t - SRNS

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АНАЛИЗ
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С МОДЕМОМ OQPSK
Cтудент
: Сай Чжо Тун
Научный руководитель : А.Ю. Сизякова
1
Решаемые задачи:
1.Разработка модели и анализ помехоустойчивости ССС с сигналом OQPSK.
2.Анализ влияния рассогласования по фазе опорного генератора приемника на вероятность битовой
ошибки и сравнение результатов расчета и моделирования.
3.Анализ модели схемы формирования опорного напряжения и выбор ее параметров.
4.Разработка компьютерной модели схемы формирования опорного напряжения (СВН) и сравнение
результатов расчета и моделирования.
5.Анализ помехоустойчивости ССС с сигналом OQPSK при использовании СВН.
2
Глава 1
ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СПУТНИКОВЫХ
СИСТЕМ СВЯЗИ
1.1. Основные понятия ССС и особенности орбит ИСЗ, используемых в ССС
Рис. 1.1. Ретрансляторы на ИСЗ и наземные
терминалы
Рис. 1.2. Виды орбит ИСЗ
3
1.2. Функциональная схема модели ССС с ретранслятором
Передатчик
Канал связи
Приемник
Рис. 1.3. Обобщенная блок-схема системы спутниковой связи
Рис. 1.4. Обобщенная функциональная схема системы спутниковой связи
4
Модулятор
I1(t)
D1(t)
I
Q
sн1(t)
s1(t)
Q1(t)
I2(t)
D2(t)
I
Q
S2(t)
sн2(t)
Бортовой
усилитель
Q2(t)
+
3
4
>
групповой
фильтр
5
ЛУ
6
8
7
>
Линейный
усилитель
x(t)
<
групповой АТТ
фильтр
+
n(t)
IN(t)
DN(t)
I
Q
Демодулятор
SN(t)
sнN(t)
18
16
14
9
у(t)
11

QN(t)
M
10
U
sоп(t)
X
19
15
17
13
12

канальн
ый
фильтр
Рис. 1.5. Модель спутникового канала связи с бортовым усилителем
5
1.3. Энергетический расчет радиолинии Спутник – Земля
(30,31º с.ш,96,4º в.д)
орбита ИСЗ
d

20 deg
Рис.1.6.Карта Мьянмы с указанием
наземной станции
35800km
Рис.1.7. Вспомогательный рисунок для расчета d
6
Цифровой поток
R=640 Мбит/с
Сигнал
ФМ4C
Рс
ИС
МОД
Рпрд
Gпрд
Канал связи с
шумом
Lсв, Lдп
Рпрм
Gпрм
ПУ
ПРУ
ДМОД
ПЛ
Dпрд=1м
Dпрм=5,1м
Тш=300K
Рис. 1.8. Обобщенная блок-схема системы спутниковой связи
c 3 108
 
 0,037m  3,75cm
f c 8 109
Полагая, что расстояние D между геостационарным ИСЗ и наземной станцией равно
38098км, можно рассчитать мощность сигнала на входе приемника:
Pпрм 
Pпрд  Gпрд  Gпрм
Lсв  L ДП
2
3
 4D   4  38098 10 
  1,63 10 20  202дБВт
Lсв  
  
0,0375
   

2
Рпрм(дБВт) = Рпрд(дБВт) + Gпрд(дБ) + Gпрм(дБ) – Lcв(дБ) – LДП(дБ)
= Рпрд(дБВт) + 35,87 + 50,02 – 202,12 – 7,4
= Рпрд(дБВт) – 123,63(дБВт).
E 
Pпрм   b .k.Tш .Пш  (4,8)  (1,38 1023 Дж / K )  (300K )  (640 106 Гц)  1,27 1011 Вт  109дБВт
 N0 
∆Рпрм = –109 дБВт – (–111дБВт) = 2 дБВт.
7
Глава 2
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ И КОМПЬЮТЕРНОЙ
МОДЕЛЕЙ CCC С СИГНАЛОМ OQPSK (4ФМС)
Решаемые задачи:
• Разработка модели ССС с сигналом OQPSK
2.1. Использование сигналов OQPSK, их свойства
Сигнал
Вектор ; M=4
S2
S3
Q
S1
S4
Рис. 2.1. Описание сигнала OQPSK
s1 (t ) 
2E
cos[0 t  1 (t )  0 ],0  t  T
T
8
2.2. Формирование сигналов QPSK (ФМ4) и OQPSK(ФМ4С), их спектры
QPSK
OQPSK
mI
mI
cosω0t
cosω0t
mk
I
Q
mk
ГН
ФВ-π/2
si(t)
I
Q
ГН
ФВ-π/2
si(t)
sinω0t
sinω0t
mQ
mQ
Рис. 2.2. Схема модулятора сигнала QPSK и OQPSK
Рис. 2.3. Синфазный mI(t) и квадратурный mQ(t)
потоки данных в модуляторе OQPSK
Рис.2.4. Энергетические спектры сигналов
9
2.3. Схема системы связи с сигналом OQPSK
Канал
Модулятор
Демодулятор
УПЧ
+
шум
Передатчик
канал
приемник
Рис. 2.5. Схема системы связи с сигналом OQPSK
Описание функционирования ССС с сигналом OQPSK
Шум
n(t)

cosω0t
cosω0t
D(t) I
Q
ГН
ФВ-π/2
sinω0t
s(t)
y(t)
z(t)
M
ГН
U
ФВ-π/2
УПЧ
X
sinω0t

Рис. 2.6. Обобщенная схема ССС
Модель канала с шумом
Модель УПЧ и демодулятора сигнала OQPSK
z(t) = si(t) + n(t)
si(t)
z(t)
+
n(t)
Рис. 2.7. Модель канала
Рис. 2.8. Схема УПЧ и демодулятора сигнала OQPSK
10
2.5.Компьютерная модель системы связи с сигналом OQPSK
Рис.2.10. Схема цифровой модели CCC с модемом OQPSK
11
2.6. Статистический расчет зависимости Рош(Еb/N0) для сигналов OQPSK
0
2
4
Eb/N0
6
8
10
12
1.0E-01
1.0E-02
BER
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
BER Theorem of OQPSK signal
BERof OQPSK singal at System View
Рис.2.11. График теоретической и экспериментальной зависимостей BER
для сигнала OQPSK.
12
Глава 3
ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ
Решаемые задачи:
•Анализ линейной модели Костаса
•Разработка и анализ компьютерной модели СВН
•Сравнение результатов моделирования с аналитическим расчетом
13
3.1. Построение математической модели СВН и оптимизация ее параметров
y(t )  si (t )  n(t )
y(t)
ФД
ПГ
ФНЧ
Рис.3.1. Функциональная схема системы ФАП
Источник
информации
Модулятор
Канал
Схема
костаса
Источник
информации
Демодулятор
УПЧ
Рис. 3.2. Блок–схема системы связи со схемой СВН в приемнике
14
П1
uп1(t)
ФНЧ
1
uф1(t)
uд(t)
uг1(t)
s(t)
ФНЧ
ПГ
ФП
Фазовой
дискриминатор
uупр(t)
ФВ
Фильтр
контура
uг2(t)
uп2(t)
ФНЧ
2
uф2(t)
П2
Рис. 3.3. Функциональная схема СВН
s(t ) 
Uc
I (t ) cos0t  c (t )  Q(t ) sin 0t  c (t )
2
Пусть канальные ФНЧ (ФНЧ1 и ФНЧ2 на рис.3.3) без искажений пропускают только
низкочастотные компоненты процессов uф1(t) и uф2(t).
UU
uф1 (t )  c г K п Q(t ) cos   I (t ) sin  
2 2
uф 2 (t ) 
U cU г
K п I (t ) cos   Q(t ) sin  
2 2
На выходе фазового дискриминатора (ФП на рис.3.3) получается результат преобразования
этих двух колебаний по алгоритму:
UU
S1  c г K п
2 2
15
.
Рис. 3.4. Дискриминационная характеристика исследуемой системы
Красным цветом на рис 3.4 приведена приближенная зависимость
F ( )  S Д sin 
Дискриминационная характеристика СВН является периодической с периодом π/2.
При  

4
характеристика близка к линейной
F    S Д 
16
П1
uп1(t)
ФНЧ
1
uф1(t)
uд(t)
uг1(t)
s(t)
ФНЧ
ПГ
ФП
Фазовой
дискриминатор
uупр(t)
Фильтр
контура
ФВ
uг2(t)
ФНЧ
2
uп2(t)
uф2(t)
П2
Рис. 3.3. Функциональная схема СВН
K фнч ( p) 
1  pT
p
17
 Линейная система СВН
Рис. 3.5. Структурная схема СВН
 Операторный коэффициент передачи К(р)
K ( p)  KФНЧ ( p)  S P 
1 (1  pT )
1 (1  pT )

 SP  
 SP
p
p
p
p2
 Операторный коэффициент передачи системы
1
p2
K  ( р) 
 2
1  S d K ( p) p  pTKv  K v
(1)
С
18
3.2. Разработка компьютерной модели СВН и тестирование модели
3.6. Модель системы восстановления несущей
сигнал с выхода
ФД
19
5.00E-01
4.00E-01
3.00E-01
2.00E-01
1.00E-01
F(∆φ) 0.00E+00
-90
-75
-60
-45
-30
-15
0
15
30
45
60
75
90
-1.00E-01
-2.00E-01
-3.00E-01
-4.00E-01
-5.00E-01
∆φ,град
Дискриминационная характеристика ФД
20
Сравнение результатов теоретических и моделирования при разных значениях
 = 0.5, 1, 2.
0.12
0.12
0.1
0.1
0.08
0.08
0.06
0.06
linear 1
Linear 0.5
0.04
0.04
Nonlinear 1
Nonlinear 0.5
0
0
-0.02
-0.02
-0.04
-0.04
0
1
2
  0.5
3
4
Theory 1
0.02
Theory 0.5
0.02
0
5
1
2
3
 1
4
5
0.12
0.1
φс= 6
0.08
0.06
Linear 2
Ninlinear 2
0.04
Theory 2
0.02
0
-0.02
0
1
2
3
 2
4
5
21
Глава 4
РАСЧЕТ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ МОДЕЛИ ССС БЕЗ СВН
И ПРИНАЛИЧИИ СВН ПО ФАЗЕ НА ВЕРОЯТНОСТЬ
Решаемые задачи:
БИТОВОЙ ОШИБКИ
• Анализ влияния рассогласования по фазе на вероятность битовой ошибки в
системе с сигналом OQPSK
•Расчет зависимости Рош от отношения Eb/N0 на модели ССС с сигналом OQPSK и
СВН при нулевом расфазировании опорного колебания
•Расчет зависимости Рош(Eb/N0) на модели ССС с сигналом OQPSK и СВН при
расфазировании опорного колебания
• Анализ влияния рассогласования по фазе на вероятность битовой ошибки в
системе с сигналами OQPSK.Сравнительный анализ результатов моделирования
при отсутствии и наличии СВН
22
4.1 Модель ССС, функционирующая при расфазировании опорного колебания
демодулятора приемника сигнала OQPSK
Eb/N0,дБ
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10 10.5 11 11.5 12
1.0E-01
1.0E-02
BER
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
phase=0 deg
Phase 5 deg
Phase 15 deg
Phase 20 deg
Phase 10 deg
Рис. 4.1. Зависимость Рош от Еb/N0 при разных значениях φ = 0º, 5º ,10º ,15º, 20º
23
4.2. Расчет зависимости Рош(Eb/N0) на модели ССС с сигналом OQPSK и СВН при
нулевом расфазировании опорного колебания
Рис. 4.2. Модель одноканальной спутниковой системы связи с сигналом OQPSK при наличии СВН,
реализованная в пакете System view
Блок 70
24
0
2
4
Eb/N0
6
8
10
12
1.0E-01
1.0E-02
BER
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
BER Theorem of OQPSK signal
BER from model
Рис. 4.3. Сравнение результатов моделирования ССС для сигнала OQPSK
при наличии СВН и φ=0
25
4.3. Сравнительный анализ результатов моделирования при наличии и в отсутствие
СВН
0
2
4
Eb/N0
6
8
10
12
1.0E-01
1.0E-02
BER
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
BER Theorem of OQPSK signal
BERof OQPSK singal at System View
BERof OQPSK singal at System View(with CBH)
Рис. 4.5. Сравнение результатов моделирования ССС для сигнала OQPSK с теоретическими значениями при
наличии и в отсутствие СВН
26
Выводы по диссертации








Проведен обзор особенностей построения ССС
Выполнен энергетический расчет спутниковой радиолинии
Построена компьютерная модель ССС с сигналом OQPSK
Построена
модель в System View спутниковой системы связи для анализа влияния
рассогласования по фазе на вероятность ошибки на выходе канала
Построена компьютерная модель СВН
Получена дискриминационная характеристика дискриминатора СВН.
Построены компьютерные модели ССС с сигналом OQPSK при использовании СВН в
демодуляторе. Проведено сравнение результатов моделирования .
Проведен анализ помехоустойчивости ССС с сигналом OQPSK при использовании СВН.
27