Использование пространственно-распределенной синфазной антенны для повышения помехоустойчивости приема сигналов

Цели. Радиотехнические системы передачи информации находят широкое применение в различных отраслях нашей жизни не только для обеспечения телекоммуникаций и бытовых потребностей человека, но и для функционирования различных спецслужб, например, служб МЧС, которые в своей работе применяют роботизированные комплексы. В случае чрезвычайного происшествия возможно попадание такого робота под завал, в железобетонные трубы или другие коммунальные объекты, в результате чего условия распространения радиоволн резко ухудшаются. В этой связи остро стоит вопрос обеспечения надежной связи с роботизированным комплексом. Цель работы – снижение влияния эффекта многолучевого распространения радиоволн в канале связи в сложных помеховых условиях.

Методы. Использованы методы статистической радиотехники, теории оптимального приема сигналов и математического моделирования.

Результаты. Приведена модель приемной многоэлементной пространственно-распределенной синфазной антенны разных конфигураций с электронно-регулируемой диаграммой направленности, предназначенной для борьбы с многолучевым характером распространения сигнала. Проведено моделирование многолучевого канала связи при наличии одного основного и трех отраженных лучей распространения радиоволн, а также с гармонической помехой при двух углах ее прихода и разной частотной расстройкой относительно частоты полезного сигнала. Оценена вероятность битовой ошибки при приеме дискретной информации с применением предложенной антенны.

Выводы. Применение предложенного алгоритма обработки сигналов на приемной стороне позволяет частично скомпенсировать влияние эффекта многолучевости. В результате помехоустойчивость приема информации по сравнению с приемом на всенаправленную антенну с одним антенным элементом повышается: для вероятности битовой ошибки 10⁻³ энергетический выигрыш составляет от 2 дБ при 2 лучах до 7–10 дБ при 3–4 лучах. При наличии в радиоканале сосредоточенной гармонической помехи также наблюдается ее одновременная пространственная (с использованием антенны) и спектральная (с использованием демодулятора) фильтрация, эффективность которой зависит от направления прихода и частотной расстройки помехи, что также приводит к существенному снижению вероятности ошибки.

1. Перфилов О.Ю. Радиопомехи. М.: Горячая линия – Телеком; 2017. 110 с. ISBN 978-5-9912-0491-0

2. Поляков П.Ф. Прием сигналов в многолучевых каналах. М.: Радио и связь; 1986. 248 с.

3. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П., Павельев А.Г. Распространение радиоволн. М.: ЛЕНАНД; 2009. 486 с. ISBN 978-5-9710-0183-6

4. Куликов Г.В., Лелюх А.А., Граченко Е.Н. Помехоустойчивость когерентного приемника сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией при наличии ретранслированной помехи. Радиотехника и электроника. 2020;65(8):804–808. https://doi.org/10.31857/S0033849420070074

5. Куликов Г.В., Данг С.Х. Помехоустойчивость приема сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией в двухлучевом канале связи. Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2022;2:43–49.

6. Нгуен В.З. Помехоустойчивость корреляционного приемника сигналов с многопозиционной фазовой манипуляцией при наличии ретранслированной помехи. Журнал радиоэлектроники. 2019;3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.3.4

7. Зеленевский В.В., Попов А.В., Зеленевский Ю.В., Наконечный А.Б. Статистическая оценка качества райсовского радиоканала метрового диапазона. Известия Института инженерной физики. 2023;1(67):56–58. URL: https://iifrf.ru/wp-content/uploads/2023/01/izvestiyaiif-67.pdf

8. Красносельский И.Н., Канев С.А. Исследование помехоустойчивости системы DVB-T на модели канала с многолучевым распространением. Электросвязь. 2010;7:28–30.

9. Сидельников Г.М., Огнев Д.В. Помехоустойчивость разнесенного приема сигналов с фазовой и относительной фазовой модуляцией в каналах с многолучевостью. Омский научный вестник. 2018;2(158):104–109. https://doi.org/10.25206/1813-8225-2018-158-104-109

10. Сидельников Г.М., Синявская А.С. Межсимвольная интерференция сигналов с ФРМ и ФМ в каналах с дискретной многолучевостью. Омский научный вестник. 2014;1(127):205–210.

11. Бакулин М.Г., Варукина Л.А., Крейнделин В.Б. Технология MIMO: принципы и алгоритмы. М.: Горячая линия – Телеком; 2022. 242 с. ISBN 978-5-9912-0457-6

12. Гончаренко И.В. Антенны КВ и УКВ. Направленные КВ антенны. Синфазные и продольного излучения. М.: РадиоСофт: Радио; 2010. 256 с. ISBN 5-93037-144-X

13. Куликов Г.В., Костин М.С., Замуруев С.Н., Ярлыков А.Д., Полевода Ю.А. Синфазная антенная решетка с электронно-регулируемой диаграммой направленности: пат. RU 217728 U1. Заявка № RU 2023 102 773 U; заявл. 07.02.2023; опубл. 14.04.2023.

14. Полевода Ю.А., Куликов Г.В., Коняшкин Г.В., Кузеленков П.И. Исследование диаграммы направленности пространственно-распределенной приемной антенны. В сб.: Фундаментальные, поисковые, прикладные исследования и инновационные проекты: сборник трудов Национальной научнопрактической конференции; под ред. С.У. Увайсова. М.: РТУ МИРЭА; 2022. С. 272–277.

15. Куликов Г.В., Кузеленков П.И. Математическое моделирование системы антенн для борьбы с многолучевым характером распространения сигнала в гидроакустическом канале связи. В сб.: VI Международная НПК «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем» (РАДИОИНФОКОМ – 2022). М.: РТУ МИРЭА; 2022. С. 164–167.