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 I 1(t) D 1(t) I Q Q 1(t) sн 1(t) I 2(t) D 2(t) I Q s 1(t) S 2(t) sн 2(t) Бортовой усилитель Q 2(t) + 3 групповой фильтр 4 > 5 ЛУ 6 > Линейный усилитель 8 7 < x(t) групповой АТТ фильтр + n(t) IN(t) DN(t) I Q sн. N(t) SN(t) Демодулятор 18 16 у(t) 11 14 9 QN(t) M U sоп(t) X 19 17 15 13 12 10 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 35800 km Рис. 1. 7. Вспомогательный рисунок для расчета d 6
Цифровой поток R=640 Мбит/с Сигнал ФМ 4 C Рс ИС МОД Рпрд Gпрд Канал связи с шумом Lсв, Lдп Рпрм Gпрм ПУ ПРУ ДМОД ПЛ Dпрд=1 м Dпрм=5, 1 м Тш=300 K Рис. 1. 8. Обобщенная блок-схема системы спутниковой связи Полагая, что расстояние D между геостационарным ИСЗ и наземной станцией равно 38098 км, можно рассчитать мощность сигнала на входе приемника: Рпрм(д. БВт) = Рпрд(д. БВт) + Gпрд(д. Б) + Gпрм(д. Б) – Lcв(д. Б) – LДП(д. Б) = Рпрд(д. БВт) + 35, 87 + 50, 02 – 202, 12 – 7, 4 = Рпрд(д. БВт) – 123, 63(д. БВт). ∆Рпрм = – 109 д. БВт – (– 111 д. БВт) = 2 д. БВт. 7
Глава 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ И КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛЕЙ CCC С СИГНАЛОМ OQPSK (4 ФМС) Решаемые задачи: • Разработка модели ССС с сигналом OQPSK 2. 1. Использование сигналов OQPSK, их свойства Сигнал Вектор ; M=4 S 2 S 3 Q S 1 S 4 Рис. 2. 1. Описание сигнала OQPSK 8
2. 2. Формирование сигналов QPSK (ФМ 4) и OQPSK(ФМ 4 С), их спектры QPSK m. I cosω0 t mk I Q mk ГН ФВ-π/2 OQPSK si(t) I Q ГН ФВ-π/2 si(t) sinω0 t m. Q Рис. 2. 2. Схема модулятора сигнала QPSK и OQPSK Рис. 2. 3. Синфазный m. I(t) и квадратурный m. Q(t) потоки данных в модуляторе OQPSK Рис. 2. 4. Энергетические спектры сигналов 9
2. 3. Схема системы связи с сигналом OQPSK Канал Модулятор УПЧ + Демодулятор шум Передатчик канал приемник Рис. 2. 5. Схема системы связи с сигналом OQPSK Описание функционирования ССС с сигналом OQPSK Шум n(t) cosω0 t D(t) I Q ГН ФВ-π/2 sinω0 t s(t) y(t) z(t) cosω0 t M ГН ФВ-π/2 УПЧ sinω0 t U X 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/N 0) для сигналов OQPSK 0 2 4 Eb/N 0 6 8 10 12 1. 0 E-01 1. 0 E-02 BER 1. 0 E-03 1. 0 E-04 1. 0 E-05 1. 0 E-06 BERof OQPSK singal at System View BER Theorem of OQPSK signal 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) 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
П 1 uп 1(t) ФНЧ 1 uф1(t) uд(t) uг 1(t) s(t) ФНЧ ПГ uупр(t) ФВ П 2 Фильтр контура uг 2(t) uп 2(t) ФП Фазовой дискриминатор ФНЧ 2 uф2(t) Рис. 3. 3. Функциональная схема СВН Пусть канальные ФНЧ (ФНЧ 1 и ФНЧ 2 на рис. 3. 3) без искажений пропускают только низкочастотные компоненты процессов uф1(t) и uф2(t). На выходе фазового дискриминатора (ФП на рис. 3. 3) получается результат преобразования этих двух колебаний по алгоритму: 15
. Рис. 3. 4. Дискриминационная характеристика исследуемой системы Красным цветом на рис 3. 4 приведена приближенная зависимость Дискриминационная характеристика СВН является периодической с периодом π/2. При характеристика близка к линейной 16
П 1 uп 1(t) ФНЧ 1 uф1(t) uд(t) uг 1(t) s(t) ФНЧ ПГ ФП Фазовой дискриминатор uупр(t) ФВ Фильтр контура uг 2(t) ФНЧ 2 uп 2(t) uф2(t) П 2 Рис. 3. 3. Функциональная схема СВН 17
Линейная система СВН Рис. 3. 5. Структурная схема СВН Операторный коэффициент передачи К(р) Операторный коэффициент передачи системы (1) 18
3. 2. Разработка компьютерной модели СВН и тестирование модели 3. 6. Модель системы восстановления несущей сигнал с выхода ФД 19
5. 00 E-01 4. 00 E-01 3. 00 E-01 2. 00 E-01 1. 00 E-01 F(∆φ) 0. 00 E+00 -90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90 -1. 00 E-01 -2. 00 E-01 -3. 00 E-01 -4. 00 E-01 -5. 00 E-01 ∆φ, град Дискриминационная характеристика ФД 20
Сравнение результатов теоретических и моделирования при разных значениях = 0. 5, 1, 2. 0. 12 0. 1 0. 08 0. 06 Linear 0. 5 0. 04 Nonlinear 0. 5 Nonlinear 1 Theory 1 0. 02 Theory 0. 5 0. 02 linear 1 0. 04 0 0 -0. 02 -0. 04 0 1 2 3 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 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/N 0 на модели ССС с сигналом OQPSK и СВН при нулевом расфазировании опорного колебания • Расчет зависимости Рош(Eb/N 0) 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/N 0, д. Б 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 1. 0 E-01 1. 0 E-02 BER 1. 0 E-03 1. 0 E-04 1. 0 E-05 1. 0 E-06 phase=0 deg Phase 5 deg Phase 10 deg Phase 20 deg Рис. 4. 1. Зависимость Рош от Еb/N 0 при разных значениях φ = 0º, 5º , 10º , 15º, 20º 23
4. 2. Расчет зависимости Рош(Eb/N 0) 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/N 0 6 8 10 12 1. 0 E-01 1. 0 E-02 BER 1. 0 E-03 1. 0 E-04 1. 0 E-05 1. 0 E-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/N 0 6 8 10 12 1. 0 E-01 1. 0 E-02 BER 1. 0 E-03 1. 0 E-04 1. 0 E-05 1. 0 E-06 BER Theorem of OQPSK signal 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
Скачать презентацию РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АНАЛИЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
02091f672c30b08494e479584fb2c709.ppt