Разработка модели помехоустойчивой спутниковой системы передачи данных с модемом BPSK (магистерская диссертация) Научный руководитель: Сизякова А. Ю. Студент: - презентация

1 Разработка модели помехоустойчивой спутниковой системы передачи данных с модемом BPSK (магистерская диссертация) Научный руководитель: Сизякова А. Ю. Студент: Чжо Мьо Тун

2 Решенные задачи 2 – Особенности построения спутниковых систем передачи данных. – Энергетический расчет радиолинии Земля – Спутник. – Разработка модели ССС с сигналом ФМ2 и анализ помехоустойчивости системы передачи данных. – Разработка модели ССС с помехоустойчивым кодеком и расчет ее помехоустойчивости.

3 Глава 1 Особенности построения спутниковых систем передачи данных Рис Ретрансляторы ИСЗ и наземные наблюдатели Рис Виды орбит ИСЗ Рис Геостационарная орбита 3

4 Кодер источни ка Кодер канала ЦАПФНЧ Мод ПФ Усилител ь ПФ АНТ Канал АНТ МШУУРЧСМУПЧ ДемLimiter Декодер канала Декодер источника ЦАП Рис Обобщенная функциональная схема системы спутниковой связи 4

5 5 Исходные данные для расчета : ИС – источник сигнала с битовой скоростью R = 480 Мбит/с, МОД – модулятор сигнала ФМ2, ПУ – передающее устройство, ПРУ – приемное устройство, ДМОД – демодулятор сигнала ФМ2, ПЛ – получатель цифрового информационного сигнала, G прд – коэффициент усиления передающей антенны диаметром d прд = 5 м, Р прд – мощность колебания на выходе усилителя передатчика, G прм – коэффициент усиления приемной антенны, диаметром d прм = 1 м, L св – потери при распространении в свободном воздухе, L дп – дополнительные потери. В системе центральная частота спектра переданного сигнала равна 12 ГГц с длиной волны λ = 2.5см. Рис Функциональная схема системы спутниковой связи

6 Для расчёта энергетики используем формулу ; Дополнительные потери L дп при распространении примем равными 7,4дБ. Р прд, Вт Р прд, дБВт101314,7716,0216,9917,78 Р прм, Вт9,7710 – – – – – –11 Р прм, дБВт-110,1-107,1-105,33-104,08-103,11-102,32 6 таблица.1.1

7 Для цифровой связи вероятность ошибки зависит от отношения Е b /N 0 в приемнике где Е b – (удельная) энергия одного бита сигнала, N 0 – спектральная плотность мощности шума, Р с – средняя мощность сигнала на входе приемника, Р ш – средняя мощность шума, П ш – шумовая полоса приемника, R – скорость передачи двоичной информации. 7 Для системы передачи с сигналом ФМ2 вероятность битовой ошибки (Р ош ) определяется по формуле N 0 – односторонняя спектральная плотность мощности АБГШ на входе приемника, Р с – мощность сигнала на входе приемника, Р ш – мощность шума, рассчитанная в полосе П ш, равной R.

8 8 Мощность шума можно определить по формуле где П ш – шумовая полоса приемника (Гц), Т ш – шумовая температура приемника (K). (Дж/K) – постоянная Больцмана,

9 9 Глава 2 Разработка модели ССС с сигналами BPSK Модулятор Канал связи с шумом Демодулятор Вход Выход УПЧ Источник Рис. 2.1.Обобщенная структурная схема системы связи с ФМ выход УПЧ n(t)n(t) si(t)si(t)D(t)D(t) y(t)y(t) Рис.2.2 Схема ССС с ФМ2 Рис Реализация функции D(t)

10 1010 Рис Структурная схема модели системы связи с сигналами ФМ2, реализованная в пакете System View

11 1 Рис.2.5. Схема демодулятора сигнала BPSK и спектр сигнала на выходе УПЧ Рис Зависимость идеальной и типичной от

12 12 Вероятность битовой ошибки при модуляции BPSK Рис Вероятность ошибки на бит(Р ош ) для сигнала BPSK от отношения E b /N 0, дБ (дБ) Р ош ( теория) N ош BER 017, ,662909, ,260, ,362906, ,580, ,562904, ,990, ,510, ,662901, ,160,006061,362909, ,980, , ,010,000813,462902, ,300,00024,562900, таблица.2.1

13 1313 Глава 3 Канальное кодирование в цифровой связи Рис Обобщенная схема цифровой системы связи

14 1414 Рис Цифровая модель исследуемой системы связи

15 1515 Рис Плотность вероятности датчика случайных чисел с равновероятным законом распределения от 0 до b. Рис Процессы(а,б,в) в исследуемой системе связи в отсутствие ошибок в ДСК. а.Процесс на выходе источника ПСП (элемент 0). б.Процесс на выходе буферного каскада (элемент 1). в.Процесс на выходе кодера.

16 16 б.Процесс на выходе преобразующего (элемента 5). а.Процесс на выходе декодера. Рис Процессы(а,б) в исследуемой системе связи (p=0) в ДСК.

17 17 Рис Процессы(а,б,в) в исследуемой системе связи (p=0,01) в ДСК. б.Процесс на выходе декодера. а.Процесс на входе кодера. в.Процесс на входе кодера минус на выходе декодера.

18 18 apE b /N 0 (дБ) в каналеpBER , , , , , , , , , , , , , , , Рис Вероятность ошибки на бит(Р ош ) для сигнала ДСК таблица.3.1

19 Выводы 19 –рассмотрены особенности построения спутниковых систем связи. –построена обобщенная блок-схема ССС. –проведен расчет энергетики радиолинии Земля – Спутник и показано, при каких параметрах удается обеспечить требуемое значение вероятности ошибки (Р ош ). –построена обобщенная структурная схема и описана работа системы связи с ФМ. –разработана математическая и компьютерная модели системы связи с ФМ2, приведены параметры элементов модели. –проведены расчет вероятности ошибки сигнала для модели системы связи с ФМ2. показано, что результаты моделирования немного больше, чем теоретические. –проведены общие сведения о циклических кодах и алгоритм формирования циклического кода. –разработана компьютерная модель системы связи с циклическим кодом. –рассчитана помехоустойчивость системы при использовании помехоустойчивого кодека (127, 92).

20 Спасибо за внимание