Details

Цель работы – оценка эффективности (в смысле увеличения числа передаваемых информационных символов в пакете сообщений) при использовании изменяемой длительности преамбулы пакета сообщений при условиях обеспечения заданной помехоустойчивости приема сигналов BPSK при наличии доплеровского смещения частоты. Решаемые задачи: 1) Обзор методов приема пакетов сообщений с борта космического аппарата при условиях доплеровкого смещения частоты (перспективы развития, проблемы, цель исследований); 2) Системы ФАПЧ, адаптированные к SDR платформе. Основные характеристики, структурные схемы и диаграммы работы; 3) Модель имитационного моделирования работы приема сигналов в рассматриваемых условиях; 4) Анализ длительностей преамбулы сообщений (длительности части преамбулы, отвечающей за подстройку частоты). Оценка выигрышей (числа дополнительных бит передаваемого сообщений) при оптимизации длительности; 5) Оценка помехоустойчивости приема сообщений при наличии остаточной частотной нестабильности. Работа выполнена на основе имитационного моделирования системы связи с низкоорбитальными космическими аппаратами в среде MATLAB. В ходе исследования были проанализированы зависимости доплеровского смещения частоты от времени сеанса связи, а также влияние отношения сигнал/шум на характеристики системы синхронизации. В результате моделирования установлено, что использование переменной длины преамбулы позволяет повысить эффективность передачи данных на 7–9 % при сохранении требуемой помехоустойчивости. Показано, что адаптивный выбор длины служебной последовательности обеспечивает оптимальный компромисс между точностью синхронизации и пропускной способностью канала. Полученные результаты могут быть использованы при разработке систем спутниковой связи, реализованных на SDR-платформах, а также при проектировании алгоритмов синхронизации в условиях доплеровских искажений.

The purpose of the work is to evaluate the effectiveness (in terms of increasing the number of transmitted information symbols in a message packet) of using a variable duration of the message packet preamble while maintaining a specified noise immunity for BPSK signal reception in the presence of a Doppler frequency shift. Tasks to be solved: 1) Review of methods for receiving message packets from spacecraft under Doppler frequency shift conditions (development prospects, challenges, research objectives); 2) PLL systems adapted to the SDR platform. Key characteristics, block diagrams, and operational diagrams; 3) Simulation model of signal reception under the conditions under consideration; 4) Analysis of message preamble durations (the duration of the portion of the preamble responsible for frequency adjustment). Estimation of gains (the number of additional bits in the transmitted message) during duration optimization; 5) Evaluation of the noise immunity of message reception in the presence of residual frequency instability. This work is based on simulation modeling of a communication system with low-orbit spacecraft in the MATLAB environment. The study analyzed the dependence of the Doppler frequency shift on the communication session time, as well as the effect of the signal-to-noise ratio on the synchronization system characteristics. The simulation revealed that using a variable preamble length increases data transmission efficiency by 7–9% while maintaining the required noise immunity. It is shown that adaptive selection of the service sequence length provides an optimal compromise between synchronization accuracy and channel throughput. The obtained results can be used in the development of satellite communication systems implemented on SDR platforms, as well as in the design of synchronization algorithms under conditions of Doppler distortion.