Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής

Transcript

1 Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ORBCOMM Study and simulation of ORBCOMM physical layer ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: ΤΣΑΝΙΔΟΥ ΕΛΙΝΑ ΑΜ: 1233 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΔΡ. ΕΥΣΤΑΘΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

2 Σκοπός της εργασίας Να μελετηθεί και να γίνει προσομοίωση του δορυφορικού συστήματος επικοινωνιών ORBCOMM με τη χρήση ψηφιακών διαμορφώσεων QPSK, OQPSK, και SDPSK. Να μετρηθεί η επιδόση του συστήματος, υπολογίζοντας με προσομοίωση τον ρυθμό εμφάνισης σφάλματος στον δέκτη (Bit Error Rate-BER) όταν τα σήματα επηρεάζονται από AGWN θόρυβο και επίπεδη διάλειψη.

3 Ανάλυση Του δορυφορικού συστήματος ORBCOMM, τεχνικές προδιαγραφές. Της προσομοίωσης του συστήματος επικοινωνίας. Τις διαμορφώσεις QPSK, OQPSK και SDPSK. Το κανάλι επικοινωνίας - Θόρυβος και διάλειψη. Το φίλτρο τετραγωνικής ρίζας υψωμένου συνημίτονου. Επίδοση των συστημάτων.

4 Περιγραφή του συστήματος 2.4 kbps MHz 57,6 kbps TDMA Τμήμα εδάφους Διαστημικό τμήμα Τμήμα συνδρομητών 4.8 kbps MHz 56 kbps Leased Line Internet Subscriber Communicator (SC) Gateway Earth Station (GES) VSAT Gateway Control Center (GCC) Xαμηλής γήινης τροχιάς (Low Earth Orbit) Μ2Μ δορυφορικά συστήματα.

5 ORBCOMM Gateway Τμήμα εδάφους Αποτελείται από το Gateway Earth Station και το Gateway Control Center. Gateway Earth Station Παρέχει ένα σύνδεσμο επικοινωνίας RF-ραδιοσυχνοτήτων μεταξύ του Gateway Control Center και του δορυφόρου. Αποτελείται από δύο ανεξάρτητα συστήματα κεραιών παρακολούθησης πλήρης κίνησης, εξοπλισμό RF και modem, το υλικό και το λογισμικό επικοινωνιών για την αποστολή και λήψη πακέτων δεδομένων.

6 Τμήμα συνδρομητών Subscriber Communicators Ένα ασύρματο VHF μόντεμ που μεταδίδει μηνύματα στον δορυφόρο και στη GES. Περιλαμβάνει την κεραία, τα καλώδια σύνδεσης και μπαταρίες ή ηλιακό πάνελ ή διαθέσιμη ισχύ για την λειτουργία του. Συσκευές χειρός, σταθερές και κινητές μονάδες για απομακρυσμένη παρακολούθηση και εφαρμογές παρακολούθησης

7 Gateway Earth Station Επικοινωνία με OG1 δορυφόρο Συχνότητα Ταχύτητα Διαμόρφωση Uplink MHz 57.6 kbps OQPSK Downlink MHz 57.6 kbps OQPSK Επικοινωνία με OG2 δορυφόρο Συχνότητα Ταχύτητα Διαμόρφωση Uplink MHz 86.4 kbps 16 QAM Downlink MHz kbps 16 QAM

8 Subscriber communicator Επικοινωνία OG1 Frequency MHz Modulation Data Rate (bps) Bit per Symbol Subscriber Uplink SDPSK Subscriber Downlink SDPSK OG2 Frequency MHz Modulation Data Rate (bps) Bit per Symbol Subscriber Uplink OQPSK Subscriber Downlink OQPSK

9 Το διαστημικό τμήμα Ένας δορυφόρος έχει: - ένα πομπό που εκπέμπει προς συνδρομητές - ένα πομποδέκτη για επικοινωνία προς/από GES - έξι δέκτες για λήψη από συνδρομητές - έναν δέκτη για λήψη από DCAAS - ένα πομπό που εκπέμπει σήμα φάρου Δορυφόρος-Συνδρομητή Downlink Δορυφόρος-Συνδρομητή Uplink Δορυφόρος-Σταθμός Downlink & Uplink Κανάλια Συχνότητα MHz 6, 1 DCAAS MHz MHz & MHz UHF Μεταδότης MHz

10 Ο δορυφόρος χρησιμοποιεί δυο ξεχωριστές RHCP κεραίες για εκπομπή και λήψη. Πομπός Υπολογιστής - Διαμόρφωση RRC φίλτρο Ενίσχυση - Κεραία Δέκτης Ενισχυτής χαμηλού θορύβου RRC φίλτρο Αποδιαμόρφωση - Υπολογιστής RRC=Φίλτρο τετραγωνικής ρίζας υψωμένου συνημίτονου Προς GES Συνδρομητή UHF Μεταδότης Ισχύς εκπομπής 5 W 40 W 1 W

11 Προσομοίωση

12 QPSK Διαμόρφωση H πληροφορία περιέχεται στη στιγμιαία φάση του διαμορφωμένου φέροντος. Η QPSK χρησιμοποιεί τέσσερις καταστάσεις φάσης, 45, 135, 225 και 315, σε ορθογωνικότητα φάσης 90 η μία από την άλλη. Μεταδίδει διπλάσιο ρυθμό δεδομένων σε ένα δεδομένο εύρος ζώνης σε σύγκριση με το BPSK. Οι εναλλαγές φάσης κάθε 2T b, αλλαγή και στα 2 bit με μέγιστη δυνατή εναλλαγή 180 ο.

13 Διάγραμμα αστερισμού QPSK Διαμόρφωση ΣΥΜΒΟΛΑ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΦΑΣΗΣ

14 OQPSK Διαμόρφωση Υλοποιείται κλιμακώνοντας χρονικά τις ακολουθίες των δεδομένων εισόδου κατά διάστημα ίσο με το ήμισυ της περιόδου των συμβόλων (κατά Τ b ), προτού αυτές εισέλθουν στους ορθογωνικούς διαμορφωτές. Οι εναλλαγές φάσης κάθε T b και συμβαίνουν 2 φορές συχνότερα, με μέγιστη δυνατή εναλλαγή 90 ο και πολύ χαμηλότερες διακυμάνσεις πλάτους.

15 SDPSK Διαμόρφωση Για τις τιμές του ένα (1) η φάση μεταβάλλεται με την αντίθετη φορά του ρολογιού, δηλαδή κατά +π/2, ενώ για τιμές του μηδέν (0) με την φορά του ρολογιού, δηλαδή κατά -π/2. Οι εναλλαγές φάσης κάθε T b με μέγιστη εναλλαγή 90 ο. Η φασματική απόδοση είναι 1bit/s/Hz.

16 Φίλτρο Υψωμένου Συνημίτονου Raised Cosine filter Περιορίζει το φασματικό περιεχόμενο του σήματος. Απομακρύνει ανεπιθύμητα σήματα, το θόρυβο και την διασυμβολική παρεμβολής σημάτων. Απόκριση συχνότητας Κρουστική απόκριση Το φίλτρο υψωμένου συνημίτονου (RC) χωρίζεται σε 2 φίλτρα, όπου το κάθε ένα έχει κρουστική απόκριση τετραγωνικής ρίζας υψωμένου συνημίτονου (RRC) ένα για το πομπό και ένα για το δέκτη.

17 Επίπεδη διάλειψη - Flat Fading Οι μεταβολές του σήματος στο εύρος, στη φάση και πλάτους κατά την διάδοση στο κανάλι ονομάζονται διαλείψεις. Το σήμα µπορεί να φτάσει στο δέκτη µέσω πολλαπλών διαδρομών διάδοσης µε διαφορετικές χρονικές καθυστερήσεις Η εξασθένιση πολλαπλών διαδρομών δημιουργεί διακυμάνσεις πλάτους, φάσης του λαμβανόμενου σήματος καθώς και της γωνίας άφιξης. Στην Rayleigh διάλειψη πολλαπλών διαδρομών δεν υπάρχει οπτική επαφή πομπού και δέκτη.

18 AWGN - Θόρυβος Ο θόρυβος προέρχεται κυρίως από το κανάλι επικοινωνίας και συνήθως είναι τυχαίας φύσης, ανεπιθύμητη ηλεκτρική ενέργεια στο επικοινωνιακό σύστημα και προστίθεται στο μεταδιδόμενο μήνυμα. Τύποι υπολογισμού του ρυθμού σφαλμάτων, σε κανάλια με AWGN θόρυβο: QPSK Bit Error Rate OQPSK SDPSK

19 Επίδοση συστήματος με QPSK διαμόρφωση σε κανάλι θορύβου

20 Επίδοση συστήματος με QPSK διαμόρφωση σε κανάλι θορύβου και διάλειψη

21 Επίδοση συστήματος με OQPSK διαμόρφωση σε κανάλι θορύβου

22 Επίδοση συστήματος με OQPSK διαμόρφωση σε κανάλι θορύβου και διάλειψη

23 Επίδοση συστήματος με SDPSK διαμόρφωση σε κανάλι θορύβου

24 Επίδοση συστήματος με SDPSK διαμόρφωση σε κανάλι θορύβου και διάλειψη

25 Συμπεράσματα Από την προσομοίωση παρατηρούμε πως το BER της QPSK είναι σχεδόν ίδιο με το BER της OQPSK, αλλά με την απόδοση ενέργειας bit προς την φασματική πυκνότητα θορύβου E b /N 0 το BER της OQPSK στο ελάχιστο γίνεται μικρότερο της QPSK. Η επίδοση του συστήματος με SDPSK διαμόρφωση είναι καλύτερη από τις άλλες δύο. Προτάσεις Μελέτη συστήματος με 16 QAM διαμόρφωση. Μελέτη του AIS (Αυτόματο Σύστημα Αναγνώρισης) συστήματος που προσφέρουν οι δορυφόροι της ORBCOMM.

26 Ευχαριστώ πολύ!!!