端到端孔遥控仿真射频损伤和修正
这个例子展示了如何衡量误比特率(BER)和通信链路传输的数量单位(CLTUs)迷失在一个空间数据系统咨询委员会(ccsd)遥控(TC)的链接。这个例子添加无线电频率(RF)前端障碍和加性高斯白噪声(AWGN)链接。
介绍
冲洗液TC通常用于从地面站发送命令宇宙飞船。冲洗液TC接收器接受大频率错误由于航天器接收器的频率不确定性和多普勒频移。补偿大频率偏移,地面站进行载波频率扫描或者使用一个FFT-based收购在飞船卫星收购。这个例子展示了如何添加一个200 KHz频率偏移校正信号,使用一个FFT-based收购。
为每个信号噪声比(信噪比),冲洗液TC波形生成CLTU和习得顺序是扭曲了射频损伤,通过一个AWGN信道。这个例子展示了如何这些射频损伤模型:
载波频率和相位偏移量
副载波频率和相位偏移量
时间相抵消
ccsd TC接收器补偿缺陷,传输帧(TFs) CLTUs中恢复。这个例子支持BPSK, P万博1manbetxCM /下午/ biphase-L和PCM /相移键控/ PM调制方案。副载波障碍只适用与PCM /相移键控/ PM调制方案。这些调制方案[8]用于生成冲洗液TC波形,基带形式的同相正交(智商)样本。
PCM /相移键控/ PM:行编码信号的脉冲编码调制(PCM)格式相移键控(相移键控)调制正弦波副载波上,然后在剩余载波相位调制(PM)。
PCM /下午/ biphase-L: biphase-L(曼彻斯特)编码的数据是在剩余载波相位调制。
BPSK:抑制载波调制通过使用不归零制(NRZ)数据载体。
这图显示了处理步骤参与传输帧的恢复。
这图显示了接收机操作,包括射频损伤赔偿,解调,帧同步和传输帧的解码。
从接收到的波形恢复TFs,遵循这些步骤。
这个图显示了参与帧同步的处理步骤和TFs的解码[4]。
搜索开始序列:BCH信道编码时,传入的位流开始一点一点地寻找序列模式。LDPC信道编码时,传入的软符号流是用软相关器搜寻开始序列模式。BCH,容许的错误数量开始序列是0或1(取决于解码模式)。在错误检测模式下,容许的错误数量开始序列是0。在纠错模式下,容许的错误数量开始序列是1。
解码:当检测到开始序列,解码操作开始。码字(水煤浆)解码和可选derandomized。
连续波拒绝或尾部序列检测:如果解码器解码失败或任何未改正的错误解码输出,数据从这个失败的连续波不转移到数据链路子层操作。连续波被拒绝,开始搜索序列重启。如果尾巴序列,寻找尾部序列检测CLTU结束。BCH译码,连续波抑制方法。对于方法,使用尾部序列相关性或连续波拒绝。当没有尾巴序列,开始寻找序列必须在未修正的CW的开始恢复。当尾巴序列,搜索结束时能恢复未改正的连续波。
模拟配置
配置每个符号和符号速率的样本数量。
每个符号%样本%由于低符号率和200 KHz频率偏移,一个大的价值% 200样本/符号必须作为默认值% PCM /相移键控/ PM调制。对BPSK和PCM /下午/ biphase-L调制,a% 20样品每个符号使用的默认值(由于介质和高%符号率)。sps = 20;%符号率% TC每个调制中指定的符号率:% - PCM /相移键控/ PM调制,编码符号率是4000,2000,1000,% 500、250、125、62.5、31.25、15.625或7.8125符号/ s(如中指定% ccsd TC建议[6])。% - PCM /下午/ biphase-L调制,编码符号率8000年,16000年,% 32000,64000,128000,或256000符号/ s。%——对BPSK调制、编码符号率是1000,2000,4000,8000,% 16000,32000,64000,128000,256000,512000,1024000,或2048000%符号/ s。symbolRate = 2048000;
符号同步性能更好的DTTL偶数个样品每个符号。奇数个样品每个符号的定时误差估计是零的完美的跟踪时间偏移量。非零的计时误差拖DTTL远离完美的跟踪情况。
配置和显示ccsd TC传输参数。
cfg = ccsdsTCConfig;cfg。ChannelCoding =“BCH”;cfg。调制=“BPSK”;cfg。ModulationIndex = 1.2;%适用与PCM /相移键控/ PM和PCM /下午/ biphase-L。万博1manbetx支持范围在本例中是(0.2 - 1.5)。如果strcmpi (cfg.Modulation“PCM /相移键控/点”cfg。SymbolRate = SymbolRate;结束cfg。SamplesPerSymbol = sps
cfg = ccsdsTCConfig属性:DataFormat:“CLTU”ChannelCoding:“BCH”HasRandomizer: 1调制:“BPSK”
配置接收机参数。
normLoopBWCarrier = 0.005;%规范化为载波同步环路带宽normLoopBWSubcarrier = 0.00005;%规范化对副载波同步环路带宽normLoopBWSymbol = 0.005;%规范化为符号同步器回路带宽
减少噪声的贡献的循环,减少环路带宽。频率偏移的拉片范围也减少了,因为循环衰减的带宽。当你使用一个小环路带宽的同步模块,收购需要更长的时间来收敛。在低信噪比提高性能,减少环路带宽和使用价值更高的收购序列长度。如果循环不跟踪补偿,考虑增加环路带宽增加拉片范围。
仿真参数
本例中执行两个破裂传输每个符号的能量与噪声功率谱密度比(Es /不)点。Es /不可以是一个向量或一个标量。结果统计上有效的误码率,运行仿真至少1000数量的传输。
numBurst = 2;%的传输EsNodB = 8.5 [8];在dB % Es /不SNRIn = EsNodB - 10 * log10 (sps);%从Es /不信噪比在dB
处理链
扭曲的冲洗液TC波形采集序列和一个CLTU处理。同步接收的数据和恢复TFs,这些处理步骤。
生成TC TF的比特。
生成的TC波形采集序列和交替的1和0。
与随机生成的冲洗液TC波形TFs碎片。
应用脉冲整形用平方根提出了余弦滤波器(适用只有BPSK调制)。
应用副载波的频率和相位偏移(仅适用与PCM /相移键控/ PM调制)。
应用载波频率和相位偏移量。
应用时机相抵消。
通过通过AWGN信道传输信号。
正确的粗频率和相位偏移。
滤波器接收到的信号。
正确的载波频率和相位偏移量。
正确的副载波频率和相位偏移量(只适用与PCM /相移键控/ PM调制)。
正确的时间偏移和符号解调。
检测CLTU和解码助教的开始。
%初始化的变量来存储数量和数量的CLTUs丢失bitsErr = 0(长度(SNRIn), 1);cltuErr = 0(长度(SNRIn), 1);%平方根提出了余弦(SRRC)发送和接收滤波器BPSK的对象如果strcmpi (cfg.Modulation“BPSK”)% SRRC传输过滤器对象txfilter = comm.RaisedCosineTransmitFilter;txfilter。RolloffFactor = 0.35;%过滤器滚边txfilter。FilterSpanInSymbols = 6;%过滤器跨度txfilter。OutputSamplesPerSymbol = sps;% SRRC接收过滤器对象rxfilter = comm.RaisedCosineReceiveFilter;rxfilter。RolloffFactor = 0.35;%过滤器滚边rxfilter。FilterSpanInSymbols = 6;%过滤器跨度rxfilter。DecimationFactor = 1;rxfilter。InputSamplesPerSymbol = sps;结束%采样率如果strcmpi (cfg.Modulation“PCM / PM / biphase-L”)%在ccsd TC 2.2.7建议[6]部分,编码符号率%定义之前biphase-L编码。fs = 2 * sps * symbolRate;% Biphase-L编码有两个符号为每个其他的fs = sps * symbolRate;结束为iSNR = 1:长度(SNRIn)%将随机数发生器设置为默认rng默认的%信噪比价值的循环SNRdB = SNRIn (iSNR);%初始化错误计算的参数totNumErrs = 0;numErr = 0;totNumBits = 0;cltuLost = 0;为iBurst = 1: numBurst%的收购与800个八位字节序列acqSeqLength = 6400;acqBits = repmat ([0, 1], 0.5 * acqSeqLength, 1);% 1和0交替与零开始,开始可以是0或1% ccsd TC波形采集序列%在ccsd TC指定最大副载波频率偏移%±(2 * 1的军医)* fsc, fsc的副载波频率subFreqOffset = 3.2;在赫兹%副载波频率偏移subPhaseOffset = 4;%副载波相位偏移度%在赫兹频率偏移如果strcmpi (cfg.Modulation“PCM /相移键控/点”)%的信号调制和副载波频率和相位偏移量acqSymb = HelperCCSDSTCSubCarrierModulation (acqBits cfg、subFreqOffset subPhaseOffset);其他的%根据指定的信号调制方案在ccsd telecommmand%副载波障碍不适用BPSK和PCM /下午/ biphase-Lcfg。DataFormat =“收购序列”;acqSymb = ccsdsTCWaveform (acqBits cfg);cfg。DataFormat =“CLTU”;结束% ccsd TC CLTU波形transferFramesLength = 640;%的八位字节传输框架inBits =兰迪([0 1]transferFramesLength 1);在TC %位传输框架如果strcmpi (cfg.Modulation“PCM /相移键控/点”)% TC同步和信道编码后比特编码子层操作[~,encBits] = ccsdsTCWaveform (inBits cfg);%的信号调制和副载波频率和相位偏移量waveSymb = HelperCCSDSTCSubCarrierModulation (encBits cfg、subFreqOffset subPhaseOffset);其他的waveSymb = ccsdsTCWaveform (inBits cfg);结束% ccsd TC波形采集序列和CLTU波形= [acqSymb; waveSymb];对BPSK %传输过滤如果strcmpi (cfg.Modulation“BPSK”)%使用SRRC脉冲整形滤波器data =[波形;0 (txfilter.FilterSpanInSymbols 1)];txSig = txfilter(数据);其他的txSig =波形;结束%添加载波频率和相位偏移量freqOffset = 200000;%在赫兹频率偏移phaseOffset = 20;%在度相抵消如果fs < = (2 * (freqOffset + cfg.SubcarrierFrequency)) & & strcmpi (cfg.Modulation,“PCM /相移键控/点”)错误(的采样率必须大于两倍频率偏移和副载波频率的总和”);elseiffs < = (2 * freqOffset)错误(的采样率必须大于两倍频率偏移的);结束卵圆孔未闭= comm.PhaseFrequencyOffset (“FrequencyOffset”freqOffset,…“PhaseOffset”phaseOffset,“SampleRate”fs);txSigOffset =卵圆孔未闭(txSig);%的时间抵消为整数的样本数量timingErr = 5;%计时误差必须< = 0.4 * spsdelayedSig = [0 (timingErr 1); txSigOffset);%通过AWGN信道传递信号rxSig = awgn(复杂的(delayedSig)、SNRdB“测量”,iBurst);%粗载波频率同步如果strcmpi (cfg.Modulation“PCM /相移键控/点”)%粗载波频率同步的PCM /相移键控/ PMcoarseSync = HelperCCSDSTCCoarseFrequencyCompensator (“FrequencyResolution”,100,…“SampleRate”fs);其他的%粗载波频率同步BPSK和PCM /相移键控/ biphase-LcoarseSync = comm.CoarseFrequencyCompensator (…“调制”,“BPSK”,“FrequencyResolution”,100,…“SampleRate”fs);结束%赔偿粗频率偏移[rxCoarse, estCoarseFreqOffset] = coarseSync (rxSig);%接收过滤如果strcmpi (cfg.Modulation“BPSK”)% SRRC BPSK得到过滤rxFiltDelayed = rxfilter (rxCoarse);rxFilt = rxFiltDelayed (rxfilter.FilterSpanInSymbols * sps + 1:结束);其他的%低通滤波对PCM /相移键控/ PM和PCM /相移键控/ biphase-L%过滤是通过一个低通滤波器来减少的影响%噪音的载波相位跟踪回路0.3 b = fir1(40岁);% 40阶低通滤波器的截止频率系数= 0.3 * fs / 2rxFiltDelayed =过滤器(b 1 [rxCoarse; 0(0.5 *长度(b) (1), 1)));%延迟删除过滤器rxFilt = rxFiltDelayed(0.5 *长度(b)(1) + 1:结束);结束%精细频率和相位校正如果strcmpi (cfg.Modulation“BPSK”)fineSync = comm.CarrierSynchronizer (“SamplesPerSymbol”sps,…“调制”,“BPSK”,“NormalizedLoopBandwidth”,normLoopBWCarrier);其他的fineSync = HelperCCSDSTCCarrierSynchronizer (“SamplesPerSymbol”,…cfg.SamplesPerSymbol,“NormalizedLoopBandwidth”,normLoopBWCarrier);结束[rxFine, phErr] = fineSync (rxFilt);%副载波频率和相位校正如果strcmpi (cfg.Modulation“PCM /相移键控/点”)subSync = HelperCCSDSTCSubCarrierSynchronizer (“SamplesPerSymbol”sps,…“NormalizedLoopBandwidth”,normLoopBWSubcarrier);[rxSub, subCarPhErr] = subSync(真正的(rxFine));其他的rxSub =实际(rxFine);结束%的时间同步和解调象征timeSync = HelperCCSDSTCSymbolSynchronizer (“SamplesPerSymbol”sps,…“NormalizedLoopBandwidth”,normLoopBWSymbol);[rxSym, timingErr] = timeSync (rxSub);%搜索开始序列和复苏位= HelperCCSDSTCCLTUBitRecover (rxSym cfg,“纠错”,0.8);位=位(~ cellfun (“isempty”比特));%去除空单元数组的内容%与填充比特传输帧的长度如果strcmpi (cfg.ChannelCoding“BCH”)messageLength = 56;其他的messageLength = 0.5 * cfg.LDPCCodewordLength;结束frameLength = messageLength *装天花板(长度(inBits) / messageLength);如果(isempty(位)| |(长度(位{1})~ = frameLength) | |(长度(比特)> 1)cltuLost = cltuLost + 1;其他的numErr =总和(abs(双(比特{1}(1:长度(inBits))) -inBits));totNumErrs = totNumErrs + numErr;totNumBits = totNumBits +长度(inBits);结束结束bitsErr (iSNR) = totNumErrs / totNumBits;cltuErr (iSNR) = cltuLost;%的比特误码率和CLTUs丢失的数量流([[“\ nBER的”num2str (SNRdB + 10 * log10 (sps))),“dB Es /不:% 1.2 e \ n '),bitsErr (iSNR));流([[“\ nNumber CLTUs失去的”num2str (SNRdB + 10 * log10 (sps))),“dB Es /不:% d \ n '),cltuErr (iSNR));结束
误码率与8分贝Es /不:0.00 e + 00
的CLTUs失去8分贝Es /不:0
数量为8.5 dB Es /不:0.00 e + 00
8.5 dB的CLTUs失去了Es /不:0
数量的结果
当每个Es /不点完成后,绘制误码率仿真的结果。bitsErr是一个数组的所有模拟Es /没有点测量误码率。图显示了得到的仿真结果与10000年的传输和Es /不点范围7.5 [4]。
进一步的探索
规范化的环路带宽和收购序列长度
这个示例使用一个较大的值的采集序列长度(800个八位字节)来提高某个浏览器的性能在低信噪比的值。这个表显示每个符号的规范化环路带宽值和样本用于模拟调制方案,采集800个八位字节序列。
表(T = {“BPSK”;“PCM /相移键控/点”;“PCM /下午/ biphase-L”},(0.005;0.0002;0.0003),…{“不适用”,0.00005;“不适用”},(0.005;0.0005;0.0005),…[20;200;20]、[2048000;4000;256000年),“VariableNames”,{“调制”,的载波同步器,…“副载波同步器”,“符号同步器”,“每个符号样本”,“符号率”})
T =3×6表调制载波同步器副载波同步器同步器样品每个符号象征符号率____________________ ____________________ _______________________ ___________________ _____________ ___________ 0.005 {BPSK的}{“不适用”}0.005 20 2.048 e + 06 {PCM /相移键控/ PM的}{[5.0000 e-05]} 0.0005 0.0002 200 4000 0.0003{的PCM /下午/ biphase-L}{“不适用”}0.0005 20 2.56 e + 05
你可以用这个例子来进一步探索这些同步模块。
载波同步:改善相位估计的准确性,可以减少噪声贡献跟踪循环减少规范化带宽。减少环路带宽减少了拉片范围,此次收购需要更长的时间来收敛。
副载波同步:你可以画出估计副载波偏移来确定更准确的环路带宽。帮助改善副载波频率估计的准确性,你可以增加采样率和信噪比。
同步:象征符号同步的DTTL表现良好在更高数量的样品每个符号。当你增加每个符号的样本,分辨率提高,DTTL性能提高。太多的样品每个符号可以降低信噪比,影响性能。如果信噪比小于-15分贝(由于大量样本中每个符号),跟踪环性能的影响。
对于任何PLL-based循环,以非常低的信噪比,环路带宽必须很低。这低循环带宽减少了拉片范围。为CLTUs LDPC信道编码,如果CLTUs丢失的数量很高,你可以减少阈值值检测开始序列的helper函数HelperCCSDSTCCLTUBitRecover。你也可以尝试改善误码率结果通过选择只有CLTUs与很高的归一化相关度量序列开始。帧检测和最大化最小化假警报,0.8是用作检测阈值在这个例子。减少假警报,可以提高检测阈值。如果你增加检测阈值,检测帧率降低。
副载波频率偏移与PCM /相移键控/点
最大的副载波频率偏移冲洗液中指定TC的建议[6]是 ,在那里 是遥控副载波的频率。你必须考虑3.2赫兹的频率偏移最大或1.6赫兹16赫兹或8 KHz正弦波副载波,分别。你可以画出副载波频率偏移估计分析副载波跟踪的性能。当同步收敛,估计的平均值约等于3.2赫兹的输入副载波频率偏移值。
如果strcmpi (cfg.Modulation“PCM /相移键控/点”)estSubCarFreqOffset = diff (subCarPhErr) * fs /(2 *π);rmean = cumsum (estSubCarFreqOffset)。/(1:长度(estSubCarFreqOffset));情节(rmean)包含(“符号”)ylabel (“估计副载波频率偏移(Hz)”)标题(“PCM /相移键控/ PM:副载波频率偏移的网格)在结束
附录
本例使用这些辅助函数:
HelperCCSDSTCCoarseFrequencyCompensator:执行粗载波频率同步
HelperCCSDSTCCarrierSynchronizer:执行好载波同步
HelperCCSDSTCSymbolSynchronizer:执行符号定时同步和解调
HelperCCSDSTCSubCarrierModulation:执行副载波调制频率和相位偏移量
HelperCCSDSTCCLTUBitRecover:搜索开始序列和复苏
参考书目
j . Vila-Valls m·纳瓦罗p Closas和m . Bertinelli“挑战在深空通信中同步”IEEE航空航天和电子系统杂志,34卷,不。1、16-27页。2019年1月。
m . Baldi et al .,“最先进的太空任务遥控接收器,”IEEE航空航天和电子系统杂志,32卷,不。2017年6月6 4-15页。。
美国百万美国Hinedi,“符号转换密度对数据转换跟踪环的性能在低信噪比,”诉讼IEEE国际会议通信国际商会95年美国,西雅图,佤邦,1995年,页1036 - 1040》。
TC同步和信道编码。空间数据系统推荐标准,冲洗液231.0 b3。蓝色的书。问题3。华盛顿特区。2017年9月:冲洗液。
TC同步和信道编码。总结的概念和原理。冲洗液230.1 g 2。绿色的书。问题2。华盛顿特区。2012年11月:冲洗液。
无线电频率和调制系统-第1部分。地球站和宇宙飞船。401.0 b29冲洗液。蓝色的书。问题29。华盛顿特区。2019年3月:冲洗液。
迈克尔大米,数字通信——一个离散时间的方法。纽约:普伦蒂斯霍尔,2008。
Nguyen T.M.,W.L. Martin, and Hen-Geul Yeh. "Required Bandwidth, Unwanted Emission, and Data Power Efficiency for Residual and Suppressed Carrier Systems-a Comparative Study."IEEE电磁兼容性37岁的没有。1(1995年2月):34-50。https://doi.org/10.1109/15.350238。
