بهبود کارآیی شبکه ماهواره DVB RCS از طریق خطی سازی تقویت کننده قدرت
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته برق و مخابرات (آموزش_و_پژوهش)
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:88
پایانامه براي دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی برق- مخابرات
چکیده :
روند روبه رشد سرویس های پرسرعت ماهواره ای مانند DVB-RCS زمینه مطالعه و تحقیق در جهت چگونگی افزایش راندمان پهنای باند و قدرت در ارتباطات ماهواره ای را فراهم نموده است. امروزه تکنیک های پردازشی جدیدی برای مدولاسیون و کدینگ در مخابرات ماهواره ای استفاده می شود و هدف از به کارگیری این تکنیک ها، افزایش سرعت ارسال اطلاعات و کاهش توان و پهنای باند حامل ارسالی است. برای دستیابی به این اهداف پیشنهاد می شود که از روش های نوین مدولاسیون مانند 64QAM و 32QAM و 16QAM و 8PSK و مدولاسیون های چند سطحی استفاده می گردد. یکی از ادواتی که نقش تعیین کننده در پهنای باند و قدرت در ارتباطات ماهواره ای دارد، تقویت کننده توان بالای TWTA است. یکی از مهمترین مشکلات موجود در بکارگیری مدولاسیون های چند سطحی در مدوم ها DVB-RCS، غیرخطی بودن مشخصه تقویت کننده توان بالای TWTA در نزدیکی ناحیه اشباع است. برای داشتن حداکثر راندمان نقطه کار TWTA را در نزدیکی ناحیه اشباع قرار می دهند. کار در نزدیکی ناحیه اشباع باعث ایجاد اغتشاش در مسیر سیگنال و پهن شدن طیف توان می شود. برای رفع اثر غیرخطی تقویت کننده TWTA از روش های مختلف خطی سازی مانند پیشرو، بازخورد و خطی سازی توسط پیش اعوجاج استفاده می شود. چون خطی سازی توسط پیش اعوجاج از نظر پیاده سازی ساده و دارای پهنای باند وسیع می باشد، مورد توجه قرار گرفته است.
به طور کلی می توان هدف از انجام این تحقیق را، به کارگیری خطی سازی به روش پیش اعوجاج برای TWTA و بررسی عملکرد آن در بهبود گذردهی در شبکه DVB-RCS بیان نمود. در این تحقیق ابتدا به بررسی ویژگی های یک شبکه DVB-RCS با مدولاسیون وفقی می پردازیم و سپس اثرات غیرخطی تقویت کننده TWTA بر روی پهنای باند، منظومه سیگنال ارسالی و BER در مدولاسیون های مختلف و روش طراحی و نیز میزان بهبود ایجاد شده در اثر بکارگیری خطی سازی توسط پیش اعوجاج بررسی می گردد. در ادامه خطی سازی توسط پیش اعوجاج با استفاده از نرم افزار Matlab/Simulink در لینک DVB-RCS با مدولاسیون وفقی شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده با حالتی که از تقویت کننده غیرخطی استفاده شود، مقایسه می گردد و در انتها پیشنهاداتی برای ادامه کار آورده می شود.
فصل اول
مقدمه
استاندارد DVB برای کاربردهای پخش ویدئویی تدوین شده است. این استاندارد به علت سادگی، در دسترس بودن و ارزانی تجهیزات مربوطه مورد استقبال قرار گرفته است. این فناوری امروزه توسط بسیاری از اپراتورهای شبکه مورد استفاده قرار می گیرد. DVB ابتدا برای پخش یک طرفه ویدئویی و ترافیک MPEG طراحی شده بود. استاندارد DVB-S در سال 1994 ارائه گردید و با استفاده از مدولاسیون QPSK و ترکیب کدینگ کانولوشنال و RS، پخش تلویزیونی دیجیتال ماهواره ای را به صورت یک طرفه از سمت ایستگاه مرکزی به مشترکین ارائه نمود. در این استاندارد، فشرده سازی تصویر براساس MPEG-2 انجام می گردد. در استاندارد DVB-S2 از مدولاسیون های مختلفی مانند QPSK و 8PSK و 16APSK و 32APSK استفاده می شود. استاندارد DVB-RCS که در سال 2004 ارائه گردید، با اختصاص کانال برگشتی ماهواره ای از سمت مشترکین به ایستگاه مرکزی، امکان برقراری سرویس های دو طرفه براساس تقاضا را فراهم نمود. مدولاسیون در نظر گرفته شده برای این استاندارد از نوع QPSK است و از کدینگ ترکیبی کانولوشنال و RS، یا توربو کدینگ در آن استفاده می شود. ترکیب دو استاندارد DVB-RCS و DVB-S2 به همراه استفاده از مدولاسیون مستقیم در باند Ka، منجر به پدید آمدن نسل جدید استاندارد DVB-RCS شده است که علاوه بر استفاده از قابلیت های DVB-S2، با استفاده از کانال برگشتی ماهواره ای می توان مدولاسیون و کدینگ وفقی را پیاده سازی نمود. کیفیت سیگنال دریافتی از ایستگاه مرکزی به صورت نسبت توان حامل به نویز از طریق لینک برگشتی توسط هر مشترک به ایستگاه مرکزی انتقال یافته و ایستگاه مرکزی با توجه به کیفیت سیگنال دریافتی، نوع مدولاسیون و کدینگ را برای هر مشترک تعیین نموده و اطلاعات درخواستی را ارسال می نماید. وجود کانال برگشتی در استاندارد DVB-RCS به همراه امکان مدولاسیون و کدینگ متغیر در استاندارد DVB-S2 موجب گردیده تا مدولاسیون و کدینگ وفقی در شبکه های نسل جدید راندمان ارسال را به میزان 100 تا 200 درصد افزایش دهند. در لینک های DVB-RCS به منظور بهره گیری موثرتر از پهنای باند از مدولاسیون های چند سطحی استفاده می شود.
در لینک های DVB-RCS از TWTA به عنوان تقویت کننده توان بالا استفاده می شود. برای افزایش راندمان TWTA نقطه کار را در نزدیکی ناحیه اشباع قرار می دهند. در نزدیکی ناحیه اشباع مشخصه تقویت کننده غیرخطی است و باعث ایجاد اغتشاش در سیگنال عبوری می شود که این اغتشاش آشکارسازی سیگنال در گیرنده را دچار مشکل می نماید و در نتیجه منجر به افزایش BER می شود و همچنین اغتشاش، طیف سیگنال را گسترده می کند که باعث ایجاد تداخل در کانال های مجاور می گردد. در یک لینک DVB-RCS یک تقویت کننده TWTA در سمت فرستنده و یک TWTA در ماهواره وجود دارد که هر دو این تقویت کننده ها به دلایلی که در بالا ذکر شد، در ناحیه اشباع خود کار می کنند.
در سال های اخیر به دلیل اهمیت توان مصرفی و پهنای باند در لینک های ماهواره ای برای برقراری ارتباط و ارائه سرویس، تحقیقات زیادی در زمینه خطی سازی به منظور افزایش راندمان کاری تقویت کننده های توان صورت گرفته است که نتایج تحقیقات در مقالات و تزهای دانشجویی ارائه گردیده است. از طرفی تغییر کاربری DVB-RCS از پخش تلویزیونی به ارائه سرویس های ارتباطی و تعاملی ماهواره ای صورت گرفته است و وجود دو تقویت کننده توان بالا TWTA در لینک های DVB-RCS که در نزدیکی ناحیه اشباع کار می کنند، لزوم بکارگیری خطی ساز در این لینک ها را مشخص می کند. عمل خطی سازی در ایستگاه زمینی فرستنده یا در ماهواره قابل انجام است. خطی سازی در ماهواره هزینه زیادی در بردارد ولی خطی سازی در سمت فرستنده، علاوه بر ارزان تر بودن قابلیت توسعه نیز دارد. با استفاده از کانال برگشتی در لینک های DVB-RCS می توان عملکرد خطی ساز فرستنده را اصلاح نمود. بکارگیری خطی ساز به همراه مدولاسیون های سطوح بالا در لینک های DVB-RCS کار نوینی است و کار مشابهی تاکنون انجام نگرفته است. خطی ساز پیش اعوجاج به علت سادگی در پیاده سازی، عدم محدودیت در پهنای باند، تنظیمات راحت و قابلیت کار در نزدیکی ناحیه اشباع، بیشتر مورد توجه است. خطی ساز پیش اعوجاج PD یک مشخصه غیرخطی تولید می کند که تابع معکوس مشخصه انتقال دامنه و فاز تقویت کننده است و مشخصه کلی حاصل از به هم بسته شدن تقویت کننده و خطی ساز خطی است.
در این گزارش بعد از یک مقدمه کوتاه در فصل اول به معرفی شبکه DVB-RCS و نحوه طراحی آن پرداخته می شود. در همین راستا ویژگی های تکنیکی شبکه DVB-RCS آورده می شود و میزان بهبود ایجاد شده از بکارگیری مدولاسیون وفقی و نحوه طراحی و تخصیص ظرفیت در این شبکه ها بیان می شود. بکارگیری ویژگی مدولاسیون و کدینگ وفقی امکان حذف حاشیه اضافه در نظر گرفته شده برای شرایط آب و هوایی بد را ایجاد می کند پس باعث کاهش توان و هزینه سرویس می شود. حال برای بکارگیری تقویت کننده توان در ناحیه اشباع با مدولاسیون مرتبه بالا در شبکه های DVB-RCS نیاز به بررسی اثرات غیرخطی تقویت کننده می باشد بنابراین در فصل سوم به بررسی ویژگی های غیرخطی تقویت کننده توان بالای TWTA، ارائه مدل برای مدل کردن اثرات غیرخطی و همچنین نحوه طراحی خطی سازی به روش پیش اعوجاج پرداخته می شود. همانطور که می دانیم خطی ساز پیش اعوجاج تابع معکوس هم از نظر فاز و هم از نظر دامنه تابع معکوس تقویت کننده توان می باشد. لذا زیر سیستمی برای محاسبه تابع معکوس تقویت کننده پیاده سازی شده و به هریک از سمبل های داده قبل از عبور تقویت کننده اعمال می شود و نتایج حاصل از بکارگیری خطی ساز به روش پیش اعوجاج در ادامه در فصل چهارم آورده می شود. برای شبیه سازی تقویت کننده و خطی ساز با روش پیش اعوجاج و بررسی میزان بهبود ایجاد شده در عملکرد تقویت کننده از نرم افزار Matalb/Simulink استفاده شد. برای شبیه سازی و بررسی عملکرد این نوع خطی ساز در مدولاسیون های سطوح بالا ابتدا بلوک طراحی شده در یک لینک با مشخص های، یک لینک DVB-RCS با مدولاسیون 32QAM و 64QAM با نرخ های مختلف کدینگ کانولوشنال به کار گرفته شد و میزان بهبود ایجاد شده از بکارگیری خطی ساز در BER، منظومه سیگنال، طیف توان و دیاگرام چشمی محاسبه گردید. چون هدف بکارگیری این بلوک خطی ساز در لینک DVB-RCS با مدولاسیون و کدینگ وفقی می باشد بنابراین بلوک خطی ساز طراحی شده در یک شبکه DVB-RCS با روش دسترسی TDMA با ده ایستگاه فرستنده، ده ایستگاه گیرنده و یک هاب به کار گرفته شد و میزان بهبود از بکارگیری خطی ساز در گذردهی شبکه محاسبه گردید. در پایان به جمع بندی و ارائه پیشنهاد برای ادامه کار در فصل پنجم پرداخته شد.
و...