ppt - SRNS.ru

Разработка модели помехоустойчивой
спутниковой системы передачи данных с
модемом BPSK
(магистерская диссертация)
Научный руководитель
Студент
: Сизякова А. Ю.
: Чжо Мьо Тун
Решенные задачи
– 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.
2
Глава 1
Особенности построения спутниковых систем передачи данных
Рис. 1.2. Виды орбит ИСЗ
Рис. 1.1. Ретрансляторы ИСЗ и наземные наблюдатели
Рис. 1.3. Геостационарная орбита
3
Кодер
источни
ка
Кодер
канала
ЦАП
ФНЧ
Мод
ПФ
Усилител
ь
ПФ
АНТ
Канал
АНТ
Декодер
источника
Декодер
канала
ЦАП
Limiter
Дем
УПЧ
СМ
Рис. 1.4. Обобщенная функциональная схема системы спутниковой связи
4
УРЧ
МШУ
Рис. 1.5. Функциональная схема системы спутниковой связи
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,
Gпрд – коэффициент усиления передающей антенны диаметром dпрд = 5 м,
Рпрд – мощность колебания на выходе усилителя передатчика,
Gпрм – коэффициент усиления приемной антенны, диаметром dпрм = 1 м,
Lсв – потери при распространении в свободном воздухе,
Lдп – дополнительные потери.
В системе центральная частота спектра переданного сигнала равна 12 ГГц с
длиной волны λ = 2.5см.
5
Для расчёта энергетики используем формулу ;
Pпрм 
Pпрд  Gпрд  Gпрм
Lсв  L ДП


2


d
Gпрд (дБ )  10 log    
 

2
3
 4D   4  37243 10 
  3.5 10 20  205.44дБ
Lсв  
  
0.025
   

2
Дополнительные потери Lдп при распространении примем равными 7,4дБ.
Pпрм (дБВт )  Pпрд (дБВт )  Gпрд (дБ )  Gпрм (дБ )  Lсв (дБ )  L ДП (дБ )
Pпрм (дБВт )  Pпрд (дБВт )  53,36  39,38  205,44  7,4
Pпрм (дБВт )  Pпрд (дБВт )  120,1(дБ )
таблица.1.1
Рпрд, Вт
10
20
30
40
50
60
Рпрд, дБВт
10
13
14,77
16,02
16,99
17,78
Рпрм, Вт
9,77∙10–12
Рпрм, дБВт
-110,1
1.95∙10–11
-107,1
2.93∙10–11
-105,33
3.91∙10–11
-104,08
4.89∙10–11
-103,11
5.86∙10–11
-102,32
6
Для цифровой связи вероятность ошибки зависит от отношения Еb/N0 в приемнике
Eb
P П
 c  ш
N0
Pш
R
где Еb – (удельная) энергия одного бита сигнала,
N0 – спектральная плотность мощности шума,
Рс – средняя мощность сигнала на входе приемника,
Рш – средняя мощность шума,
Пш – шумовая полоса приемника,
R – скорость передачи двоичной информации.
Для системы передачи с сигналом ФМ2 вероятность битовой ошибки (Рош)
определяется по формуле
 2 Eb
Pош  Q
 N0

 2  Pc   b
  Q


N0



 2  Pc 
 2 Рс
  Q
  Q

 N R 
 P
0
ш








2
Q( x) 
1
2
 t
 e 2 dt

x
N0 – односторонняя спектральная плотность мощности АБГШ на входе
приемника,
Рс – мощность сигнала на входе приемника,
Рш – мощность шума, рассчитанная в полосе Пш, равной R.
7
Мощность шума можно определить по формуле
где Пш – шумовая полоса приемника (Гц),
k  1,38  10 23 (Дж/K) – постоянная Больцмана,
Pш  N 0 П ш  kTш П ш
Тш – шумовая температура приемника (K).
Пусть требуемая вероятность битовой ошибки на выходе демодулятора Рош= 10–3.
Рассчитаем требуемое отношение сигнал/шум (Eb/N0).
Равенство
t2
1  2
Q( x ) 
  e dt  10 3
2 x
выполняется при х ≈ 3.1, тогда Eb/N0 = (3.1)2/2=4.8 (или 6.8 дБ).
Шумовая полоса приемника Пш = R , мощность сигнала на входе приемника Рс∙прм
можно рассчитать в виде:
Pcпрм  (
Eb
)  k  Tш  R = (4,8)∙(1,38∙10-23Дж/K)∙(300K)∙(480 Мбит/c)
N0
= 9,53856 . 10-12 Вт = –110,21 дБВт
Сравним значения мощностей сигнала на входе приемника, требуемую
(–110,21 дБВт) и поступившую от передатчика (–110,1дБВт):
∆Рпрм = –110,21 дБВт – (–110,1дБВт) = –0,11 дБВт.
8
Глава 2
Разработка модели ССС с сигналами BPSK
Источник
Канал связи
Модулятор
УПЧ
Демодулятор
с шумом
Вход
Выход


s1 (t )  S0 cos  0t   ;
2



s2 (t )  S0 cos  0t   .
2

Рис. 2.1.Обобщенная структурная схема системы связи с ФМ
D(t)
y(t)
si(t)
выход

УПЧ
n(t)
D (t )
Рис.2.2 Схема ССС с ФМ2
1
0,5
0
-0,5
-1
t
Рис. 2.3. Реализация функции D(t)
9
Рис. 2.4. Структурная схема модели системы связи с сигналами ФМ2,
реализованная в пакете System View
10
Рис.2.5. Схема демодулятора сигнала BPSK и спектр сигнала на выходе УПЧ
Рис. 2.6. Зависимость идеальной и типичной
11
от
Вероятность битовой ошибки при модуляции BPSK
0
2
4
6
8
1
Pош  Q ( 2
Eb
)
N0
0.1
1  2t
Q( x) 
  e dt
2 x
2
0.01
0.001
0.0001
Рис. 2.7. Вероятность ошибки на бит(Рош) для
сигнала BPSK от отношения Eb/N0, дБ
таблица.2.1
(дБ)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1
1,26
1,58
1,99
2,51
3,16
3,98
5,01
6,30
Рош (теория)
7,9 . 10-2
0,0599
0,0375
0,0233
0,0125
0,0060
0,0024
0,0008
0,0002
Nош
578,6
435,3
299,5
191
119,6
61,3
32
13,4
4,5
12
6290
6290
6290
6290
6290
6290
6290
6290
6290
BER
9,2 . 10-2
6,9 . 10-2
4,8 . 10-2
3 . 10-2
1,9 . 10-2
9,7 . 10-3
5,1 . 10-3
2,1 . 10-3
0,7 . 10-3
10
Глава 3
Канальное кодирование в цифровой связи
Рис. 3.1. Обобщенная схема цифровой системы связи
13
Рис. 3.2. Цифровая модель исследуемой системы связи
14
а.Процесс на выходе источника ПСП (элемент 0).
Рис. 3.3. Плотность вероятности датчика
случайных чисел с равновероятным
законом распределения от 0 до b.
б.Процесс на выходе буферного каскада (элемент 1).
в.Процесс на выходе кодера.
Рис. 3.4. Процессы(а,б,в) в исследуемой системе связи
в отсутствие ошибок в ДСК.
15
а.Процесс на выходе декодера.
б.Процесс на выходе преобразующего (элемента 5).
Рис. 3.5. Процессы(а,б) в исследуемой системе связи (p=0) в ДСК.
16
а.Процесс на входе кодера.
б.Процесс на выходе декодера.
в.Процесс на входе кодера минус на выходе декодера.
Рис. 3.6. Процессы(а,б,в) в исследуемой системе связи (p=0,01) в ДСК.
17
Eb/N0
0,1
0,01
0,001
1E-01
Pош
1E-02
1E-03
1E-04
1E-05
Рис. 3.7. Вероятность ошибки на бит(Рош) для сигнала ДСК
таблица.3.1
a
p
5.104
4.104
3.104
2.104
1.104
9.103
8.103
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0,009
0,008
Eb/N0(дБ)
1.34
1.85
2.47
3.22
4.34
4.45
4.63
в канале
p
2819
2979
3475
4596
4628
8363
7300
4,9. 10-2
4,1. 10-2
3. 10-2
2.10-2
1.10-2
9.10-3
7,9.10-3
18
BER
1648
2208
1880
2050
2331
2362
2413
4,1.10-2
2,6.10-2
1.10-2
2,6.10-3
1,2.10-4
4.10-5
1,5.10-5
Выводы
–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 (Рош).
–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).
19
Спасибо за внимание