Increasing robustness of HF communications at high latitudes - utilizing ionospheric data and space diversity

HF-radio gir kommunikasjon over lange avstander uten bruk av fast infrastruktur for norske militære styrker i nordområdene. Dette er viktig i et område med økt aktivitet, og hvor satellittkommunikasjon er mindre tilgjengelig. Ionosfærekanalen for HF på høye breddegrader opplever store variasjoner i tid og rom avhengig av romværet, og HF-kommunikasjon bør derfor benytte robuste bølgeformer, adaptivitet og sanntidsinformasjon om ionosfærekanalen for å gi optimal kommunikasjon. I 2017-2018 ble det gjort målinger av HF-kommunikasjon i et nettverk av stasjoner på høye breddegrader. Hovedmålet med studien var å finne ut hvor mye tilgjengeligheten av HF-kommunikasjon kan økes ved å utnytte romlig diversitet. Dersom forskjellige geografiske radiostrekk har svært forskjellig kanalkarakteristikk, kan moderne HF-radioer med nettverksfunksjonalitet utnytte dette til å øke robustheten av kommunikasjonen. Konseptet ble først lansert i et tidligere arbeid ved FFI [4]. Et annet mål med studien var å undersøke graden av korrelasjon mellom ytelsen av moderne HF-radioer og visse ionosfæreparametere som måles av ionosfæriske måleinstrumenter. Situasjonsbevissthet om kanalforholdene vil være nyttig for HF-operatørene og gir dem mulighet til å gjøre optimale valg for kommunikasjonen. Et siste mål med denne rapporten var å oppsummere kjent kunnskap om faktorer som påvirker HF-kommunikasjon på høye breddegrader. Denne studien har bekreftet at HF-nettverk som utnytter romlig diversitet, kan gi økt robusthet og bedre tilgjengelighet av HF-kommunikasjon. I et nettverk av 20 W radioer ble det oppnådd 10–30 % økt sannsynlighet for å oppnå linking ved å inkludere et punkt i en avstand ~400 km lengre sør. I et nettverk av 400 W radioer ble det oppnådd 10–50 % økt linkesannsynlighet ved å inkludere et punkt ~1300 km lengere sør. Den største gevinsten ble oppnådd under ionosfærisk forstyrrede perioder. Våre sammenligninger av HF-målingene med andre ionosfæremålinger har vist at de siste gir god innsikt i de rådende kanalforholdene, og kan gi grunnlag for gode valg for kommunikasjonsnettverket. Sanntids ionogrammer kombinert med riometer-målinger ble funnet spesielt nyttig. Mer konkret, for korte radiostrekk i Nord-Norge med nærhet til absorpsjonsmålingene i Abisko, ga målte absorpsjonsnivåer over 0,2 dB (målt på 30 MHz) minkende linkesannsynlighet, med svært liten linkesannsynlighet når absorpsjonen ble målt til 1 dB. De lange radiostrekkene mot sør ble også berørt av økt absorpsjon målt i Abisko, men i mindre grad. Absorpsjon av radiosignalet kan omgås ved å unngå den delen av ionosfæren som har høy absorpsjon (utnytte romlig diversitet), eller øke sende-effekten, hvis det er en mulighet. I videre arbeid bør romværsinformasjon på Internett, inkludert radioamatørkilder, vurderes for relevans for HF-kommunikasjon. Sanntidsdata fra relevante datakilder som ionogrammer og riometer absorpsjon bør inkluderes i en programvareapplikasjon som skreddersys for HFoperatøren. En slik applikasjon, sammen med moderne HF-radioer og smarte måter å utnytte ionosfæren på høy breddegrad, vil gi Forsvaret bedre HF-kommunikasjon og vil derfor kunne understøtte informasjonsutveksling bedre. Resultatene i denne rapporten kan utgjøre et grunnlag for et slikt videre arbeid.