《電子技術(shù)應用》
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多徑環(huán)境下運載火箭高碼率傳輸性能研究
來源:電子技術(shù)應用2013年第12期
徐定杰1,姜 利1,2, 韓 浩1
1. 哈爾濱工程大學, 黑龍江 哈爾濱 150001; 2. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 北京100076
摘要: 針對運載火箭高碼率情況下遙測信道的特點,對導致高碼率遙測信道衰落重要原因之一的多徑效應進行了深入研究,詳細分析了運載火箭多徑效應的典型特點,建立了PCM/PSK體制下的遙測信道數(shù)學模型,分析了多徑環(huán)境下運載火箭PCM/PSK高碼率傳輸性能,對于不同影響因素對遙測信道的影響進行了仿真,對多徑環(huán)境下高碼率傳輸誤碼率進行了分析,通過對運載火箭真實飛行過程數(shù)據(jù)分析,證明了數(shù)學模型的準確性。
中圖分類號:TN914.42
文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2013)12-0118-04
PCM/PSK high bit-rate transmission performance in launch vehicle multi-path channel
Xu Dingjie1, Jiang Li1,2, Han Hao1
1. Harbin Engineering University Automation College, Harbin 150001, China; 2. China Academy of Launch Technology Systems Engineer Division, Beijing 100076, China
Abstract: Result is the fading of received signal, which will cause receiver BER(Bit-Error-Rate) increasing and bring great uncertainty to system design. In the paper, the most important reason that causes the high bit-rate telemetry channel fading is studied. Typical characteristics of Launch Vehicle multi-path are analyzed. An analysis model of Launch Vehicle multi-path channel is established. Launch Vehicle high bit-rate transmission performance is analyzed. The multi-path channel which effected by attenuation coefficient and delay time is analyzed and simulated. Simulation results of full-flight BER are given based on a Launch Vehicle trajectory.
Key words : multi-path; TT&C; high bit-rate; PCM/PSK

    遙測系統(tǒng)是火箭系統(tǒng)中的重要部分[1]。在研制階段,主要用于獲取飛行試驗系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù),為故障分析提供依據(jù)。隨著硬件的提高,碼速率已從2 Mb/s提高到10 Mb/s,使得碼元寬度減少,而多徑效應成為重要影響因素[2]。接收性能的變化會對應用產(chǎn)生影響,再入遙測信道特點在參考文獻[3-5]中進行了分析,為了降低火箭上升段風險,有必要對遙測體制的性能進行理論摸索。本文對火箭遙測信道的多徑模型進行分析的同時,對常用的遙測PCM/PSK體制進行了介紹,并建立PCM/PSK體制下的分析模型,分析了多徑環(huán)境下運載火箭PCM/PSK高碼率傳輸性能,并對不同衰減系數(shù)和延時對遙測信道進行分析和仿真,對多徑環(huán)境下的誤碼率進行分析,得到某模擬彈道運載火箭的誤碼率仿真結(jié)果。

1 多徑信道中的性能分析
    目前采用較多的是兩徑模型和三徑模型。實驗表明兩徑模型可以反映信道的衰落趨勢,三徑模型可以描繪出衰落細節(jié)。本文以三徑模型為例進行研究。
    對于PCM/PSK體制的接收性能,用下面的方法對PCM/PSK體制的性能進行分析。
    在加性高斯白噪聲信道下,匹配濾波器可以使輸出信噪比在判決時刻達到最大,達到最佳接收效果[6-9]。從匹配濾波器角度來分析計算最佳接收時的誤碼性能。
    信道緩慢變化時,等效為一個線性時不變系統(tǒng),由于多徑存在,系統(tǒng)的基帶沖擊可以表示為:
    
 
  
    得到信道中的誤比特率表達式,需要計算出遙測信道中的歸一化距離d的表達式。設(shè)信道的單位沖激響應為h′(t),遙測信道的歸一化距離為:
  

 



  
    從圖1中可看出,由于多徑信號的存在使信號原本包絡(luò)變得起伏,造成了信號衰落。多徑延時和衰減系數(shù)影響誤碼率曲線,如圖2所示。在碼元周期內(nèi)延時對誤碼率影響最大,延時超過一個碼元周期后誤碼率以碼元為周期重復,當次徑信號削弱原始信號時,隨著衰減系數(shù)增大誤碼率增加,當次徑信號增加原始信號時,隨著衰減系數(shù)的增大誤碼率降低(注:衰減系數(shù)越大表示多徑分量越強)。設(shè)PCM/PSK體制碼速率為10 Mb/s,載波頻率為80 MHz,多徑延時為0.22 μs,理論分析結(jié)果與仿真一致,仿真如圖3所示。PCM/PSK體制仿真結(jié)果圖4所示,點虛線表示延時0.03 μs,直線表示延時0.05 ?滋s,粗線表示衰減系數(shù)0.8,細線表示衰減系數(shù)0.5。圖4中可看出,對不同多徑時延與衰減系數(shù),相同信噪比下誤碼率不同。相同時延與信噪比下若多徑使信號增強,則衰減系數(shù)越大,誤碼率越低,曲線越靠下方;若多徑使信號減弱,則衰減系數(shù)越大,誤碼越高,曲線越靠上方。

3 飛行全程誤碼率分析
 使用某型運載火箭實際飛行數(shù)據(jù)對誤碼率進行分析,PCM/PSK體制相應全程誤碼率曲線如圖5所示。由圖5看出,雙徑模型和三徑模型均反映衰落情況的總體趨勢,但雙徑模型不具備足夠的階數(shù)反應多徑衰落細節(jié),而三徑模型可以很好地進行細節(jié)模擬。

    通過對運載器信道多徑模型分析,建立PCM/PSK體制下的信道分析模型,分析了多徑環(huán)境下運載器PCM/PSK高碼率傳輸性能,并針對不同衰減系數(shù)和延時時間對遙測信道進行分析和仿真,給出某型運載火箭飛行誤碼率分析結(jié)果,真實數(shù)據(jù)很好地證明了分析結(jié)果準確性,對運載器信道設(shè)計具有一定的指導意義。
參考文獻
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[4] 黃強,賀知明,張健,等.多徑干擾對再入遙測系統(tǒng)性能的影響分析[M].信號處理,2005,21(5):480-485.
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