带射频损伤和校正的端到端CCSDS遥测同步和信道编码模拟

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此示例显示了如何测量空间数据系统协商委员会（CCSDS）遥测（TM）系统端到端链的误码率（BER）。模拟链遵循这两个标准规定的编码和调制方案：

TM同步和信道编码 - 用于信道编码方案的CCSDS 131.0-B-3[1]
射频和调制系统 - 第1部分地球站和航天器 - 用于调制方案的CCSDS 401.0-B-30[2]

介绍

来自各种仪器的数据在卫星上产生。这些数据统称为TM数据.CCSDS规定了将TM数据从卫星传输到地球站的编码和调制方案。此示例显示了卫星到地球站通信链路的端到端模拟。该示例显示了如何从随机生成的传输帧（TFs）生成复杂基带CCSDS TM波形，将射频（RF）损伤引入基带信号，并添加加性高斯白噪声（AWGN）然后，该示例显示了该受损噪声信号的同步、解调和解码，以获得TFs形式的最终比特。该示例还显示了如何根据信噪比（SNR）测量误码率用于CCSDS TM信号的一种配置。此图显示了端到端模拟链。

本示例对这些射频损伤进行了建模：

载波频率偏移（CFO）
载波相位偏移（CPO）
符号定时偏移（STO）

该图显示了接收器侧操作。

帧同步和信道解码处理步骤执行这三项任务。

执行相位模糊度解析
将帧与连接的同步标记（ASM）的起始点正确同步
对同步帧进行信道解码，得到恢复的TF

这个数字显示了这三个任务。要启动，请形成一组ASM序列。每个序列对应于引入相位模糊的原始ASM值。将每个序列与解调的符号相关联。选择具有最高相关峰值的相位歧义值。使用此相关过程执行帧同步。执行相关性的过程在第9.3.7节中说明[3].本例采用简化的Massey算法进行帧同步。在帧同步过程完成后，解决整套解调符号上的相位模糊。最后，对这些符号执行信道解码以获得恢复的TFs。

模拟参数

该示例使用正交相移键控（QPSK）调制方案用于信号生成和接收，使用速率1/2卷积编码方案用于信道编码。本例所示的端到端链也可用于中指定的信道编码方案[1]：Reed-Solomon（RS）码和级联码。对于卷积码和级联码，本示例支持1/2和2/3的速率以及脉冲编码调制（PCM）-非归零线（NRZ-L）格式。本示例中支持的调制方案为二进制相移键控（BPSK）和QPS万博1manbetxK。

see=true；%切换星座可视化的标志信道编码=“卷积”;%信道编码方案transferFrameLength=1115；%以字节表示，对应于223*5modScheme=“QPSK”;％调制方案α=0.35；%根升余弦滤波器衰减因子sps=8；%每个符号的样本数

设置用于信号生成的频率和射频损伤值。

fSym=2e6；%符号速率或波特率（以Hz为单位）cfo=2e5；%以赫兹为单位

初始化每比特能量与噪声功率比（Eb/N0），用于使用系统参数计算SNR。

EBN0 = 10;%要查看正确的误码率结果，请运行3.2:0.2:5的模拟

初始化参数以终止模拟。在本例中，参数被设置为较小的值以获得快速结果。增加这些参数值以获得更平滑的BER曲线。

最大数值误差=1e2；MaxNumerRors位错误后％模拟停止maxNumBits = 1 e5;%处理maxNumBits后，模拟停止%设置maxNumBits=1e8以获得更平滑的BER曲线maxFramesLost=1e2；%maxFramesLost帧丢失后，模拟停止

系统参数

初始化端到端链正常运行所需的所有对象。

使用以下参数创建CCSDS TM波形发生器：CCSDSTM波形发生器系统对象™. 显示对象的属性。

tmWaveGen=CCSDSTMSWaveFormGenerator(“频道码”，信道编码，......“传输帧中的Numbytes”，传输帧长度，......“调制”，modScheme，......“滚动系数”，α，......“samplespersymbol”, sps);disp (tmWaveGen)

具有属性的CCSDSTMWaveFormGenerator：WaveformSource：“同步和频道编码”NumByTesIntransferframe：1115 HasRandomizer：True哈斯队：真正的PCMFormat：“NRZ-L”通道编码频道码：“卷积”卷大竞技寄存器：“1/2”数字调制和滤波调制：“QPSK“脉冲砍伐Filter：”根升余弦“Rollofffactor：0.3500 FiltersPaninsymbols：10 Samplespersymbol：8使用可以显示所有属性

从Eb/N0计算SNR，并初始化与BER计算相关的参数。

速率=tmWaveGen.info.Actual减额；M=tmWaveGen.info.NumBitsPerSymbol；numBitsInTF=tmWaveGen.NumInputBits；信噪比=EbN0+10*log10（速率）+......10*log10（M）-10*log10（sps）；%当引入噪声时，信号功率被缩放为1，%snr值应减少SPS的一倍numSNR=长度（snr）；ber=零（numSNR，1）；%初始化BER参数bercalc=通信错误率；

通过使用comm.RaisedCoSinerReceiveFilter系统对象。

b=rcosdesign（alpha、tmWaveGen.FilterSpanInSymbols、sps）；％| H（f）|= 1 for | f |增益=总和（b）；rxFilterDecimationFactor=sps/2；rxfilter=comm.RaisedCoSinerReceiveFilter(......“决策因素”，RxFilterDecisionFactor，......“inputsamplespersymbol”，sps，......“滚动系数”，α，......“收益”，获得）;

通过使用comm.phasefrequencyoffset.系统对象。分两步补偿接收机的频率和相位偏移。

通过使用通信频率补偿器系统对象。
通过使用comm.carriersynchronizer系统对象。

相位偏移=π/8；fqyoffsetobj=通信相位频率偏移量(......“频率偏移”，首席财务官，......“相位偏移”，相位偏移，......“采样器”，sps*fSym）；粗略频率同步=通信粗略频率补偿器(......“调制”，modScheme，......“频率分辨率”,100,......“采样器”，sps * fsym）;finefreqsync = comm.carriersynchronizer（“阻尼系数”，1/平方米（2），......“标准化环路带宽”，0.0007，......“samplespersymbol”1.......“调制”，计划）；

通过使用可变分馏层系统对象，它引入了传输波形中的分数延迟。通过使用使用符号同步对象通信符号同步器系统对象，执行符号定时同步。

varDelay=dsp.VariableFractionalDelay(“插值法”,“法罗”);Mateddelayval = 10.2;kp = 1 /（pi *（1  - （（alpha ^ 2）/ 4）））* cos（pi * alpha / 2）;symsyncobj = comm.symbolsynchronizer（......“阻尼系数”，1/平方米（2），......“检测器增益”，Kp，......“timingerrordetector”,“加德纳（非数据辅助）”,......“调制”,“pam / psk / qam”,......“标准化环路带宽”,0.0001,......“samplespersymbol”，sps / rxfilterdecimationfactor）;

使用helperccsdstmdemodulator.和helpercsdstmd解码器助手文件。显示结果对象的属性。

Demodobj = HelperccsdstmdeModulator（“调制”，modScheme，“频道码”，信道编码）

DemoObj=HelperCSDSTMDemogrator，具有以下属性：调制：“QPSK”PCM格式：“NRZ-L”信道编码：“卷积”

decoderobj=helpercsdstmdecoder(“频道码”，信道编码，......“传输帧中的Numbytes”，传输帧长度，......“调制”，计划）

decoderobj=HelperCSDSTMDecoder，具有以下属性：信道编码：“卷积”HasRandomizer:true HasASM:true DisableFrameSynchronization:0 DisablePhaseAmbiguityResolution:0 Numbytes传输帧：1115卷积编码率：“1/2”ViterbiTraceBackDepth:60 Viterbitrallis:[1x1结构]ViterbiWordLength:8调制：“QPSK”PCM格式：“NRZ-L”

使用通信星座图系统对象可视化星座的方式如何随着Synchronizers收敛而发展的。

costellationobj = comm.constellationDiagram;%默认视图是用于QPSK的如果strcmp（MODMP）方案，“BPSK”）costellationobj.referenceConstellation = [1，-1]终止

加工链

要模拟端到端链并测量CCSDS TM系统的误码率，请执行以下步骤。

生成随机位以形成TF。
通过将TF通过CCSDSTM波形发生器系统对象。
引入射频损伤，如CFO和符号延迟。
将AWGN添加到射频受损信号中。该噪声信号被视为接收信号。
将接收信号通过粗频校正，粗频校正执行初始粗载波频率同步。粗频估计使用“基于FFT的”算法完成。
使用与变送器端相同配置的匹配滤波器（根升余弦滤波器）。由于符号定时同步模块在高于符号速率的采样速率下工作，因此在滤波之后，复基带样本不被下采样到符号速率。对其进行下采样，以便每个符号至少存在2个样本。
使用加德纳定时误差检测器（TED）执行符号定时同步，以消除信号中存在的定时偏移。
利用该方法实现载波频率和相位跟踪comm.carriersynchronizer系统对象，具有类型2锁相环（PLL）。该系统对象可以跟踪静止载波频率偏移。系统对象还引入了相模糊，然后通过帧同步模块删除。
在符号定时和载波频率同步完成后，可视化星座。观察星座如何在多次迭代中演变。
解调接收到的信号并验证信号是否处于符号速率（即，每个符号的采样数为1）。
执行帧同步和信道解码以解决相位模糊，将帧同步到ASM的开始，然后解码同步帧以恢复TF。

numBitsForBER=8；%用于检测同步的帧numMessagesInBlock=2^numBitsForBER；对于isnr=1:numSNR rng违约;%重置以获得可重复的结果重置（bercalc）；berinfo=bercalc（int8（1），int8（1））；%在计算BER之前初始化berinfotfidx=1；numFramesLost=0；prevdectfidx=0；inputBuffer=0（numBitsInTF，256，“int8”);虽然（（berinfo（2）......（berinfo（3）......（numFramesLost%生成可重复模拟的种子%发射机端处理位=int8（randi（[0 1]，numBitsInTF numBitsForBER，1））；％前8位对应于TF索引模256.何时%包括同步模块，可以有几个帧%同步暂时丢失，然后再次锁定。%在这种情况下，为了计算误码率，这8位有助于%识别解码的TF。如果这8位中有错误%存在，则通过查看差异来检测此错误%在连续解码位之间。如果检测到错误，则%该帧被视为丢失。即使数据链路层%在本例的范围之外，数据链路层具有类似的%在本例中，仅用于计算误码率%采用的机制。本文件中采用的机制%示例不符合CCSDS数据链路层的规定%标准。而这一机制在物理模型中没有具体说明%CCSDS标准层。msg=[de2bi（mod（tfidx-1，numMessagesInBlock），numBitsForBER，“左手毫秒”)。”;位);inputBuffer(:,国防部(tfidx-1 numMessagesInBlock) + 1) =味精;tx = tmWaveGen(味精);%介绍射频损伤cfoinroduced = fqyoffsetobj（tx）;%介绍首席财务官延迟=可变延迟（C产生，固定延迟）；％介绍定时偏移量Rx = AWGN（延迟，SNR（ISNR），“测量”，种子）;%添加AWGN％接收器侧处理粗同步=粗同步频率（rx）；%应用粗频同步过滤=rxfilter（粗同步）；％过滤器通过RRC滤波器接收样本Timesynced = Symsyncobj（过滤）;%应用符号定时同步Finesynced = FineFreqsync（跨越）;%轨道频率和相位%可视化星座如果星座%绘制TF so中前1000个符号的星座图ineSynce的变量大小不会阻碍%对系统的恒定输入大小的要求%comm.ConstellationDiagram系统对象。costellationobj（精细同步（1:1000））；终止解调数据=解调对象j（精同步）；％解调解码= Decoderobj（Demoddata）;％执行相位歧义分辨率，%帧同步和信道解码%计算误码率并相应地调整所有缓冲区dectfidx=bi2de（双精度（解码（1:8）），......“左手毫秒”）+1;％看到前8位的值如果tfidx>30%考虑在30个TFS处理之后才计算BER。%由于前8位的值每增加一位%迭代，如果当前解码的前8位的％十进制值不等于先前%解码一个，则表示帧丢失。如果dectfidx-prevdectfidx~=1 numFramesLost=numFramesLost+1；disp(['在tfidx处丢失帧：'num2str（tfidx）......“.丢失的总帧数：”num2str（numFramesLost）]；其他的Berinfo = Bercalc（InputBuffer（：，dectfidx），解码）;如果nnz（输入缓冲区（：，dectfidx）-解码）显示(['TFIDX发生错误：'num2str（tfidx）......'。num错误：'num2str（nnz（输入缓冲区（：，dectfidx）-解码）））终止终止终止prevdectfidx = dectfidx;%更新tfidxTfidx = Tfidx + 1;终止fprintf(“\n”); currentBer=berinfo（1）；误码率（isnr）=当前误码率；disp([“Eb/N0:”num2str（EbN0（isnr））'。BER：'num2str（当前错误）......“.Num帧丢失：”num2str（numFramesLost）]；%重置对象重置（tmwavegen）;重置（fqyoffsetobj）;重置（Vardelay）;重置（coarsefreqsync）;重置（RxFilter）;重置（symsyncobj）;重置（FineFreqsync）;重置（Demodobj）;重置（Decoderobj）;终止

Eb/N0:10.误码率：0.丢失帧数：0

进一步探索

该示例演示了在存在几个RF损伤的情况下具有QPSK调制的卷积码的BER模拟。要观察不同方案的端到端仿真链，请更改与信道编码和调制方案相关的属性。在该示例中由接收器支持的调制方案是BPSK和QPSK。万博1manbetx在该示例中由接收器支持的信道编码方案不是（即，没有信道编码），RS，卷积万博1manbetx和连接代码。

通过将Eb/N0值设置为3.2:0.2:5来运行完整的误码率模拟，并通过设置来观察误码率马克斯努比茨到1e8。取消注释此代码以绘制BER结果。

％semilogy（ebn0，ber）;%网格化；%xlabel（'E_b/N_0（dB）'）；%ylabel（‘BER’）；%标题（“BER地块”）；

始终保留符号时序和载波频率同步器的初始少量TFS以锁定。此示例丢弃了前30个TFS。该数字可以基于接收器运行的SNR和同步环的参数，例如环路带宽和阻尼因子。如果在低SNR处操作接收器并在初始值中观察大错误tfidx，则同步器尚未锁定。对于给定的模拟参数，根据需要丢弃初始TFs。的第二个输出参数通信频率补偿器和comm.carriersynchronizer系统对象包含与估计的CFO相关的信息，可用于评估同步循环是否锁定。