Анализ влияния ионосферы на вероятностные характеристики приема сигналов с фазовой манипуляцией в спутниковых системах связи

При распространении по спутниковым линиям связи сигналы испытывают фазо- и амплитудно-частотные искажения за счет влияния ионосферы как дисперсионной среды [1,2]. Эти искажения приводят к энергетическим потерям при корреляционной обработке, составляющей основу алгоритмов синхронизации и демодуляции сигналов в приемных устройствах по отношению к распространению в свободном пространстве [3,4]. Суть искажений – изменение огибающей сигналов, возникновение межсимвольной (МСИ) интерференции за счет временного рассеяния радиоимпульсов в составе сигналов с цифровой манипуляцией и возникновение межканальной интерференции (МКИ) при использовании двумерных сигналов за счет взаимного влияния квадратурных сигнальных составляющих. Рассматриваемые искажения и класс помех МСИ и МКИ наряду с базовой моделью помехи в виде аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ) являются одними из основных факторов снижения надежности передачи информации по спутниковым линиям с использованием сигналов с расширенным частотным спектром.
Это определяет актуальность создания и развития соответствующих моделей искажающего действия ионосферных линий передачи и разработки методик численной оценки данных искажений.
В докладе приведено описание метода оценивания рассматриваемых энергетических потерь при корреляционной обработке по отношению к распространению сигналов в свободном пространстве. Произведено численное оценивание энергетических потерь при распространении сигналов с фазовой манипуляцией (ФМ4) по ионосферным линиям передачи Р- частотного диапазона, характеристики линии задаются ее высотой, углом направления линии прямой видимости, моделью высотного профиля электронной плотности ионосферы. Показано, что с уменьшением длительности символов в составе сигналов ФМ4 энергетические потери увеличиваются - для угла прямой видимости 0 град и длительности символов 100 нс получено значение энергетических потерь до 1.5 дБ, для длительности символов 50 нс значение энергетических потерь достигает 3.5 дБ.
Приведена методика теоретического оценивания вероятностей ошибочного приема сигналов при распространении по ионосферным линиям при наличии помехи АБГШ и помех МСИ и МКИ. При вычислении этих вероятностей необходимо использовать плотность распределения для значений сигнал/помеха, являющихся случайной величиной, зависящей от содержания передаваемой последовательности информационных символов. Путем моделирования и теоретического оценивания показано, что с уменьшением длительности символов сигналов ФМ4 увеличивается суммарная мощность межсимвольных и межканальных помех, ограничивающая вероятность ошибочного приема сигналов при увеличении их мощности.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (16-07-00746).