услугами связи и доставки информационных данных пользователям в труднодоступных и малонаселенных территориях Арктики, Сибири, Дальнего Востока и за пределами Российской Федерации, в том числе и на коммерческой основе для организаций и ведомств, обладающих соответствующей распределенной структурой [34].

Совмещенные радиоцентры, предполагающие размещение приемного и передающего оборудования на одном объекте дислокации, начали применяться на практике достаточно давно (середина прошлого столетия или даже раньше).

В настоящее время именно совмещенный радиоцентр становится наиболее перспективным средством организации современной ДКМВ радиосвязи, поскольку позволяет устранить ряд ее недостатков, связанных с традиционным разнесением приемного и передающего компонентов оборудования на большое расстояние друг от друга, что определяет необходимость занятия радиосредствами больших территорий и предполагает удаленное расположение узлов радиосвязи от пунктов управления, расположенных в мегаполисах.

Общей тенденцией развития систем связи является увеличение скорости передачи данных при уменьшении потребляемой мощности и габаритов оборудования. Увеличение скорости передачи данных по радиоканалу в условиях ограни-

ченности используемой полосы частот в настоящее время достигается применением сигнально-кодовых конструкций (СКК) с высокой кратностью модуляции, а также использованием систем с множественным входом и множественным выходом MIMO (Multiple Input Multiple Output). Однако анализ результатов проведенных соответственно этим тенденциям многочисленных работ по оснащению совмещенных ДКМВ радиоцентров выявил следующие проблемы:

- тяжелая помеховая обстановка при размещении радиооборудования совмещенного радиоцентра на территории мегаполиса затрудняет применение в ДКМВ радиоканале СКК с высокой кратностью модуляции;

- из-за ограниченности площадей, выделяемых для размещения ДКМВ оборудования совмещенного радиоцентра, возникают трудности реализации технологии MIMO, обеспечивающей повышение скорости передачи в радиоканале, но требующей существенного пространственного разнесения технических средств каналообразующего оборудования;

- при совместном расположении передающих и приемных радиосредств блокирующая помеха от собственного передатчика ухудшает условия использования в составе оборудования совмещенного радиоцентра малогабаритных активных приемных ДКМВ антенн.

На основании вышесказанного можно утверждать, что исследование и разработка алгоритмов и средств обеспечения высокоскоростной передачи данных совмещенным радиоцентром диапазона ДКМВ является темой исследования, актуальной для народного хозяйства страны.

Степень разработанности темы

Улучшение характеристик совмещенных радиоцентров, осуществляющих высокоскоростную передачу информации в ДКМВ диапазоне, предполагает исследование как проблем системного плана, так и вопросов построения соответствующих методик и специализированных алгоритмов.

Теория оптимизации методов помехоустойчивого приема сообщений для ДКМВ канала с аддитивными помехами и мультипликативными искажениями, основанная В.А. Котельниковым [28], была развита в работах Дж. Возенкрафта

[11], В.И. Тихонова [54], Т. Кейлоса [23], Л.М. Финка [56], Д.Д. Кловского [25], и других видных ученых.

Решению специфических проблем помехоустойчивого приема сообщений из канала с памятью посвящены работы Д.Д. Кловского, Б.И. Николаева [26], Р. Кеннеди [24], В.Г. Карташевского [22], Д.В. Мишина [22].

Теоретический и конструктивный подход к разработке антенных систем ДКМВ диапазона заложен в работах М.П. Долуханова [16], Г.З. Айзенберга [7], Л.С. Казанского [20, 21].

Основы построения ДКМВ оборудования сигнальной обработки заложены в работах О.В. Головина [12, 13], С.П. Простова [13], В.И. Коржика [27].

Теоретическая база создания техники ДКМВ радиосвязи послужила фундаментом для стремительного развития техники связи иных диапазонов в условиях приближения к пределам пропускной способности используемых каналов. Так, работы А.М. Заездного, Ю.Б. Окунева, В.С. Гиршова, В.В. Гинзбурга [18], заложившие основы применения в технике ДКМВ радиосвязи многочастотных сигналов с ортогональным разделением, обеспечили широкое применение во многих иных радиосистемах передачи данных технологии ортогонального частотного уплотнения канала OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), утвержденной, например, в качестве стандарта высокоскоростного широкополосного доступа IEEE 802.16 [74]. Изучению особенностей применения технологии OFDM и связанных с нею возможностей применения частотно-временного помехоустойчивого кодирования сигналов посвящены работы отечественных ученых А.М. Шломы [58], М.Г. Бакулина [29], В.Б. Крейнделина [29, 31], В.Г. Карташевского [22].

В работах Th. S. Rappaport [82], Р.А. Монзинго, Т.У. Миллера [40], В.В. Юдина [60, 61], А.Л. Бузова [60, 99], М.А. Минкина [99], J. F. Alan [62] существенное развитие получила технология применения сложных антенных решеток как управляемых антенных систем, что создало предпосылки для использования при разработке нового радиооборудования наряду с частотно-временной, также и пространственной сигнальной обработки.

Бурное развитие технологии и средств цифровой сигнальной обработки, представленное работами Л. Рабинера и Б. Гоулда [49], Дж. Прокиса [48], Б. Скляра [53] открыло новые возможности и подходы к решению проблем повышения помехоустойчивости современных систем связи и сетей распределения информации, нашедшие свое отражение, например, в системной работе А.С. Аджемова [1].

Применение цифровой обработки сделало возможным использование в практике сигнальной обработки единых алгоритмов частотно-временного и пространственного помехоустойчивого кодирования. Данный подход к комплексному использованию систем пространственного разнесения MIMO представлен работами J. Litva [76], B. Hassibi [71], H. Jafarkhani [75], В.Б. Крейнделина [29, 30, 31]. В работе С.С. Аджемова [3] для обеспечения эффективного пространственного разделения сигналов используется поляризационное разнесение излучений.

В настоящее время рассмотренные достижения ведущих ученых в области цифровой пространственной и частотно-временной обработки сигналов радиосистем в свою очередь привлекают внимание и разработчиков оборудования ДКМВ радиосвязи, также стимулируя развитие этих систем. Однако, работа С.С. Аджемова [6], работы Д.В. Лучина [37, 77], Ю.Б. Нечаева и А.А. Малютина [41], А.С. Сухарева [52] демонстрируют не только положительные результаты, полученные в данном направлении, но и поднимают ряд принципиальных проблем.

К числу таких проблем, препятствующих непосредственному применению в современной технике ДКМВ радиосвязи технических решений, используемых в других диапазонах рабочих частот, как уже упоминалось, относится необходимость повышения скорости передачи данных в ограниченной полосе частот стандартного ДКМВ радиоканала подверженного воздействию сильных, в том числе блокирующих помех, а также необходимость размещения габаритного каналооб-разующего оборудования, в том числе предназначенного для пространственного разнесения излучений, на небольших площадях.

Как средство обеспечения требуемой компактности антенн ДКМВ систем пеленгации в работах С.С. Аджемова [2, 4, 5] и Д.В. Лучина [77] рассматривается применение принципа пространственно-поляризационной селекции радиосигна-

лов посредством обработки сигналов малогабаритных триортогональных антенных решеток. В работе Д.В. Лучина [37] также рассматриваются меры повышения спектральной чистоты радиоизлучений, как средство уменьшения взаимовлияния близкорасположенных передающих и приемных ДКМВ радиосредств. В работах А.С. Сухарева [52] и А. А. Малютина [41] рассматривается использование технологии MIMO, как средства повышения скорости передачи данных без расширения полосы рабочих частот стандартного ДКМВ радиоканала.

Однако высказанные авторами идеи, даже в комплексе не решают проблему обеспечения высокоскоростной передачи данных совмещенным ДКМВ радиоцентром в обозначенных экстремальных условиях, поскольку не содержат созданных для этих условий алгоритмов сигнальной обработки и методов проектирования соответствующего оборудования.

Напомним, что к числу установленных требований к оборудованию совмещенного ДКМВ радиоцентра относятся:

- требование повышения скорости передачи данных от всех типов современного оконечного оборудования в ограниченной полосе частот стандартного ДКМВ радиоканала подверженного воздействию помех, в том числе блокирующих;

- требование размещения составных частей ДКМВ оборудования, в том числе необходимого для обеспечения пространственного разнесения излучений, на небольшой площади.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка алгоритмов и средств обеспечения высокоскоростной передачи данных совмещенным радиоцентром декаметрового диапазона»

Цель работы

Исследование и разработка алгоритмов повышения скорости и помехоустойчивости передачи данных совмещенным радиоцентром декаметрового диапазона, при обеспечении компактности размещения оборудования, а также средств обеспечения высокоскоростной передачи данных.

Основные задачи исследований

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи исследований:

- исследование возможностей применения технологии MIMO в условиях совмещенного ДКМВ радиоцентра;

- исследование возможностей поляризационного разнесения по обеспечению работы системы MIMO в условиях совмещенного ДКМВ радиоцентра и его аппаратного обеспечения;

- исследование и разработка для системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра алгоритма и средств пространственного кодирования, эффективного по скорости передачи данных;

- исследование возможности подавления блокирующей помехи в линейных цепях радиосистемы совмещенного ДКМВ радиоцентра, до ограничивающих динамический диапазон усилительных элементов, разработка соответствующего алгоритма;

- обоснование и разработка методики обеспечения компактности размещения оборудования совмещенных ДКМВ радиоцентров;

- экспериментальные исследования разработанных решений.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработан алгоритм пространственного поляризационного кодирования, повышающий при заданной помехоустойчивости скорость передачи данных относительно передачи без пространственной обработки вдвое посредством разделения одновременно излучаемых турникетной антенной радиоволн по направлениям вращения круговых поляризаций, не требующий применения перестраиваемых по диапазону квадратурных фазовращателей и пространственно-разнесенных передающих антенн;

- разработан алгоритм подавления блокирующей помехи ортогонализацией ее сигнального вектора и весового вектора в линейных цепях приемного тракта без существенного ухудшения чувствительности, реализованный без перестраиваемых фазовращателей, обеспечивающий сокращение пространственного разнесения передающих и приемных турникетных антенн совмещенного ДКМВ радиоцентра;

- получены новые результаты оценки помехоустойчивости разработанного алгоритма пространственного поляризационного кодирования, а также результаты подавления в линейных цепях приемного тракта совмещенного ДКМВ радиоцентра блокирующей помехи от собственного передатчика на величину 20...30 дБ, без существенного ухудшения чувствительности.

Теоретическая и практическая ценность полученных результатов

Разработанный алгоритм эффективного по скорости пространственного поляризационного кодирования может использоваться в радиосистемах MIMO любых диапазонов.

Разработанный алгоритм подавления блокирующей помехи ортогонализа-цией ее сигнального вектора и весового вектора в линейных цепях обеспечивает защиту от блокирования приемных радиосистем даже с невысоким значением верхней границы линейного динамического диапазона усилительных элементов, без ухудшения чувствительности, не требует применения перестраиваемых фазовращателей и позволяет снизить требования к иным мерам уменьшения указанного негативного влияния - упростить преселектор приемника, уменьшить разнос рабочих частот дуплексного режима и т.д.

Представленная методика обеспечения компактности размещения оборудования совмещенного ДКМВ радиоцентра нового поколения входит в состав общей процедуры проектирования радиолиний ДКМВ диапазона, использующих технологию MIMO.

Полученные результаты сравнительной помехоустойчивости пространственного поляризационного кодирования и подавления блокирующей помехи могут использоваться разработчиками ДКМВ радиоцентров нового поколения.

Практическая значимость работы подтверждается результатами внедрения отдельных положений и выводов диссертации в подразделениях силовых ведомств России, а также в учебный процесс кафедры «Технологии беспроводной связи» ФГБОУ ВО ПГУТИ. Реализация результатов работы и достигнутый эффект подтверждены соответствующими актами.

Методы исследования

Методы теории передачи сигналов и статистической радиотехники, методы функционального анализа, методы теории вероятностей и математической статистики, экспериментальные исследования, численное компьютерное моделирование.

Объект исследования

Оборудование совмещенного радиоцентра системы высокоскоростной передачи информации в диапазоне ДКМВ.

Предмет исследования

Алгоритмы обеспечения высокоскоростной передачи данных оборудованием совмещенного ДКМВ радиоцентра.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Пространственное поляризационное кодирование посредством формирования и обработки сигналов одновременно излучаемых турникетной антенной радиоволн противоположных круговых поляризаций не требует использования перестраиваемых по диапазону квадратурных фазовращателей и пространственно-разнесенных передающих антенн и обеспечивает при заданной помехоустойчивости повышение скорости передачи данных вдвое относительно передачи без пространственной обработки.

2. Подавление блокирующей помехи ортогонализацией сигнального вектора излучения близкорасположенного передатчика и весового вектора в линейных цепях приемного тракта достигает значения 20...30 дБ без существенного ухудшения чувствительности и реализуется без применения перестраиваемых фазовращателей.

3. Методическое применение пространственного поляризационного кодирования и подавления блокирующей помехи от собственного передатчика обеспечивает более чем 10-ти кратную компактность размещения оборудования совмещенного ДКМВ радиоцентра.

Соответствие паспорту специальности

Работа соответствует паспорту специальности 2.2.15. Системы, сети и устройства телекоммуникаций, поскольку разработка алгоритмов и средств обес-

печения высокоскоростной передачи данных совмещенным радиоцентром дека-метрового диапазона входит в состав регламентированных формулой специальности исследований и разработок сетей, систем и устройств, обеспечивающих абоненту обмен информацией с другими абонентами, при этом абонент является не только пользователем, но и оператором процесса обмена.

Области исследований соответственно направлениям исследований специальности:

- исследования возможности создания для радиосистемы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра алгоритмов и устройств эффективного по скорости пространственного поляризационного кодирования и подавления блокирующей помехи в линейных цепях радиосистемы совмещенного ДКМВ радиоцентра, до ограничивающих динамический диапазон усилительных элементов (Исследование процессов представления, передачи, хранения и отображения аналоговой, цифровой, видео-, аудио- и мультимедиа информации; разработка и совершенствование соответствующих алгоритмов и процедур), (Исследование и разработка новых сигналов, а также соответствующих модемов, кодеков, мультиплексоров и селекторов, обеспечивающих высокую надежность и качество обмена информацией в условиях воздействия внешних и внутренних помех);

- обоснование и разработка методики обеспечения компактности размещения оборудования совмещенных ДКМВ радиоцентров (Разработка и совершенствование методов исследования, моделирования и проектирования сетей, систем и устройств телекоммуникаций).

Степень достоверности результатов

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается корректным применением математического аппарата расчетных, аналитических методов исследования, данными экспериментального статистического и имитационного моделирования алгоритмов, а также хорошим соответствием данных аналитических расчетов и экспериментальных данных.

Апробация результатов работы

Основные научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- VII Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» журнала «Физика волновых процессов и радиотехнические системы», посвященная 150-летию со дня рождения А.С. Попова (Самара, 2008 г.);

- V Всероссийская научно-техническая конференция ИРЭ РАН «Радиолокация и радиосвязь» (Москва, 2011 г.);

- XIII Всероссийская межведомственная научная конференция Академии ФСО России «Актуальные направления развития систем охраны, специальной связи и информации для нужд государственного управления» (Орел, 2013 г.);

- XV Международная научно-техническая конференция "ПТиТТ-2014" «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Казань, 2014 г.);

- VIII Международная отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества» (Москва, 2014 г.);

- XVII Международная научно-техническая конференция "ПТиТТ-2016" «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Самара, 2016 г.);

- Отраслевая научно-техническая конференция "РОСИНФОКОМ-2017" «Актуальные вопросы телекоммуникаций» (Самара, 2017 г.);

- XIV International scientific-technical conference "APEIE-2018" «Actual Problems Of Electronic Instrument Engineering» (Novosibirsk, 2018);

- XVI, XVIII, XIX, XX, XXI Российские научные конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГАТИ / ПГУТИ (Самара, 2009-2014 г.г.);

- Всероссийская научно-техническая конференция СГАУ им. академика С.П. Королёва «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (Самара, 2015-2021 г.г.).

- Всероссийская научно-техническая конференция «Цифровая экономика. Новое время - новые технологии. Р0СИНФ0К0М-2020» (Самара, 2020 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 42 работы (с общим количеством цитирований по данным РИНЦ: 15), в том числе 6 в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК для публикации результатов диссертационных исследований; 1 работа индексирована системой Scopus; 7 статей в научных журналах, 20 тезисов докладов на международных, академических, межведомственных, отраслевых и российских научных конференциях; 8 свидетельств о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы

Кандидатская диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объём диссертации составляет 163 страницы, 33 рисунка, 2 таблицы, список литературы из 129 наименований и два приложения, в которых представлены акты внедрения результатов диссертационной работы.

В первой главе, посвященной исследованию возможности применения технологии MIMO в условиях совмещенного ДКМВ радиоцентра, после определения требований к системе MIMO, регламентированных функциональными особенностями совмещенного ДКМВ радиоцентра, исследуются возможности поляризационного разнесения, обеспечивающего работу системы MIMO в данных условиях. Также выполнен обзор технических средств, обеспечивающих разработку системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра.

Во второй главе, посвященной разработке алгоритмов обеспечения эффективного по скорости пространственного кодирования системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра, разработан алгоритм пространственного поляризационного кодирования системы MIMO2X2, повышающий скорость передачи данных посредством поляризационного разнесения излучений, организованного без применения сложных и габаритных технических средств, таких как перестраиваемые по диапазону мощные фазовращатели или пространственно-разнесенные антенны, а также алгоритм оценивания канальной матрицы системы MIMO2X2 с поляризационным разнесением.

В третьей главе после исследования способов подавления внеполосных помех применительно к условиям совмещенного ДКМВ радиоцентра разработан алгоритм подавления блокирующей помехи ортогонализацией ее сигнального вектора и весового вектора в линейных цепях приемного тракта, до ограничивающих динамический диапазон усилительных элементов, обеспечивающий ослабление мешающего сигнала собственного передатчика до уровня его выхода из зоны блокирования, без существенного ухудшения чувствительности широкополосного усилителя активной приемной антенны.

Четвертая глава представляет методику обеспечения компактности размещения оборудования системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра нового поколения посредством применения подавления блокирующей помехи и пространственного поляризационного кодирования при повышении скорости передачи данных. Обоснованы цели и сформулированы задачи разработки указанной методики. Рассмотрены этапы методики и определен порядок действий по их выполнению. На конкретных примерах продемонстрировано исполнение отдельных шагов разработанной методики. Показано, что разработанная методика входит в состав общей процедуры проектирования инновационных радиолиний ДКМВ диапазона, использующих технологию MIMO.

Пятая глава посвящена экспериментальной проверке реализаций разработанных решений. Показано, что при использовании в системе разработанного алгоритма пространственного поляризационного кодирования системы MIMO, при заданной помехоустойчивости обеспечивается двукратное повышение скорости передачи данных относительно передачи без пространственной обработки. Определено, что в системе MIMO с требуемым качеством пространственного поляризационного кодирования оценка параметров канальной матрицы нестационарного стохастического ДКМВ радиоканала при приемлемой потере пропускной способности производится с точностью в 10-15%, что достаточного для обеспечения работоспособности системы с коэффициентом битовых ошибок менее 5%, и то, что в случае необходимости показатели могут быть улучшены. Приведены также результаты оценки эффективности алгоритма подавления блокирующей помехи ор-

тогонализацией ее сигнального вектора и весового вектора в линейных цепях приемного тракта. Показано, что для всех азимутальных направлений обеспечивается подавление помехи на величину 20...30 дБ без существенного ухудшения чувствительности приема.

В заключении представлены общие выводы, а также основные научные и практические результаты диссертационного исследования.

Сведения о личном вкладе автора

Основные научные результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы, изложенные в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежит часть, связанная с разработкой алгоритмов и методики, с постановкой задач теоретических и экспериментальных исследований, а также результаты расчетов и компьютерного моделирования.

1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ MIMO В УСЛОВИЯХ СОВМЕЩЕННОГО ДКМВ РАДИОЦЕНТРА

1.1 Определение функциональных требований к системе MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра

Установленные выше требования назначения совмещенного ДКМВ радиоцентра, к числу которых относится повышение скорости передачи данных в ограниченной полосе частот стандартного радиоканала, а также требование размещения оборудования на небольшой площади, определяют необходимость проведения в соответствии с поставленными задачами исследований анализа функциональных возможностей систем MIMO с целью определения варианта, пригодного для применения в этих условиях.

Технология MIMO, как способ организации системы радиосвязи со многими входами и многими выходами, была первоначально разработана для применения в сетях сотовой радиосвязи, но в последние годы интенсивно внедряется в зарубежные системы ДКМВ радиосвязи с целью повышения их пропускной способности [57].

Повышение пропускной способности в системах MIMO происходит за счет использования нескольких передающих и приемных структур, организующих разнесение радиосигнала заданной частоты и полосы по нескольким парциальным каналам, соответствующим различным путям пространственного распространения радиоволн.

Очевидно, что в идеальном случае, при отсутствии корреляции между парциальными каналами различных путей распространения, благодаря использованию пространственного разнесения сигналов в системе ДКМВ радиосвязи возможна организация мультиплексирования передачи данных. При этом говорят, что благодаря использованию на передаче и приеме пространственного разнесения, система обеспечивает существенный выигрыш по спектральной эффективности. Действительно, поскольку несколько передатчиков одновременно передают потоки различных данных мультиплексированного потока, а многоканальный

приемник без потерь демультиплексирует эти отдельные потоки обратно в единый поток данных, система позволяет передавать по множественному радиоканалу заданной полосы б0льшее количество данных, т.е. повышает скорость их передачи. В общем случае, для обеспечения разделения на приемной стороне пространственно разнесенных сигналов, на передающей стороне используется ортогональное или квазтортогональное кодирование.

Общая функциональная схема системы MIMO показана на рисунке 1.1. Передающая система MIMO имеет Nt антенн. В соответствии с представленной схемой исходная последовательность Nt информационных символов u(tn) преобразуется в параллельный набор символов u1.uNt , который поступает на входы кодера пространственно разнесенных сигналов. С выходов указанного кодера параллельный набор кодированных символов u1.uNt поступает на комплект Nt возбудителей прямого цифрового синтеза (ПЦС) канальных сигналов s1...sNt. Сигналы s передаются одновременно через разные антенны, но в общей заданной полосе частот, возбудителями, настроенными в режим синхронного излучения.

Имея ввиду, что в общем случае каждый символ сигнала может быть представлен своими квадратурными компонентами, будем считать, что каждый параллельный набор символов представляет собой Nt - мерный комплексный вектор,

•г* , -. • К г • К , к -i

соответственно: u = \ux, ...,Ищ ] - входных сигналов, u = [их, ..., uNt ] - кодированных сигналов, s = [s,...,sNt ] - передаваемых сигналов.

Чтобы не загромождать обозначения переменных, условимся далее отображать знак представления комплексных величин только при необходимости. В общем случае приемная система MIMO имеет Nr антенн. Сигнал rj на выходе каждой приемной антенны является взвешенной суммой сигналов от каждой передающей антенны, поэтому общий принимаемый сигнал определяется следующим выражением в комплексной матричной форме: r = H • s + n, (1.1)

где:

s - Nt - мерный комплексный вектор передаваемых сигналов s¿

Рисунок 1.1 - Общая функциональная схема системы MIMO

H - матрица парциальных Щ комплексных передаточных функций канала MIMO или, по-другому, канальная матрица размерностью NtxNr;

n - Nr - мерный случайный комплексный вектор независимых сигналов гау-

совского шума «j, имеющих предположительно нулевое математическое ожидаЛ

ние и одинаковую дисперсию каждой компоненты an = No/2;

r - Nr - мерный комплексный вектор символов принимаемых сигналов rj.

В демодуляторе/декодере происходит процесс вычисления оценок информационных символов ü = [й15 ...,üNt ], а затем формирование выходной последовательности Nr принятых информационных символов ü(tn).

С учетом реалий физического смысла, если число передающих антенн Nt , а число приемных антенн Nr , считается, что в системе образуется Ntr = min{Nt , Nr} независимых подканалов передачи, называемых собственными подканалами MIMO [101]. При этом, для канала полностью известного на приемной стороне и при равномерном распределении мощности на передающей стороне, максимально достижимая в канале MIMO скорость передачи информации Fmax , для количества используемых антенн Nt = Nr = Ntr, определяется следующим выражением [75], базирующимся на фундаментальной формуле Шеннона:

Nr р

VMaf0 = AF• £ log2[1 + p. (1/ Ntr) -ук ], (1.2)

к=1 ш

где:

AF = const - заданная полоса частот рабочего канала;

Ps/Nm - отношение в канале мощности сигнала Ps к мощности шума Nm;

yk - случайные, действительные и отличные от нуля значения собственных чисел, полученных в результате сингулярных преобразований реализации H канальной матрицы Н к виду HhH , где (-)Н - оператор сопряжения по Эрмиту.

Таким образом, применение технологии MIMO позволяет повысить скорость передачи данных в заданной полосе рабочих частот AF за счет организации их доставки по нескольким некоррелированным радиоканалам, сформированным с использованием несущих частот одного номинала.

Для организации посредством передающих и приемных структур нескольких парциальных каналов различных путей пространственного распространения сигнала в радиосистемах MIMO могут использоваться:

- непосредственное пространственное разнесение излучателей внутри групп передающих и приёмных антенн;

- пространственное разделение радиолучей излучений отдельных мод с применением узконаправленных в вертикальной плоскости антенн;

- поляризационное разнесение каналов излучения;

- комбинированное (пространственно-поляризационное) разнесение излучений.

Отметим, что для организации непосредственного пространственного разнесения, антенны передающих и приемных групп должны быть размещены на значительном расстоянии друг от друга, что существенно ограничивает возможность применения этого вида разнесения в условиях совмещенного ДКМВ радиоцентра. Соответственно известным свойствам ионосферного радиоканала [63], для ДКМВ радиолиний значения интервала пространственной корреляции полей различных волн равны (10-25)X , где X - длина волны. Таким образом, для обеспечения существенной декорреляции формируемых парциальных каналов распространения расстояние между ДКМВ антеннами, используемыми для пространственного разнесения излучений, должно составлять как минимум 100-1000 метров [16], что приемлемо только для ДКМВ радиоцентров, занимающих большие площади. По этой же причине, для организации системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра проблематично использование также и принципа комбинированного, например пространственно-поляризационного разнесения излучений. Однако все же заметим, что применение на узлах радиосвязи поляризационного разнесения в сочетании с пространственным приводит к существенному уменьшению необходимого пространственного разноса между антеннами системы MIMO [51].

Рассмотрим возможность применения для организации системы MIMO совмещенного ДКМВ радиоцентра принципа пространственного разделения направлений излучений по углу места посредством использования близкорасположенных, узконаправленных в вертикальной плоскости антенн типа многоэтажных ан-

тенных решеток. Отметим, что при данном подходе решается проблема сокращения площади размещения антенной системы за счет их расположения на одной мачте, однако сама многоэтажная антенная решетка весьма габаритна. Также в этом случае, по данным работы [51], требуемой декорреляции парциальных каналов распространения удается достичь только при максимальном отличии углов места направлений формируемых излучений в секторе значений 0o - 90°, т.е. другими словами, только при использовании независимых радиоволн зенитного излучения и земного типа. По данным [16], оба типа указанных радиоволн ДКМВ диапазона образуются сигналами с частотами ниже 5 МГц и способны распространяться лишь на небольшие расстояния, что неприемлемо, поскольку существенно ограничивает функциональные возможности совмещенного ДКМВ радиоцентра.

Альтернативой использования рассмотренного пространственного разнесения передающих антенн является частный случай использования поляризационного разнесения их излучений. Известно, что условия распространения сигналов с различной поляризацией существенно отличаются, вследствие чего замирания таких сигналов можно считать некоррелированными в широком диапазоне рабочих частот [77]. По данным патента [45] обеспечивается степень развязки ДКМВ каналов поляризационного разнесения не хуже 13 дБ, а техническим решением [46] достигнута величина указанной развязки не менее 25 дБ. В последние годы за рубежом также был проведён ряд исследований, направленных на создание для системы MIMO антенных решёток, рассчитанных на передачу и приём сигналов с поляризационным разнесением [65, 66, 67, 68, 70, 79, 81, 85, 86]. При этом рассматривались различные конфигурации антенн, обеспечивающих гибкость системных решений, в том числе и для построения компактных узлов ДКМВ радиосвязи, а по полученным оценкам зафиксирован приемлемый уровень декорреляции каналов поляризационного разнесения. В самом компактном варианте для обеспечения поляризационного разнесения требуется две антенны, имеющие общий фазовый центр и расположенные на одной опоре, соответствующие так называемой турникетной конструкции.

Таким образом, из возможных вариантов организации передающих и приемных структур радиосистемы MIMO, для формирования нескольких парциальных каналов различных путей пространственного распространения сигнала совмещенного ДКМВ радиоцентра согласно требованию размещения оборудования на небольшой площади наиболее предпочтительным оказывается вариант с использованием поляризационного разнесения излучений.

Напомним, что согласно технологии MIMO, как в общем случае, так и в случае использования в системе поляризационного разнесения, все антенны турникет-ного излучателя должны формировать радиоволны сигналов одной и той же несущей частоты и с единой полосой рабочих частот, а для обеспечения эффективности многоканальной передачи данных должно использоваться ортогональное кодирование пространственно или поляризационно разнесенных сигналов [101].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Барабошин Андрей Юрьевич, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аджемов, А.С. Общая теория связи: учебник для вузов / А.С. Аджемов,

B.Г. Санников. - М. : Горячая линия - Телеком, 2018. - 624 с.

2. Аджемов, С.С. Прием обыкновенной и необыкновенной волн антенной решеткой с управляемой поляризационной характеристикой / С.С. Аджемов, В.Н. Репинский // Радиотехника. - 2019. - Т. 64, № 5. - С. 455-461.

3. Аджемов, С.С. Повышение эффективности разделения одночастотных сигналов с эллиптической поляризацией с помощью управления фазированной антенной решеткой / С.С. Аджемов, В.Н. Репинский // Научный аспект. - 2018. - Т. 7, № 4. - С. 763-770.

4. Аджемов, С.С. Программный комплекс пеленгации на кольцевые и триортогональные антенные решетки / С.С. Аджемов, А.А. Кучумов, В.С. Припу-тин // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2016660619; дата регистрации 19.09.2016.

5. Аджемов, С.С. Метод главных компонент и метод анализа независимых компонент в задаче слепой пространственно-поляризационной селекции сигналов /

C.С. Аджемов, А.А. Кучумов, Н.Ю. Либеровский, В.С. Припутин // Материалы XII Международной отраслевой научно-технической конференции МТУСИ «Технологии информационного общества». - Москва, 2018. - С. 165-167.

6. Аджемов, С.С. Приемник прямого цифрового преобразования. Современные концепции приема и обработки сигналов в ВЧ диапазоне / С.С. Аджемов, А.А. Воробьев, Е.А. Негрозов, Э.Ю. Романов // В сборнике «Труды Московского технического университета связи и информатики». - Москва, 2007. - С. 178-180.

7. Айзенберг, Г.З. Коротковолновые антенны / Г.З. Айзенберг, С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко и др.; под ред. Г.З. Айзенберга. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Радио и связь, 1985. - 536 с.

8. Бельчиков, С.А. Фазовый шум: как спуститься ниже -120 дБн/Гц на отстройке 10 кГц в диапазоне частот до 14 ГГц, или борьба за децибелы [Электрон-

ный ресурс] / С.А. Бельчиков // Компоненты и технологии. - 2009. - № 5. - С. 139146. - Режим доступа: http://www.kite.ru/assets/files/pdf/2009_06_142.pdf.

9. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. - изд. 13-е. - М. : Наука, 1986. - 544 с.

10. Возбудитель ВКВ-30. Руководство по эксплуатации ГТИВ.464114.001 РЭ.

11. Возенкрафт, Дж. Торетические основы техники связи / Дж. Возенкрафт, И. Джекобс; пер. с англ. под ред. Р.Л. Добрушина. - М. : Мир, 1969. - 640 с.

12. Головин, О.В. Профессиональные радиоприемные устройства декаметро-вого диапазона / О.В. Головин. Бронштейн, М. : Радио и связь, 1985. - 288 с.

13. Головин, О.В. Системы и устройства коротковолновой радиосвязи / О.В. Головин, С.П. Простов; под ред. профессора О.В. Головина. - М. : Горячая линия -Телеком, 2006. - 598 с.

14. ГОСТ Р 51820-2001 Устройства преобразования сигналов для радиоканалов тональной частоты. Типы, технические характеристики и параметры сопряжения. - М. : ИПК Издательство стандартов, 2001.

15. ГОСТ Р 51903-2002 Передатчики радиосвязи стационарные декаметрово-го диапазона длин волн. Основные параметры, технические требования и методы измерений. - М. : Госстандарт России, 2007. - 48 с.

16. Долуханов, М.П. Распространение радиоволн / М.П. Долуханов. - 4-е изд. - М. : Связь, 1972. - 336 с.

17. Егоров, Е.И. Использование радиочастотного спектра и радиопомехи / Е.И. Егоров, Н.И. Калашников, А.С. Михайлов. - М. : Радио и связь, 1986. - 304 с.

18. Заездный, А.М. Аппаратура передачи дискретной информации МС-5 / В.В. Гинзбург, В.С. Гиршов, А.М. Заездный, Ю.Б. Окунев и др. : под ред. А.М. За-ездного и Ю.Б. Окунева. - М. : Связь, 1970. - 151 с.

19. Имитатор радиоканала Доплер-6700. Руководство по эксплуатации ГТИВ.464958.001 РЭ.

20. Казанский, Л.С. Способ расчета проволочных антенн произвольной конфигурации с помощью обобщенной эквивалентной цепи / Л.С. Казанский // Радиотехника и электроника. - 1999. - № 6. - С. 705-709.

21. Казанский, Л.С. Антенно-фидерные устройства декаметрового диапазона и электромагнитная экология / Л.С. Казанский, В.А. Романов. - М. : Радио и связь, 1996. - 270 с.

22. Карташевский, В.Г. Прием кодированных сигналов в каналах с памятью / В.Г. Карташевский, Д.В. Мишин. - М. : Радио и связь, 2004. - 239 с.

23. Кейлос, Т. Каналы с параметрами, изменяющимися во времени : в кн. Лекции по теории систем связи; под ред. Е. Дж. Багдади / Т. Кейлос; пер. с англ. под ред. Б.Р. Левина. - М. : Мир, 1964. - С. 50-78.

24. Кеннеди, Р. Каналы связи с замираниями и рассеянием / Р. Кеннеди; пер. с англ. под ред. И.А. Овсеевича. - М. : Сов. радио, 1973. - 304 с.

25. Кловский, Д.Д. Передача дискретных сообщений по радиоканалам / Д.Д. Кловский. - М. : Связь, 1969. - 375 с.

26. Кловский, Д.Д. Инженерная реализация радиотехнических схем (в системах передачи дискретных сообщений в условиях межсимвольной интерференции) / Д.Д. Кловский, Б.И. Николаев. - М. : Связь, 1975. - 198 с.

27. Коржик, В.И. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: справочник / В.И. Коржик, Л.М. Финк, К.Н. Щелкунов. - М. : Радио и связь, 1981. - 232 с.

28. Котельников, В. А. Теория потенциальной помехоустойчивости / В. А. Котельников. - М. : Радио и связь. - 1956. - 152 с.

29. Крейнделин, В.Б. Повышение скорости передачи информации и спектральной эффективности беспроводных систем связи / М.Г. Бакулин, В.Б. Крейн-делин, А.П. Шумов // Цифровая обработка сигналов. - 2006. - № 1 - С. 2-12.

30. Крейнделин, В.Б. Оценивание параметров канала в системах, использующих пространственно-временное кодирование / В.Б. Крейнделин, А.В. Колесников // Материалы московской отраслевой научно-технической конференции МТУСИ «Технологии информационного общества». - Москва, 2007. - С. 78.

31. Крейнделин, В.Б. Новые методы обработки сигналов в системах беспроводной связи / В.Б. Крейнделин. - СПб. : Линк, 2009. - 276 с.

32. Колинько, А. В. Направления развития сети коротковолновой радиосвязи специального назначения / А. В. Колинько, Г. Н. Сивоконев, К. Е. Иванов // Научно-технический сборник по материалам межведомственной конференции на VII Международной специализированной выставке "Граница-2005". - Москва, 2006. -С. 283-290.

33. Комарович, В.Ф. KB радиосвязь. Состояние и направление развития / В.Ф. Комарович, В.Г. Романенко // Зарубежная электроника. - 1990. - № 12.

34. Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России : [Утв. Минсвязи и информ. РФ 25 января 2002 г. : по состоянию на ноябрь 2007 г.]. - М. : ФГУ ЦНИЭС, 2007. - 33 с.

35. Коняева, О. С. Исследование и разработка алгоритмов приема дискретных сообщений при использовании технологии MIMO в каналах с памятью : Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. / О.С. Коняева. - Самара, 2017. - 137 с.

36. Кравченко, В.Ф. Цифровая обработка сигналов и изображений в радиофизических приложениях / В.Ф. Кравченко, О.В. Горячкин, А.А. Зеленский и др.; под ред. В.Ф. Кравченко. - М. : Физматлит, 2007. - 544 с.

37. Лучин, Д.В. Проблемы и перспективы применения цифрового синтеза сигналов в радиопередающем оборудовании нового поколения КВ-УКВ диапазонов / Д.В. Лучин // Вестник СОНИИР. - 2007. - № 3(17). - С. 4-9.

38. Маслов, Е.Н. Анализ вариантов построения цифрового диаграммообра-зующего устройства / Е.Н. Маслов, И.Ю. Кольчугин // Вестник СОНИИР. - 2008. -№2 (20). - С. 62-67.

39. Многофункциональное устройство преобразования сигналов МУПС-9600. Руководство по эксплуатации ГТИВ.465636.004 РЭ.

40. Монзинго, Р.А. Адаптивные антенные решетки: введение в теорию / Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер; пер. с англ. - М. : Радио и связь, 1986. - 448 с.

41. Нечаев, Ю.Б. Матричные разложения для формирования и обработки сигналов в MIMO системах связи в каналах с МСИ / Ю.Б. Нечаев, А.А. Малютин // Радиотехника. - 2012. - № 8. - С. 40-45.

42. Оглоблин, А.В. Разработка путей создания быстроразворачиваемых комплексов ДКМВ радиосвязи на основе технологии MIMO : Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. / А.В. Оглоблин. - Самара, 2016. - 214 с.

43. Паршин, С.А. Коалиционные операции НАТО, проблемы взаимодействия автоматизированных систем управления и пути их решения / С.А. Паршин, Ю.А. Кожанов // Зарубежное военное обозрение. - 2008. - № 4. - С. 13-18.

44. Паршин, С.А. Коалиционные операции НАТО, проблемы взаимодействия автоматизированных систем управления и пути их решения / С.А. Паршин, Ю.А. Кожанов // Зарубежное военное обозрение. - 2008. - № 5. - С. 16-22.

45. Патент SU1401534A1 Союз Советских Социалистических Республик, МПК H01 Q 7/04. Рамочная антенна / М.К. Базилевская, В.А. Николаев, Г.Н. Фро-ловичева (Россия). - № 4167631/24-09; заявл. 26.12.86; опубл. 07.06.88. Бюл. № 21, - 2 с.

46. Патент RU2372696C1 Российская Федерация, МПК H01 Q 7/04. Рамочная антенна / С.Н. Адеянов, С.А. Лисенков, В.Ф. Лукин, В.А. Кмитто, В.И. Новик (Россия). - № 2008129570/09; заявл. 17.07.2008; опубл. 10.11.2009. Бюл. № 31, - 6 с.

47. Побережский, Е.С. Характеристики типичных коротковолновых трасс / Е.С. Побережский // Техника средств связи; серия Техника радиосвязи. - Вып. 8. -1979. - С.86-92.

48. Прокис, Дж. Цифровая связь. / Дж. Прокис; пер. с англ. под ред. Д.Д. Кловского. - М. : Радио и связь, 2000. - 800 с.

49. Рабинер, Л. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Ра-бинер, Б. Гоулд; пер. с англ. А. Л. Зайцева, Э.Г. Назаренко, Н.Н. Тетёкина. - М. : Мир, 1978. - 848 с.

50. Сухарев, А.С. Компактные антенные системы пространственной и земной волн для быстроразворачиваемых радиостанций ДКМВ / А.С. Сухарев // XII международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь». -Воронеж, 18-20 апреля 2006. - С. 489-495.

51. Сухарев, А. С. Электродинамические модели и методы решения задач излучения и распространения радиоволн в рамках проблемы сдвоенной передачи с

разнесением по трассам распространения в ВЧ-диапазоне / А. С. Сухарев // Антенны. - 2006. - № 10. - С. 4-10.

52. Сухарев, А.С. Оценка эффективности применения пространственно-временного кодирования OFDM для сдвоенной передачи данных по ДКМВ радиоканалу / А.С. Сухарев // Радиотехника. - 2006. - № 10. - С. 84-91.

53. Скляр, Б. Цифровая связь: теоретические основы и практическое применение / Б. Скляр; пер. с англ. - М. : Издательский дом «Вильямс», 2003. - 1104 с.

54. Тихонов, В.И. Статистическая радиотехника / В.И. Тихонов. - М. : Радио и связь, 1982. - 624 с.

55. Трофимов, А.П. Программа электродинамического анализа произвольных излучающих структур / А.П. Трофимов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ - № 2012660864; дата регистрации 29.11.2012.

56. Финк, Л.М. Теория передачи дискретных сообщений / Л.М. Финк. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Советское радио, 1970. - 728 с.

57. Шадрин, Б.Г. Применение технологии MIMO в системах КВ-радиосвязи / Б.Г. Шадрин, Б.С. Боганков, Д.Е. Зачатейский // Техника радиосвязи. - 2016. - Вып. 4 (31). - С. 29-39.

58. Шлома, А.М. Новые алгоритмы формирования и обработки сигналов в системах подвижной связи / А.М. Шлома, М.Г. Бакулин, В.Б. Крейнделин, А.П. Шумов. - М. : Горячая Линия-Телеком, 2008. - 344 с.

59. Щесняк, С.С. Адаптивные антенны / С.С. Щесняк, М.П. Попов. - СПб. : Военная инженерно-космическая краснознаменная академия имени А.Ф. Можайского, 1995. - 611 с.

60. Юдин, В.В. Электродинамические методы анализа проволочных антенн / А.Л. Бузов, Ю.М. Сподобаев, Д.В. Филиппов, В.В. Юдин; под ред. В.В. Юдина. -М. : - Радио и связь, 2000. - 153 с.

61. Юдин В.В. Оптимизация весового вектора приемной антенной решетки при различных формах его ограничения с учетом шума приемника / В.В. Юдин // Труды НИИР. - 2015. - №8. - С.49-53.

62. Alan, J. F. Adaptive Antennas and Phased Arrays for Radar and Communications / J. F. Alan. - Boston, London : - Artech House Publishers, 2008. - 395 p.

63. CCIR Recomendation 520-2. Use of High Frequency Ionospheric Channel Simulators.

64. CCIR Recommendation F. 1487. Testing of HF Modems with Bandwidths of op to about 12 kHz using Ionospheric Channel Simulators.

65. Daniels, R.C. HF MIMO NVIS Measurements with Co-located Dipoles for Future Tactical Communications / R.C. Daniels, S.W. Peters, R.W. Heath // IEEE Military Communications Conference. - 2013. - pp. 1250-1255.

66. Daniels, R.C. A New MIMO HF Data Link: Designing for High Data Rates and Backwards Compatibility / R.C. Daniels, S.W. Peters // IEEE Military Communications Conference. - 2013. - pp. 1256-1261.

67. Erhel, Y. Evaluation of Ionospheric HF MIMO Channels / Y. Erhel, D. Lemur, M. Oger, J. Le Masson, F. Marie // IEEE Antennas and Propagation Magazine. - December 2016. - pp. 2-13.

68. Feeney, S.M. Compact antenna arrays for HF MIMO applications / S.M. Feeney, S. Salous, E.M. Warrington, S.D. Gunashekar, N. Abbasi, L. Bertel, D. Lemur, M. Oger // The Institution of Engineering and Technology 11-th International Conference on Ionospheric Radio Systems and Techniques (IRST 2009). - 28-30 April 2009.

69. Furman, W. N. Understanding HF channel simulator requirements in order to reduce HF modem performance measurement variability / W. N. Furman, J.W. Nieto // Harris Corporation Nordic HF Conference. - 2001. - pp. 6.4.1- 6.4.13.

70. Gunashekar, S.D. MIMO Communications Within the HF Band Using Compact Antenna Arrays / S.D. Gunashekar, E.M. Warrington, S.M. Feeney, S. Salous, N.M. Abbasi1 // Radio Science. - December 2010. - Vol. 45. - RS6013. - pp. 1-16.

71. Hassibi, B. High-Rate Codes That Are Linear in Space and Time / B. Hassibi, B. M. Hochwald // IEEE Transactions On Information Theory. - July 2002. - Vol. 48. -№7.

72. IEEE Standard Definitions of Physical Quantities for Fundamental Frequency and Time Metrology - Random Instabilities: IEEE Standards 1139-1999. - Vig J. R. (chair.).

73. IEEE Standard Definitions of Physical Quantities for Fundamental Frequency and Time Metrology: IEEE Standard 1139-1988. - Hellwig H. (chair.).

74. IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks. Part 16 - Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems: IEEE Standard 802.16-2004 (Revision of IEEE Standard 802.16-2001).

75. Jafarkhani, H. Space-time coding: theory and practice / Hamid Jafarkhani. -Cambridge : Cambridge University Press, 2005. - 302 p.

76. Litva, J. Digital Beamforming in Wireless Communications / J. Litva, T. K.-Y. Lo. - Norwood USA : Artech House Publishers, 1996. - 320 p.

77. Luchin, D.V. Algorithm of radio direction finding in the HF range in polarization fading conditions with collocated antennas / D.V. Luchin, A.P. Trofimov, D.V. Fil-ippov, V.V. Yudin // In Electronic and Networking Technologies (MWENT) : IEEE Workshop. - Moscow, March 2018. - P. 1-8.

78. Military Standard Interoperability And Performance Standards For Data Modems : MIL-STD-188-110B. - Department of defense interface standard, 27 April 2000.

79. Ndao, P.M. Test of HF (3-30 MHz) MIMO communication system based on polarisation diversity / P.M. Ndao, Y. Erhel, D. Lemur, M. Oger, F. Marie, J. Le Masson // Rennes Institution of Engineering and Technology. Electronics Letters. - 5th January 2012. - Vol. 48. - №1.

80. North Atlantic Treaty Organization Profile for High Frequency (HF) Radio Data Communications : STANAG 5066. - Ratification Request 2000, 27 January 2004.

81. Perez-Alvarez, I. Experimental Results on Multicarrier MIMO HF Communications / I. Perez-Alvarez, S. Zazo-Bello, M. Ghogho, J. Lopez-Perez // IEEE XXX-th URSI General Assembly and Scientific Symposium. - 13-20 August 2011.

82. Rappaport, Th.S. Smart Antennas: Adaptive Arrays, Algorithms & Wireless Position Location / Th. S. Rappaport. - Piscataway, NJ : IEEE, Inc., 1998. - 555 p.

83. Recommendation ITU-R BS.1698. Evaluating fields from terrestrial broadcasting transmitting systems operating in any frequency band for assessing exposure to nonionizing radiation.

84. Sankar, K. Alamouti STBC with 2 Receive Antenna / K. Sankar // DspLog Signal Processing for Communication. - March 15 2009. Электронный ресурс. URL : http://www.dsplog.com/2009/03/15/alamouti-stbc-2-receive-antenna/ (дата обращения 27.02.2021).

85. Scheible, M.P. High Data Rate, Reliable Wideband HF Communications Demonstration / M.P. Scheible, Dr. L.J. Teig, J.D. Fite, K.M. Cuomo, G.W. Meurer, J.L. Werth, N.C. Ferreira, C.R. Franzini // Approved for Public Release The MITRE Corporation; Distribution Unlimited 14-1120. - 2014.

86. Umaisaroh, U. HF Skywave Polarized MIMO Channels with Oblique One-Hop Paths / U. Umaisaroh, G. Hendrantoro, V. Dear // Progress In Electromagnetics Research C. - 2019. - Vol. 94. - pp. 119-130.

87. Watterson, C.C. Experimental confirmation of an HF channel model / C. C. Watterson, J. R. Juroshek, W. D. Bensema // IEEE Trans. Commun. Technol. - Dec. 1970. - Vol COM-18. - pp. 792-803.

88. Барабошин, А.Ю. Вопросы построения возбудителей ДКМВ диапазона на основе современных программно-аппаратных средств / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, А.Н. Капишев, А.Д. Красильников // Вестник СОНИИР. - 2007. - № 4 (18). -С. 19-23.

89. Барабошин, А.Ю. Разработка двухканального имитатора ДКМВ радиоканала для моделирования работы адаптивных систем радиосвязи / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин // Тезисы докладов VII Международной научно-технической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения А.С. Попова «Физика и технические приложения волновых процессов»: приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы»; под ред. В.А. Неганова и Г.П. Ярового. -Самара : "Самарское кн. изд-во", 2008. - С. 59-60.

90. Барабошин, А.Ю. Методика испытаний устройства преобразования сигнала диапазона ДКМВ при помощи имитатора радиоканала «Доплер-6700» / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин // Вестник СОНИИР. - 2008. - № 3 (21). - С. 15-22.

91. Барабошин, А.Ю. Результаты линейных испытаний комплекса технических средств автоматизированной адаптивной радиосвязи в диапазоне ДКМВ / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Е.Н. Маслов // Тезисы докладов XVI Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГАТИ. - Самара, 2009. - С. 135-136.

92. Барабошин, А.Ю. Практическая реализация системы синхронизации многочастотного устройства преобразования сигналов на основе современных программно-аппаратных средств / А.Ю. Барабошин // Вестник СОНИИР. - 2009. - № 3 (25). - С. 23-29.

93. Барабошин, А.Ю. Особенности практической реализации модема МУПС-9600 / А.Ю. Барабошин // Тезисы докладов XVIII Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ. - Самара, 2011. - С. 172.

94. Барабошин, А.Ю. Практические аспекты высокоскоростной передачи данных по КВ-радиотракту / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Е.Н. Маслов // Труды НИИР. - 2011. - № 2. - С. 24-32.

95. Барабошин, А.Ю. Практическая реализация возбудителя ДКМВ диапазона с прямым синтезом частоты / А.Ю. Барабошин // V Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь». - Москва : ИРЭ РАН, 2125 ноября 2011. - С. 110-114.

96. Барабошин, А.Ю. Формирование многоканальной цифровой антенной решетки из компактно размещенных передающих антенн ДКМВ диапазона / А.Ю. Барабошин, А.Л. Бузов, И.Ю. Кольчугин, М.А. Минкин // Тезисы докладов XIX Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ. - Самара, 2012. - С. 165-166.

97. Барабошин, А.Ю. Результаты линейных испытаний модернизированного возбудителя ДКМВ диапазона ВКВ-30 / А.Ю. Барабошин, Е.Н. Маслов // Тезисы

докладов XIX Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ. - Самара,

2012. - С. 166-167.

98. Барабошин, А.Ю. Управление сетью автоматизированной адаптивной ДКМВ радиосвязи на основе перспективных технологий / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Е.Н. Маслов // Труды НИИР. - 2012. - № 2. - С. 54-66.

99. Барабошин, А.Ю. Передающий комплекс ДКМВ-диапазона на основе кольцевой антенной решетки с цифровым формированием диаграмм направленности / А.Ю. Барабошин, А.Л. Бузов, М.А. Минкин, В.В. Юдин // Антенны. - 2012. -№ 6. - С. 11-16.

100. Барабошин, А.Ю. Использование частотно-временной и пространственной обработки при построении тракта высокоскоростной передачи данных по ДКМВ радиолинии / А.Ю. Барабошин // Радиотехника. - 2012. - № 6. - С. 68-72.

101. Барабошин, А.Ю. Перспективы реализации технологии MIMO в ДКМВ диапазоне на основе использования передающих кольцевых антенных решеток / А.Ю. Барабошин, А.Л. Бузов, А.Д. Красильников // Радиотехника. - 2012. - № 6. -С. 73-78.

102. Барабошин, А.Ю. Использование двухканального имитатора «Допплер-9600» для моделирования систем MIMO ДКМВ диапазона / А.Ю. Барабошин, Д.В. Филиппов // Тезисы докладов XX Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ. - Самара,

2013. - С. 186-187.

103. Барабошин, А.Ю. Использование возбудителя ДКМВ диапазона с прямым цифровым синтезом сигналов для построения современных адаптивных комплексов связи / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Е.Г. Скоробогатов // Материалы XIII Всероссийской межведомственной научной конференции «Актуальные направления развития систем охраны, специальной связи и информации для нужд государственного управления». - Орел : Академия ФСО России, 13-14 февраля 2013.

104. Барабошин, А.Ю. Многофункциональное устройство преобразования сигналов МУПС-9600 для автоматизированного адаптивного комплекса радиосвязи

ДКМВ диапазона / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Е.Н. Маслов // Материалы XIII Всероссийской межведомственной научной конференции «Актуальные направления развития систем охраны, специальной связи и информации для нужд государственного управления». - Орел : Академия ФСО России, 13-14 февраля 2013.

105. Барабошин, А.Ю. Вопросы оценки параметров канала в системе связи ДКМВ диапазона с использованием технологии MIMO / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин // Труды НИИР. - 2014. - № 3. - С. 85-90.

106. Барабошин, А.Ю. Разработка универсального имитатора радиоканала на базе платы AD-FMCOMMS3-EBZ / А.Ю. Барабошин, Д.В. Филиппов // Тезисы докладов «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций»: Сборник трудов XV Международной научно-технической конференции "ПТиТТ-2014". - Казань, 2014. - С. 342-344.

107. Барабошин, А.Ю. Методика создания устройств нового поколения для оборудования сети автоматизированной адаптивной ДКМВ радиосвязи / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин // Тезисы научно-технических секций VIII Международной отраслевой научно технической конференции «Технологии информационного общества». - Москва, 20-21 февраля 2014. - С. 44.

108. Барабошин, А.Ю. Алгоритм автоматизированной адаптации оборудования и адаптивной маршрутизации сообщений ДКМВ сети передачи данных / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Е.Н. Маслов // Тезисы докладов XXI Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ. - Самара, 2014.

109. Барабошин, А.Ю. Обеспечение требуемых спектральных характеристик сигнала генератора радиосигналов специальной формы / А.Ю. Барабошин, О.А. Минаева // Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций»; под ред. А.И. Данилина. - Самара : АНО "Изд-во Самар. Научн. Центр", 2015. - С. 67-68.

110. Барабошин, А.Ю. Технология разработки средств передачи данных по радиоканалам различных диапазонов / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Е.Н. Маслов // Электросвязь. - 2015. - № 8. - С. 16-24.

111. Барабошин, А.Ю. Применение современных технологий при разработке аппаратуры для отладки и проверки оборудования широкополосной передачи данных в КВ-радиоканалах / А.Ю. Барабошин, О.А. Минаева // Тезисы докладов «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций»: Сборник трудов XVII Международной научно-технической конференции "ПТиТТ-2016". - Самара, 2016. - С. 70-71.

112. Барабошин, А.Ю. Формирование сигналов с заданными спектральными характеристиками / А.Ю. Барабошин, О.А. Минаева // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета): Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. - 2016. - Т. 15, № 3. - С. 124-130.

113. Барабошин, А.Ю. Вопросы моделирования в реальном масштабе времени процессов прохождения широкополосных сигналов по радиоканалам с ярко выраженными диспергирующими свойствами / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, О.А. Минаева, Ю.В. Самойлов // Материалы отраслевой научно-технической конференции "РОСИНФОКОМ-2017" «Актуальные вопросы телекоммуникаций». - Самара : ПГУТИ, 2017. - С. 13-14.

114. Барабошин, А.Ю. Подавление блокирующей помехи от собственного передатчика совмещенного ДКМВ радиоцентра в линейном тракте радиоприемной системы с биортогональной антенной / А.Ю. Барабошин, В.Я. Николаева, А.П. Трофимов // Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций»; под ред. А.И. Данилина. - Самара : ООО "Офорт", 2017. - С. 86-89.

115. Барабошин, А.Ю. Подавление блокирующей помехи от собственного передатчика совмещенного радиоцентра в линейном тракте радиоприемной системы с триортогональной антенной / А.Ю. Барабошин, В.Я. Николаева, В.В. Юдин // Материалы отраслевой научно-технической конференции "РОСИНФОКОМ-2017" «Актуальные вопросы телекоммуникаций». - Самара : ПГУТИ, 2017. - С. 11-12.

116. Барабошин, А.Ю. Программа конвертации файлов с цифровыми квадратурными отсчётами в поддерживаемый формат векторными генераторами Rohde &

Schwarz / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Д.В. Филиппов, Ю.В. Самойлов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2018613942; дата регистрации 27.03.2018.

117. Барабошин, А.Ю. Прикладное программное обеспечение векторно-сигнальной обработки в многоканальных радиоприёмных системах / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Ю.В. Самойлов, В.В. Юдин // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2018613951; дата регистрации 27.03.2018.

118. Барабошин, А.Ю. Программный пользовательский модуль для среды "Спектр-2", реализующий передачу данных с SDR Red Pitaya / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, О.А. Минаева, Д.В.Филиппов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2018614104; дата регистрации 29.03.2018.

119. Барабошин, А.Ю. Программа пакетной переоцифровки файлов с цифровыми квадратурными отсчётами / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, О.А. Минаева, Филиппов Д.В. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2018614333; дата регистрации 04.04.2018.

120. Барабошин, А.Ю. Программный пользовательский модуль для среды "Спектр-2", реализующий приём данных с SDR Red Pitaya / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Ю.В. Самойлов, Д.В. Филиппов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2018614334; дата регистрации 04.04.2018.

121. Барабошин, А.Ю. Программа управления приемными SDR-устройствами / А.Ю. Барабошин, Н.Ю. Либеровский, В.С. Припутин, Д.В. Филиппов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2018661202; дата регистрации 04.09.2018.

122. Барабошин, А.Ю. Передатчик квадратурных цифровых отсчетов по TCP / А.Ю. Барабошин, Е.О. Кандаурова, Д.В. Лучин, Ю.В. Самойлов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2018661265; дата регистрации 04.09.2018.

123. Baraboshin, A.Y. The Optimization Of The Configuration Options Of A Radio-Photonic Feeder Lines / A. Y. Baraboshin, D. V. Luchin, E. N. Maslov // XIV Inter-

national scientific-technical conference "APEIE-2018" «Actual Problems Of Electronic Instrument Engineering». - Novosibirsk : NSTU, October 2-6 2018. - P. 394-399.

124. Барабошин, А.Ю. Подавление внеполосных помех в линейных трактах радиоприемных систем диапазона ВЧ на основе синфазно-противофазной и квадратурной обработки сигнальных векторов / А.Ю. Барабошин, В.Я. Николаева, А.П. Трофимов, В.В. Юдин // Радиотехника. - 2018. - № 1. - С. 104-122.

125. Барабошин, А.Ю. Моделирование системы передачи данных при разнесенном приеме / А.Ю. Барабошин, О.А. Минаева, Е.И. Юпинов // Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций»; под ред. А.И. Данилина. - Самара : ООО "Артель", 2019. - С. 162-163.

126. Барабошин, А.Ю. Программное обеспечение имитации широкополосных радиоканалов диапазона ДКМВ / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Ю.В. Самойлов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. - № 2019661445; дата регистрации 29.08.2019.

127. Барабошин, А.Ю. Алгоритм поляризационного пространственного кодирования для системы передачи данных совмещенного радиоцентра ДКМВ диапазона / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин, Е.Н. Маслов // Сборник трудов VI Всероссийской научно-технической конференции "РОСИНФОКОМ-2020" «Цифровая экономика. Новое время - новые технологии». - Самара : ПГУТИ, 18 ноября 2020. - С. 73-74.

128. Барабошин, А.Ю. Вопросы оценки канала в системе передачи данных с использованием поляризационного разнесения / А.Ю. Барабошин, Д.В. Лучин // Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций»; под ред. А.И. Данилина. - Самара : ООО "Артель", 2021. - С. 37-39.

129. Барабошин, А.Ю. Алгоритм поляризационного пространственного кодирования для системы передачи данных совмещенного радиоцентра ДКМВ диапазона / А.Ю. Барабошин, Д.В.Лучин // Электросвязь. - 2021. - № 7. - С. 66-73.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

«УТВЕРЖДАЮ»

Командир

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Барабошина Андрея Юрьевича на тему

«Исследование и разработка алгоритмов и средств обеспечения высокоскоростной передачи данных совмещенным радиоцентром декаметрового диапазона»

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Барабошина Андрея Юрьевича на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.2.15 - «Системы, сети и устройства телекоммуникаций» на тему «Исследование и разработка алгоритмов и средств обеспечения высокоскоростной передачи данных совмещенным радиоцентром декаметрового диапазона» обладают актуальностью, представляют теоретический и практический интерес и были внедрены в деятельность войсковой части 95306.

1. В рамках выполнения опытно-конструкторской работы была создана система дублирования канатов (датее - изделие СДК), в которой были использованы разработанные в соответствии с предложенной в диссертации методикой:

ГТИВ.464114.001, позволивший оптимизировать структуру оборудования совмещенного ДКМВ радиоцентра;

- программно-аппаратный имитатор ДКМВ радиоканала, способствующий организации контроля готовности ДКМВ радиооборудования изделия СДК.

2. При оснащении автоматизированных комплексов технических средств радиосвязи изделиями КОСАР ГТИВ.464313.003 применялись турникетные антенны, которые используют разработанные в диссертации алгоритмы пространственно-поляризационной сигнальной обработки.

Указанные новые научные результаты позволили повысить эффективность применения оборудования ДКМВ радиосвязи войсковой части.

Заместитель командира

возбудитель прямого цифрового синтеза ДКМВ сигналов ВКВ-30

войсковой части 95306, к.т.н. « >, октября 2021 г.

А.А. Мельников

ПРИЛОЖЕНИЕ Б