C тудент : Сай Чжо Тун Научный руководитель : А.Ю. Сизякова РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АНАЛИЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С МОДЕМОМ. - презентация

1 C тудент : Сай Чжо Тун Научный руководитель : А.Ю. Сизякова РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АНАЛИЗ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С МОДЕМОМ OQPSK 1

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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)

7 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

8 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

9 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

10 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

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

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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

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

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

20 20 F(φ) φ,град Дискриминационная характеристика ФД

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

22 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

23 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

24 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

25 Рис Сравнение результатов моделирования ССС для сигнала OQPSK при наличии СВН и φ=0 25

26 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

27 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