数字地球模拟完整的卫星对地面通信系统

挑战

确保卫星图像数据从空间迅速、可靠地传送到地面

解决方案

使用Si万博1manbetxmulink对整个射频和数字通信系统建模,并进行仿真计算误码率和验证链路性能

结果

  • 模拟速度增加10倍
  • 包括在模拟失真效果
  • 数据率增加了50%

“我们需要知道我们的通信系统是否支持50%的数据率增长。万博1manbetx通过在Simulink中对天线、发射器和接收器的设计进行建模和仿真,我们得到了直接的答案:是的。万博1manbetx我们对这个答案有信心,因为模拟向我们展示了系统是如何运行的。”

跳过Cubbedge,数字
WorldView-3卫星效果图。

数字地球公司的WorldView-3卫星是业界第一颗多载荷、超光谱、高分辨率商业卫星。WorldView-3每天能够以31厘米的全色分辨率拍摄68万平方公里的图像。

为了将所有这些图像数据传回地球,“数字地球”卫星需要既快速又可靠的通信系统。DigitalGlobe的工程师在Simulink中对这些系统进行建模和仿真万博1manbetx®评估误码率(BER)并识别改进性能的机会。

DigitalGlobe航空航天工程师Skip Cubbedge表示:“如果我们的图像数据中出现无法纠正的比特错误,我们就必须重新发送图像文件,成本非常高。”“我们的S万博1manbetximulink模拟使我们能够准确地看到,我们可以推动我们的系统,以保持最大的数据速率和本质上完美的链接。”

挑战

数字地球通信系统在8.025至8.040 GHz的x波段工作,这与深空网络(DSN)使用的频带相邻。为了避免对DSN信号的干扰,DigitalGlobe的工程师必须满足严格的带外排放和功率要求,即使他们试图将WorldView-3的下行数据速率从800mbps提高到1200mbps。

该团队需要实现具有陡峭边缘的滤波器,但这样的滤波器会使信号失真。此外,当他们从QPSK转向8-PSK调制方案时,他们需要精确地模拟交叉偏振干扰,以确保系统有足够的链路裕度来可靠地运行。

过去,从事类似项目的DigitalGlobe工程师使用现成的软件包进行通信系统建模。有了这个软件包,误码率模拟可能需要数周时间,许可成本也很高。DigitalGlobe寻找了一种更便宜、更快捷、更容易使用的替代方案。

解决方案

DigitalGlobe的工程师在Simulink中为他们最新的卫星建模了完整的通信系统,并进行了广泛的模拟,以确保在1200 Mbps数据速率下的可靠性能。万博1manbetx

端到端的Simulink模型包万博1manbetx括一个放大器、一个8-PSK调制器和解调器、一个编码器和解码器、滤波器、均衡器和空间对地通道,建模为加性高斯白噪声。

编码和解码组件使用来自Communications Toolbox™的Reed-Solomon编码和解码块建模。

工程师使用“通信工具箱”对接收机的自适应均衡器进行建模,使用运行在决策导向模式下的LMS算法。

他们使用信号处理工具箱™中的滤波器设计和分析应用程序来设计和校准系统的巴特沃斯滤波器。他们使用RF Blockset™和RF Toolbox™建模放大器和其他RF组件。他们使用这些模型来评估射频效应如何影响基带数据速率。这些模型还使他们能够在滤波器带宽和均衡器复杂性之间进行权衡。

为了验证该系统的误码率小于10-6,他们在Simulink中进行了1000万比特传输的模拟。万博1manbetx额外的模拟被用来分析由于扭曲、环境和卫星高度造成的影响。

项目组利用DSP System Toolbox™和Communications Toolbox进行频谱分析,生成眼图、矢量散点图和星座图,可视化仿真结果,分析系统行为。

DigitalGlobe已经完成了WorldView-3通信系统的开发,实现了1200 Mbps的数据速率目标。该团队目前正在使用Simulink建模和模拟WorldV万博1manbetxiew-4通信系统。

结果

  • 模拟速度增加10倍.“在模拟方面,Simulink比我们万博1manbetx以前使用的通信系统建模包快10倍,”Cubbedge说。此外,Simu万博1manbetxlink模型更容易测量,所以我们可以在模拟运行时快速看到载波相位偏移、位同步或任何其他细节。”

  • 包括在模拟失真效果.库比奇说:“用我们以前的软件模拟一个数据点需要很长时间,我永远无法衡量失真的影响。”“有了Sim万博1manbetxulink,我第一次可以超越噪声效应,了解失真是如何影响连接的。”

  • 数据率增加了50%.Cubbedge说:“使用与我们在早期卫星上800mbps的数据速率相同的天线硬件,我们建立了一个能够达到1200mbps的通信系统。”“我们对这个系统有信心,因为我们在Simulink中进行了模拟。万博1manbetx如果没有这些模拟,我就不可能向管理层展示这个系统会起作用。”