C тудент : Сай Чжо Тун Научный руководитель : А.Ю. Сизякова РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АНАЛИЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С МОДЕМОМ OQPSK 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 Ретрансляторы на ИСЗ и наземные терминалы Рис Виды орбит ИСЗ 3

1.2. Функциональная схема модели ССС с ретранслятором ПриемникКанал связи Передатчик Рис Обобщенная блок-схема системы спутниковой связи Рис Обобщенная функциональная схема системы спутниковой связи 4

Демодулятор s оп (t) канальн ый фильтр M U X + Модулятор s 1 (t) s н 1 (t) D1(t) IQIQ I1(t) Q1(t) I2(t) Q2(t) IQIQ D2(t) s н 2 (t) S 2 (t) Q N (t) I N (t) D N (t) IQIQ s н N (t) S N (t) Бортовой усилитель АТТ < групповой фильтр 8 x(t) 6 > 7 ЛУ Линейный усилитель 5 > групповой фильтр 34 > n(t) + 9 у(t) Рис Модель спутникового канала связи с бортовым усилителем 5

35800km d 20 deg Рис.1.7. Вспомогательный рисунок для расчета d орбита ИСЗ Рис.1.6.Карта Мьянмы с указанием наземной станции 1.3. Энергетический расчет радиолинии Спутник – Земля 6 (30,31º с.ш,96,4º в.д)

D прд =1м Р прд D прм =5,1м Т ш =300K Канал связи с шумом L св, L дп Р прм G прд G прм Цифровой поток R=640 Мбит/с РсРс Сигнал ФМ4C ПРУДМОДПЛ ИС МОД ПУ Рис Обобщенная блок-схема системы спутниковой связи Полагая, что расстояние D между геостационарным ИСЗ и наземной станцией равно 38098км, можно рассчитать мощность сигнала на входе приемника: Р прм (дБВт) = Р прд (дБВт) + G прд (дБ) + G прм (дБ) – L cв (дБ) – L ДП (дБ) = Р прд (дБВт) + 35, ,02 – 202,12 – 7,4 = Р прд (дБВт) – 123,63(дБВт). Р прм = –109 дБВт – (–111дБВт) = 2 дБВт. 7

Глава 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ И КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛЕЙ CCC С СИГНАЛОМ OQPSK (4ФМС) 2.1. Использование сигналов OQPSK, их свойства Рис Описание сигнала OQPSK 8 Вектор ; M=4 Q S4S4 S3S3 S2S2 S1S1 Сигнал Решаемые задачи: Разработка модели ССС с сигналом OQPSK

2.2. Формирование сигналов QPSK (ФМ4) и OQPSK(ФМ4С), их спектры Рис Схема модулятора сигнала QPSK и OQPSK Рис Синфазный m I (t) и квадратурный m Q (t) потоки данных в модуляторе OQPSK 9 mkmk s i (t) m Q mImI IQIQ cosω 0 t sinω 0 t ГН ФВ-π/2 s i (t) m Q mImI IQIQ cosω 0 t sinω 0 t ГН ФВ-π/2 Рис.2.4. Энергетические спектры сигналов QPSKOQPSK mkmk

2.3. Схема системы связи с сигналом OQPSK Модулятор Канал + шум Демодулятор УПЧ Передатчикканалприемник Рис Схема системы связи с сигналом OQPSK Описание функционирования ССС с сигналом OQPSK y(t) z(t) s(t) Шум n(t) УПЧ M U X ГН cosω 0 t ФВ-π/2 sinω 0 t D(t) IQIQ ГН ФВ-π/2 cosω 0 t sinω 0 t Рис Обобщенная схема ССС Модель канала с шумом z(t) = s i (t) + n(t) si(t)si(t) z(t)z(t) n(t)n(t) + Рис Модель канала 10 Рис Схема УПЧ и демодулятора сигнала OQPSK Модель УПЧ и демодулятора сигнала OQPSK

Компьютерная модель системы связи с сигналом OQPSK Рис Схема цифровой модели CCC с модемом OQPSK

Статистический расчет зависимости Р ош (Е b /N 0 ) для сигналов OQPSK Рис График теоретической и экспериментальной зависимостей BER для сигнала OQPSK.

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 ФДПГ ФНЧ y(t) Рис.3.1. Функциональная схема системы ФАП Источник информации Модулятор Канал Схема костаса ДемодуляторУПЧ Рис Блок–схема системы связи со схемой СВН в приемнике 14

Фазовой дискриминатор ФНЧ 1 ФП ФНЧ 2 ФНЧ ПГ ФВ u п1 (t) s(t) u ф1 (t) u д (t) u г2 (t) u г1 (t) u упр (t) u п2 (t)u ф2 (t) Фильтр контура П1 П2 Рис Функциональная схема СВН Пусть канальные ФНЧ (ФНЧ1 и ФНЧ2 на рис.3.3) без искажений пропускают только низкочастотные компоненты процессов u ф1 (t) и u ф2 (t). На выходе фазового дискриминатора (ФП на рис.3.3) получается результат преобразования этих двух колебаний по алгоритму: 15

Красным цветом на рис 3.4 приведена приближенная зависимость. Дискриминационная характеристика СВН является периодической с периодом π/2. Рис Дискриминационная характеристика исследуемой системы 16 При характеристика близка к линейной

Фазовой дискриминатор ФНЧ 1 ФП ФНЧ 2 ФНЧ ПГ ФВ u п1 (t) s(t) u ф1 (t) u д (t) u г2 (t) u г1 (t) u упр (t) u п2 (t)u ф2 (t) Фильтр контура П1 П2 Рис Функциональная схема СВН 17

Линейная система СВН Операторный коэффициент передачи К(р) Операторный коэффициент передачи системы (1) 18 Рис Структурная схема СВН

Разработка компьютерной модели СВН и тестирование модели 3.6. Модель системы восстановления несущей сигнал с выхода ФД

20 F(φ) φ,град Дискриминационная характеристика ФД

21 Сравнение результатов теоретических и моделирования при разных значениях = 0.5, 1, 2. φ с = 6

Глава 4 РАСЧЕТ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ МОДЕЛИ ССС БЕЗ СВН И ПРИНАЛИЧИИ СВН ПО ФАЗЕ НА ВЕРОЯТНОСТЬ БИТОВОЙ ОШИБКИ Решаемые задачи: Анализ влияния рассогласования по фазе на вероятность битовой ошибки в системе с сигналом OQPSK Расчет зависимости Р ош от отношения E b /N 0 на модели ССС с сигналом OQPSK и СВН при нулевом расфазировании опорного колебания Расчет зависимости Р ош (E b /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 Рис Зависимость Р ош от Е b /N 0 при разных значениях φ = 0º, 5º,10º,15º, 20º 23

4.2. Расчет зависимости Р ош (E b /N 0 ) на модели ССС с сигналом OQPSK и СВН при нулевом расфазировании опорного колебания Рис Модель одноканальной спутниковой системы связи с сигналом OQPSK при наличии СВН, реализованная в пакете System view Блок 70 24

Рис 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 Рис 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