DigitalGlobe模拟完整的卫星到地面通信系统

挑战

确保卫星图像数据从太空到地面的快速可靠传输

使用Si金宝appmulink对整个RF和数字通信系统进行建模，并进行仿真以计算误码率并验证链路性能

“我们需要知道我们的通信系统是否能支持50%的数据速率增长。金宝app通过在Simulink中对天线、发射机和接收机的设计进行建模和仿真，我们得到了一个直接的答案:是的。金宝app我们对这个答案很有信心，因为模拟向我们展示了系统的性能。”
Skip Cubbedge，数字全球公司

WorldView-3卫星的渲染图。

来自DigitalGlobe(现为Maxar Technologies)的WorldView-3卫星是业界首颗多载荷、超光谱、高分辨率商业卫星。WorldView-3能够以31厘米的全色分辨率每天成像68万平方公里。

为了将所有这些图像数据传回地球，数字地球卫星需要既快速又可靠的通信系统。数字地球工程师在Simulink中对这些系统进行建模和仿真金宝app^®测量误码率(BER)并确定改进性能的机会。

“如果我们的图像数据中有一个无法纠正的位错误，我们必须重新发送图像文件，这是昂贵的，”数字地球公司的航空航天工程师斯基普·库比奇说。“我们的S金宝appimulink模拟使我们能够确切地看到，我们可以在多大程度上推动我们的系统来保持最大的数据速率和本质上完美的连接。”

数字地球通信系统在8.025至8.040 GHz之间的x波段运行，该频段与深空网络(DSN)使用的频段相邻。为了避免干扰DSN信号，DigitalGlobe的工程师们必须满足严格的带外发射和功率要求，即使他们试图将WorldView-3的下行数据速率从800 Mbps提高到1200 Mbps。

该团队需要实现边缘陡峭的滤波器，但这样的滤波器会扭曲信号。此外，当他们从QPSK转向8-PSK调制方案时，他们需要准确地模拟交叉极化干扰，以确保有足够的链路余量使系统可靠地运行。

在过去，从事类似项目的DigitalGlobe工程师使用现成的软件包进行通信系统建模。使用这个包，BER模拟可能需要数周时间，并且许可成本很高。数字地球公司寻求一种更便宜、更快、更容易使用的替代方案。

DigitalGlobe的工程师们在Simulink中为他们最新的卫星建立了完整的通信系统模型，并进行了大量的模拟，以确保在1200 Mbps数据速率下的可靠性能。金宝app

端到端Simulink模型包括金宝app一个放大器，一个8-PSK调制器和解调器，一个编码器和解码器，滤波器，均衡器和空间到地通道，建模为加性高斯白噪声。

编码和解码组件使用来自Communications Toolbox™的Reed-Solomon编码和解码块进行建模。

工程师们使用通信工具箱，使用在决策导向模式下运行的LMS算法对接收机的自适应均衡器进行建模。

他们使用信号处理工具箱™中的滤波器设计和分析应用程序来设计和校准系统的巴特沃斯滤波器。他们使用RF Blockset™和RF Toolbox™对放大器和其他RF组件进行建模。他们使用这些模型来评估射频效应如何影响基带数据速率。该模型还使他们能够权衡滤波器带宽与均衡器复杂性。

为了验证该系统的误码率小于10-6，他们在Simulink中进行了模拟，其中传输了1000万比特。金宝app额外的模拟用于分析由于失真、环境和卫星高度造成的影响。

使用DSP System Toolbox™和Communications Toolbox，团队进行了光谱分析，并制作了眼图、矢量散点图和星座图，以可视化模拟结果并分析系统行为。

数字地球公司已经完成了WorldView-3通信系统的开发，实现了1200 Mbps的目标数据速率。该团队目前正在使用Simulink对WorldView-金宝app4通信系统进行建模和模拟。

模拟速度提高了十倍．“对于模拟，Simulink比我们以金宝app前使用的通信系统建模包快10倍，”Cubbedge说。此外，Simu金宝applink模型更容易测量，因此我们可以在模拟运行时快速查看载波相位偏移、位同步或任何其他细节。”

失真效果包括在模拟中．“用我们以前的软件模拟一个数据点需要很长时间，我永远无法衡量失真的影响，”Cubbedge说。“有了Sim金宝appulink，我第一次看到了噪音的影响，了解了失真是如何影响链接的。”

数据速率增加50%．“使用我们在早期卫星上用于800 Mbps数据速率的相同天线硬件，我们建立了一个能够达到1200 Mbps的通信系统，”Cubbedge说。“我们对系统充满信心，因为我们在Simulink中进行了模拟。金宝app如果没有这些模拟，我就不可能向管理层展示这个系统是可行的。”