基于Matlab的衛(wèi)星中繼通信鏈路仿真

1、基于Matlab的衛(wèi)星中繼通信鏈路仿真*摘要：衛(wèi)星通信是地球上的無(wú)線電通信站利用衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)行的通信，衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)方式有透明轉(zhuǎn)發(fā)和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)。本文基于matlab軟件平臺(tái)，對(duì)地靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)中衛(wèi)星中繼地球站發(fā)送數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程仿真，并給出接收信息BER曲線。關(guān)鍵字：衛(wèi)星中繼； Matlab仿真；BER曲線中圖分類號(hào)：O121.8;G5581 引言衛(wèi)星信道的特點(diǎn)是：可用頻帶寬、功率受限、干擾大、信噪比低。所以要求采用可靠性高的信號(hào)調(diào)制方式，并要求有較強(qiáng)的信號(hào)糾錯(cuò)能力，對(duì)帶寬要求不是特別高。因此DVB-S采用前向糾錯(cuò)(FEC)(包括Viterbi編碼、交織、RS

2、編碼及加擾等電路)、正交移相鍵控(QPSK)調(diào)制的信道處理方式，然后饋給衛(wèi)星鏈路。接收時(shí)進(jìn)行相反的處理。本文對(duì)衛(wèi)星工作過(guò)程進(jìn)行仿真，得到信號(hào)的BER曲線，從而知道可靠傳輸所需發(fā)射功率。2 系統(tǒng)模型及仿真2.1 建模假設(shè)本文中所設(shè)計(jì)的衛(wèi)星中繼鏈路中中繼衛(wèi)星為GEO 同步軌道衛(wèi)星，采用 Ku 頻段，6個(gè)地球站采用FDMA。通過(guò)衛(wèi)星向另外一個(gè)地球站發(fā)送信息：上行載波中心頻率為14253MHz，下行載波中心頻率為 12028MHz，載波間隔為10MHz。發(fā)送地球站與衛(wèi)星之間的距離為：39995 40000 40005 40010 40015 40020km衛(wèi)星和接收地球站之間的距離是42000km衛(wèi)星

3、的EIRP是56dBW,天線增益為30dB地球站的天線增益為32dB信道模型采用AWGN基于以上條件，本文將給出對(duì)地靜止衛(wèi)星中繼地球站發(fā)送信息的完整過(guò)程，并給出某個(gè)發(fā)送地球站的信息在接收地球站的BER曲線。2.2 系統(tǒng)模型及結(jié)果2.2.1 透明轉(zhuǎn)發(fā)該通信鏈路設(shè)計(jì)思路為： 信源比特流調(diào)制（QPSK）頻分復(fù)用上變頻AWGN信道衛(wèi)星接收透明轉(zhuǎn)發(fā)AWGN信道下變頻判決解調(diào)(DQPSK)比特流。得到某個(gè)發(fā)送地球站的信息在接收地球站的BER曲線，如下圖所示：為了更好描述零值，用以下曲線描述：2.2.2 譯碼轉(zhuǎn)發(fā)該通信鏈路設(shè)計(jì)思路為： 信源比特流調(diào)制（QPSK）頻分復(fù)用上變頻AWGN信道衛(wèi)星接收譯碼轉(zhuǎn)發(fā)AW

4、GN信道下變頻判決解調(diào)(DQPSK)比特流。得到某個(gè)發(fā)送地球站的信息在接收地球站的BER曲線，如下圖所示為了更好描述零值，用以下曲線描述：2.2.3 兩種轉(zhuǎn)發(fā)方式對(duì)比3 結(jié)論 由圖可以看出，SNR越大，BER越低，通信的可靠性越高； 譯碼轉(zhuǎn)發(fā)比透明轉(zhuǎn)發(fā)更可靠。附錄1：鏈路仿真源代碼透明轉(zhuǎn)發(fā)：p=1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024;%發(fā)射功率 dup=40005;%上行距離fup=14253;%上行載波中心頻率% dup=39995 40000 40005 40010 40015 40020;% fup=14228 14238 14248 14258 14268

5、14278;%數(shù)值差異很小 忽略FSLup=32.4+20*log(dup)/log(10)+20*log(fup)/log(10);%上行自由空間損耗h1=sqrt(103.2*103.2/(10(FSLup/10);%增益ddo=42000;%下行距離fdo=12028;%下行載波中心頻率FSLdo=32.4+20*log(ddo)/log(10)+20*log(fdo)/log(10);%下行自由空間損耗h2=sqrt(105.6*103.2/(10(FSLdo/10);%56dB增益N0=1.38*10(-23)*80*60000000;%噪聲功率BER=zeros(1,11); fo

6、r kk=1:11 num=500000; pt=p(kk); erro=0;while num num=num-1;infor=randi(0 1,1,12);d=g2(infor,12);for k=1:6for t=1:120 x(k,t)=d(k)*exp(j*2*pi*(14228+10*(k-1)*t/1200);endends1=x(1,:)+x(2,:)+x(3,:)+x(4,:)+x(5,:)+x(6,:);% 以上 發(fā)射前的信號(hào) n1= wgn(1,120,10*log(N0)/log(10),complex); y=sqrt(pt)*h1*s1+n1; % 以上 衛(wèi)星接收

7、到的信號(hào) n2= wgn(1,120,10*log(N0)/log(10),complex);for t=1:120 %上行載波頻率變?yōu)橄滦休d波頻率yy(t)=y(t)*exp(j*2*pi*(fdo-fup)*t/1200)/sqrt(pt*h12+N0);ends2=h2*yy+n2; %以上 地球站接收到的信號(hào) for t=1:120 s3(t)=s2(t)*exp(-j*2*pi*12003*t/1200); end xxx=sum(s3(:); %選擇性接收第一個(gè)地球站的信號(hào) %判決 shuzhi xiabiao=min(abs(angle(xxx)-pi/4 3*pi/4 -pi/

8、4 -3*pi/4); infor2=fix(xiabiao-1)/2) mod(xiabiao-1),2); %判決為infor2 if infor2(1)=infor(1) erro=erro+1; end if infor2(2)=infor(2) erro=erro+1; endend BER(kk)=erro/1000000; end semilogy(10*log(p)/log(10),BER,b); hold on 譯碼轉(zhuǎn)發(fā)：p=1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024;%發(fā)射功率 dup=40005;%上行距離fup=14253;%上行載波中心頻率%

9、dup=39995 40000 40005 40010 40015 40020;% fup=14228 14238 14248 14258 14268 14278;%數(shù)值差異很小 忽略FSLup=32.4+20*log(dup)/log(10)+20*log(fup)/log(10);%上行自由空間損耗h1=sqrt(103.2/(10(FSLup/10);%增益ddo=42000;%下行距離fdo=12028;%下行載波中心頻率FSLdo=32.4+20*log(ddo)/log(10)+20*log(fdo)/log(10);%下行自由空間損耗h2=sqrt(105.6/(10(FSLdo

10、/10);%56dB增益N0=1.38*10(-23)*80*60000;%噪聲功率BER2=zeros(1,11); for kk=1:11 num=500000; pt=p(kk); erro=0;while num num=num-1;% infor1=randint(1,2);% infor2=randint(1,2);% infor3=randint(1,2);% infor4=randint(1,2);% infor5=randint(1,2);% infor6=randint(1,2);infor=randi(0 1,1,12);d=g2(infor,12);for k=1:6f

11、or t=1:120 x(k,t)=d(k)*exp(j*2*pi*(14228+10*(k-1)*t/1200);endends1=x(1,:)+x(2,:)+x(3,:)+x(4,:)+x(5,:)+x(6,:);% 以上 發(fā)射前的信號(hào) n1=wgn(1,120,10*log(N0)/log(10),complex); y=sqrt(pt)*h1*s1+n1; % 以上 衛(wèi)星接收到的信號(hào) for t=1:120 y2(t)=y(t)*exp(-j*2*pi*14228*t/1200);%下變頻 end s2=sum(y2(:); %選擇性接收第一個(gè)地球站的信號(hào) %判決 shuzhi xia

12、biao=min(abs(angle(s2)-pi/4 3*pi/4 -pi/4 -3*pi/4); informa=fix(xiabiao-1)/2) mod(xiabiao-1),2); aa=g2(informa,2); for t=1:120 y3(t)=aa*exp(j*2*pi*12003*t/1200); end n2=wgn(1,120,10*log(N0)/log(10),complex); y4=h2*y3+n2; %以上 地球站接收到的信號(hào) for t=1:120 y5(t)=y4(t)*exp(-j*2*pi*12003*t/1200); end s3=sum(y5(:

13、); %選擇性接收第一個(gè)地球站的信號(hào) %判決 shuzhi xiabiao=min(abs(angle(s3)-pi/4 3*pi/4 -pi/4 -3*pi/4); infor2=fix(xiabiao-1)/2) mod(xiabiao-1),2); %判決為infor2 if infor2(1)=infor(1) erro=erro+1; end if infor2(2)=infor(2) erro=erro+1; endend BER2(kk)=erro/1000000; end semilogy(10*log(p)/log(10),BER2,b); hold on QPSK源代碼：function d=g2(bit,Nc)A=exp(j*pi/4) 0 0;exp(j*3*pi/4) 0 1;exp(-j*3*pi/4) 1 1;exp(-j*pi/4) 1 0;for k=1:Nc/2 if bit(2*k-1:2*k)=0 0 d(k)=