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 曲线。关键字：卫星中继； Matlab 仿真；BER 曲线中图分类号：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 Vite
2、rbi 编码、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：39995 40000 40005 40010 40015 40020km卫星和
3、接收地球站之间的距离是 42000km卫星的 EIRP 是 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： 信源比特流调制（QPSK）频分复用上变频AWGN 信道卫星接收透明转发AWGN 信道下变频判决解调(DQPSK)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：0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.510-510-410-310-2X:
4、3.01Y: 5.9e-05X: 0Y: 0.002783X: 1.761Y: 0.00032与与与与dbW与与与BER与与与与BER与与为了更好描述零值，用以下曲线描述：0 5 10 15 20 25 3000.511.522.53x 10-3X: 0Y: 0.002783与与与与dbW与与与BER与与与与BER与与X: 1.761Y: 0.00032X: 3.01Y: 5.9e-052.2.2 译码转发该通信链路设计思路为： 信源比特流调制（QPSK）频分复用上变频AWGN 信道卫星接收译码转发AWGN 信道下变频判决解调(DQPSK)比特流。得到某个发送地球站的信息在接收地球站的 BER
5、 曲线，如下图所示0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.510-510-410-310-2X: 0Y: 0.002241与与与与dbW与与与BER与与与与BER与与X: 1.761Y: 0.000259X: 3.01Y: 3.4e-05为了更好描述零值，用以下曲线描述：0 5 10 15 20 25 3000.511.522.5x 10-3X: 0Y: 0.002241与与与与dbW与与与BER与与与与BER与与X: 1.761Y: 0.000259X: 3.01Y: 3.4e-052.2.3 两种转发方式对比0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.510-510-410
6、-310-2X: 0Y: 0.002783与与与与dbW与与与BER与与与与与与与与与BER与与X: 0Y: 0.002241X: 1.761Y: 0.00032X: 3.01Y: 5.9e-05X: 1.761Y: 0.000259X: 3.01Y: 3.4e-05与与与与与与与与与与与与与与3 结论由图可以看出，SNR越大，BER越低，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=1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024;%发射功率dup=40005;%上行距离fup=14253;%上行载波中心频率% dup=39995 4000
7、0 40005 40010 40015 40020;% fup=14228 14238 14248 14258 14268 14278;%数值差异很小 忽略FSLup=32.4+20*log(dup)/log(10)+20*log(fup)/log(10);%上行自由空间损耗h1=sqrt(103.2*103.2/(10(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);%下行自由空间损耗h2=sqrt(105.6*103.2/(10(FSLdo/1
8、0);%56dB 增益N0=1.38*10(-23)*80*60000000;%噪声功率BER=zeros(1,11);for kk=1:11num=500000;pt=p(kk);erro=0;while numnum=num-1;infor=randi(0 1,1,12);d=g2(infor,12);for k=1:6for t=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*
9、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);for t=1:120 %上行载波频率变为下行载波频率yy(t)=y(t)*exp(j*2*pi*(fdo-fup)*t/1200)/sqrt(pt*h12+N0);ends2=h2*yy+n2;%以上 地球站接收到的信号for t=1:120 s3(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shuz
10、hi xiabiao=min(abs(angle(xxx)-pi/4 3*pi/4 -pi/4 -3*pi/4);infor2=fix(xiabiao-1)/2) mod(xiabiao-1),2);%判决为 infor2if infor2(1)=infor(1)erro=erro+1;endif infor2(2)=infor(2)erro=erro+1;endendBER(kk)=erro/1000000;endsemilogy(10*log(p)/log(10),BER,b);hold on译码转发：p=1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024;%发射功率dup
11、=40005;%上行距离fup=14253;%上行载波中心频率% dup=39995 40000 40005 40010 40015 40020;% fup=14228 14238 14248 14258 14268 14278;%数值差异很小 忽略FSLup=32.4+20*log(dup)/log(10)+20*log(fup)/log(10);%上行自由空间损耗h1=sqrt(103.2/(10(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)
12、;%下行自由空间损耗h2=sqrt(105.6/(10(FSLdo/10);%56dB 增益N0=1.38*10(-23)*80*60000;%噪声功率BER2=zeros(1,11);for kk=1:11num=500000;pt=p(kk);erro=0;while numnum=num-1;% infor1=randint(1,2);% infor2=randint(1,2);% infor3=randint(1,2);% infor4=randint(1,2);% infor5=randint(1,2);% infor6=randint(1,2);infor=randi(0 1,1,
13、12);d=g2(infor,12);for k=1:6for t=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for t=1:120 y2(t)=y(t)*exp(-j*2*pi*14228*t/1200);%下变频ends2=sum(y2(:);%选择性接收第一个
14、地球站的信号%判决shuzhi xiabiao=min(abs(angle(s2)-pi/4 3*pi/4 -pi/4 -3*pi/4);informa=fix(xiabiao-1)/2) mod(xiabiao-1),2);aa=g2(informa,2);for t=1:120 y3(t)=aa*exp(j*2*pi*12003*t/1200);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for t=1:120 y5(t)=y4(t)*exp(-j*2*pi*12003*t/1200);ends3
15、=sum(y5(:);%选择性接收第一个地球站的信号%判决shuzhi xiabiao=min(abs(angle(s3)-pi/4 3*pi/4 -pi/4 -3*pi/4);infor2=fix(xiabiao-1)/2) mod(xiabiao-1),2);%判决为 infor2if infor2(1)=infor(1)erro=erro+1;endif infor2(2)=infor(2)erro=erro+1;endendBER2(kk)=erro/1000000;endsemilogy(10*log(p)/log(10),BER2,b);hold onQPSK 源代码：functi
16、on d=g2(bit,Nc)A=exp(j*pi/4) 0 0;exp(j*3*pi/4) 0 1;exp(-j*3*pi/4) 1 1;exp(-j*pi/4) 1 0;for k=1:Nc/2if bit(2*k-1:2*k)=0 0d(k)=A(1,1);elseif bit(2*k-1:2*k)=0 1d(k)=A(2,1);elseif bit(2*k-1:2*k)=1 1d(k)=A(3,1);elseif bit(2*k-1:2*k)=1 0d(k)=A(4,1);endend致 谢时间如白驹过隙，在大学能够上课的最后一个学期中，有幸在卫星选修课上与高师一同度过。在此衷心感谢高老师的认真授课，让我获益匪浅。在此祝老师身体健康，工作顺利！
