基于Matlab的卫星中继通信链路仿真

1、基于Matlab的卫星中继通信链路仿真*摘要：卫星通信是地球上的无线电通信站利用卫星作为中继而进行的通信，卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星转发方式有透明转发和译码转发。本文基于matlab软件平台，对地静止卫星通信系统中卫星中继地球站发送数据的转发过程仿真，并给出接收信息BER®线。关键字：卫星中继；Matlab仿真；BER®线中图分类号：O121.8;G5581引言卫星信道的特点是：可用频带宽、功率受限、干扰大、信噪比低。所以要求采用可靠性高的信号调制方式，并要求有较强的信号纠错能力，对带宽要求不是特别高。因此DVB-S采用前向纠错（FEC）（包括VWrbi编码

2、、交织、RS编码及加扰等电路）、正交移相键控（QPSK调制的信道处理方式，然后馈给卫星链路。接收时进行相反的处理。本文对卫星工作过程进行仿真，得到信号的BER曲线，从而知道可靠传输所需发射功率。2系统模型及仿真2.1 建模假设本文中所设计的卫星中继链路中中继卫星为GEO同步轨道卫星，采用Ku频段，6个地球站采用FDMA通过卫星向另外一个地球站发送信息：上行载波中心频率为14253MHz下行载波中心频率为12028MHz载波间隔为10MHz?发送地球站与卫星之间的距离为：399954000040005400104001540020km?卫星和接收地球站之间的距离是42000km?卫星的EIRP是

3、56dBW天线增益为30dB?地球站的天线增益为32dB?信道模型采用AWGN基于以上条件，本文将给出对地静止卫星中继地球站发送信息的完整过程，并给出某个发送地球站的信息在接收地球站的BER曲线。2.2 系统模型及结果2.2.1 透明转发该通信链路设计思路为：信源一比特流-调制（QPSK一频分复用一上变频-AWGN道-卫星接收透明转发-AWGN道一下变频一判决一解调（DQPSK卢比特流。得到某个发送地球站的信息在接收地球站的BER曲线，如下图所示:-2透明转发BER曲线10-.-O-O-o-OT-T-REB率码误X:1.761Y:0.00032X:0Y:0.002783X:3.01Y:5.9e

4、-05,5OWbd率功身发为了更好描述零值，用以下曲线描述:透明转发BER曲线x10X:0Y:0.0027832.5REB率码误1.5X:1.7610.5Y:0.00032X:3.01Y:5.9e-05-L-451015发射功率dbW2025302.2.2译码转发该通信链路设计思路为：信源一比特流-调制（QPSK一频分复用一上变频-AWGN道-卫星接收译码转发-AWGN道一下变频一判决一解调（DQPSK卢比特流。得到某个发送地球站的信息在接收地球站的BER曲线，如下图所示-210译码转发BER曲线X:0Y:0.002241LoT-ooo111Reb率码误X:1.761Y:0.000259X:3

5、.01Y:3.4e-05I5Ci1.52.53.5发射功率dbW为了更好描述零值,用以下曲线描述:-3x102.5译码转发BER曲线X:0Y:0.002241511Reb率码误0L0X:1.761Y:0.000259X:3.01Y:3.4e-05Ii1iJ1J-I151015202530发射功率dbW2.2.3两种转发方式对比-2透明转发与译码转发BER曲线X:0Y:0.002241-31000.511.53X:1.761Y:0.00032X:3.01Y:3.4e-05X:3.01Y:5.9e-05X:1.761Y:0.0002592.5发射功率dbWX:0Y:0.002783O1REB率码误

6、5-O蓝色为透明转发红色为译码转发3.54.53结论由图可以看出,SN砒大，BE砒低，通信的可靠性越高;译码转发比透明转发更可靠。附录1：链路仿真源代码透明转发:p=12481632641282565121024;%发射功率dup=40005;%上行距离fup=14253;%上行载波中心频率%dup=399954000040005400104001540020;%fup=142281423814248142581426814278;上行自由空间损耗%数值差异很小忽略增益FSLup=32.4+20*log(dup)/10g(10)+20*log(fup)/10g(10);%h1=sqrt(10A

7、3.2*10A3.2/(10A(FSLup/10);%ddo=42000;%下行距离fdo=12028;%下行载波中心频率FSLdo=32.4+20*log(ddo)/10g(10)+20*log(fdo)/10g(10);%下行自由空间损耗h2=sqrt(10A5.6*10A3.2/(10A(FSLdo/10);%56dB增益N0=1.38*10A(-23)*80*60000000;%噪声功率BER=zeros(1,11);forkk=1:11num=500000;pt=p(kk);erro=0;whilenumnum=num-1;infor=randi(01,1,12);d=g2(info

8、r,12);fork=1:6fort=1:120x(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,:);%以上发射前的信号n1=wgn(1,120,10*log(N0)/log(10),'complex');y=sqrt(pt)*h1*s1+n1;%以上卫星接收到的信号n2=wgn(1,120,10*log(N0)/log(10),'complex');fort=1:120%上行载波频率变为下行载波频率yy(t)=y(t)*

9、exp(j*2*pi*(fdo-fup)*t/1200)/sqrt(pt*h1A2+N0);ends2=h2*yy+n2;%以上地球站接收到的信号fort=1:120s3(t)=s2(t)*exp(-j*2*pi*12003*t/1200);endxxx=sum(s3(:);%选择性接收第一个地球站的信号%判决shuzhixiabiao=min(abs(angle(xxx)-pi/43*pi/4-pi/4-3*pi/4);infor2=fix(xiabiao-1)/2)mod(xiabiao-1),2);%判决为infor2ifinfor2(1)=infor(1)erro=erro+1;end

10、ifinfor2(2)=infor(2)erro=erro+1;endendBER(kk)=erro/1000000;endsemilogy(10*log(p)/10g(10),BER,'b');holdon译码转发：p=12481632641282565121024;%发射功率dup=40005;%上行距离fup=14253;%上行载波中心频率%dup=399954000040005400104001540020;%fup=142281423814248142581426814278;上行自由空间损耗下行自由空间损耗%数值差异很小忽略FSLup=32.4+20*log(dup

11、)/10g(10)+20*log(fup)/10g(10);%h1=sqrt(10A3.2/(10A(FSLup/10);%增益ddo=42000;%下行距离fdo=12028;%下行载波中心频率FSLdo=32.4+20*log(ddo)/log(10)+20*log(fdo)/log(10);%h2=sqrt(10A5.6/(10A(FSLdo/10);%56dB增益N0=1.38*10A(-23)*80*60000;%噪声功率BER2=zeros(1,11);forkk=1:11num=500000;pt=p(kk);erro=0;whilenumnum=num-1;%infor1=ra

12、ndint(1,2);%infor2=randint(1,2);%infor3=randint(1,2);%infor4=randint(1,2);%infor5=randint(1,2);%infor6=randint(1,2);infor=randi(01,1,12);d=g2(infor,12);fork=1:6fort=1:120x(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,:);%以上发射前的信号n1=wgn(1,120,10*log(N0)

13、/log(10),'complex');y=sqrt(pt)*h1*s1+n1;%以上卫星接收到的信号fort=1:120y2(t)=y(t)*exp(-j*2*pi*14228*t/1200);%下变频ends2=sum(y2(:);%选择性接收第一个地球站的信号%判决shuzhixiabiao=min(abs(angle(s2)-pi/43*pi/4-pi/4-3*pi/4);informa=fix(xiabiao-1)/2)mod(xiabiao-1),2);aa=g2(informa,2);fort=1:120y3(t)=aa*exp(j*2*pi*12003*t/12

14、00);endn2=wgn(1,120,10*log(N0)/log(10),'complex');y4=h2*y3+n2;%以上地球站接收到的信号fort=1:120y5(t)=y4(t)*exp(-j*2*pi*12003*t/1200);ends3=sum(y5(:);%选择性接收第一个地球站的信号%判决shuzhixiabiao=min(abs(angle(s3)-pi/43*pi/4-pi/4-3*pi/4);infor2=fix(xiabiao-1)/2)mod(xiabiao-1),2);%判决为infor2ifinfor2(1)=infor(1)erro=erro+1;endifinfor2(2)=infor(2)erro=erro+1;endendBER2(kk尸erro/1000000;endsemilogy(10*log(p)/10g(10),BER2,'b');holdonQPSK®代码：functiond=g2(bit,Nc)A=exp(j*pi/4)00;exp(j*3*pi/4)01;exp(-j*3*pi/4)11;exp(-j*pi/4)10