Αντιστάθμιση μη γραμμικών φαινομένων σε δορυφορικούς αναμεταδότες. Εφαρμογή στο πρότυπο DVB-S2

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της μη γραμμικής ενίσχυσης σε δορυφορικά σήματα που ακολουθούν το πρότυπο DVB-S2 και των τεχνικών αντιστάθμισης των μη γραμμικών φαινομένων κατά τη διέλευση των σημάτων από το δορυφορικό αναμεταδότη. Οι ενισχυτές υψηλής ισχύος στους δορυφορικούς αναμεταδότες συνήθως λειτουργούν πολύ κοντά στο σημείο κόρου εμφανίζοντας αξιοσημείωτη μη γραμμική συμπεριφορά, οι επιπτώσεις της οποίας είναι ιδιαίτερα δυσμενείς και επιδεινώνουν την επίδοση της δορυφορικής ζεύξης. Η εφαρμογή τεχνικών γραμμικοποίησης της λειτουργίας του ενισχυτή και αντιστάθμισης των μη γραμμικών φαινομένων είναι καθοριστικής σημασίας για την εξασφάλιση υψηλής επίδοσης της δορυφορικής ζεύξης. Στα πλαίσια της εργασίας αναπτύσσεται ένα εργαλείο προσομοίωσης του προτύπου DVB-S2 για μετάδοση σε μη γραμμικό δίαυλο. Συγκεκριμένα, με χρήση του εργαλείου, μελετάται η επίδραση των μη γραμμικών φαινομένων για κάθε σχήμα διαμόρφωσης του προτύπου και επιχειρείται η ποσοτικοποίηση της υποβάθμισης με τον υπολογισμό κατάλληλων μέτρων αξιολόγησης της επίδοσης. Παράλληλα, εξετάζεται η βελτίωση που επιτυγχάνεται με την υιοθέτηση της τεχνικής αντιστάθμισης αστερισμού στην πλευρά της εκπομπής. Αρχικά, πραγματοποιείται μια εισαγωγή στις δορυφορικές επικοινωνίες και στο πρότυπο DVB-S2. Στη συνέχεια, αναλύεται η διαδικασία ενίσχυσης υψηλής ισχύος σε δορυφορικούς αναμεταδότες με έμφαση στη μελέτη της μη γραμμικής συμπεριφοράς των ενισχυτών και των μέτρων αξιολόγησης της επίδοσής τους. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι τεχνικές γραμμικοποίησης και αντιστάθμισης των μη γραμμικών φαινομένων που βρίσκουν ευρεία εφαρμογή στα σύγχρονα δορυφορικά συστήματα. Έπειτα, επεξηγείται ο τρόπος υλοποίησης των μονάδων του προσομοιωτή που χρησιμοποιήθηκε στην εργασία και, τέλος, παρατίθενται αναλυτικά αποτελέσματα προσομοίωσης που αφορούν την επίδοση του προτύπου DVB-S2 κατά τη μετάδοση μέσω μη γραμμικού διαύλου και τη βελτίωση που επιτυγχάνεται με τη χρήση δύο διαφορετικών μεθόδων αντιστάθμισης αστερισμού. Η διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται με την παράθεση του πλήρους κώδικα υλοποίησης του προσομοιωτή.

The purpose of the present diploma thesis is the study of the impact of nonlinear amplification on DVB-S2 signals and of the predistortion techniques that counteract the nonlinear distortion which is introduced in satellite transponders. The operating point of high power amplifiers in satellite transponders is often close to saturation resulting in a significant nonlinear behavior with aggravating effects on the overall satellite link performance. The use of linearization and predistortion techniques is of crucial importance for the achievement of high performance in the overall satellite link. In the context of the thesis, a DVB-S2 simulation tool is developed regarding the transmission over nonlinear satellite channel. In specific, using this simulation tool, the impact of nonlinear distortion on each DVB-S2 modulation scheme is studied and a quantification of the degradation is carried out by calculating several overall system-level figures of merit. Furthermore, the improvement achieved through the application of digital predistortion techniques at the modulator side is examined. In the first part of the thesis, an introduction on satellite communications and DVB-S2 standard is carried out. Afterwards, an analysis of the process of high power amplification in satellite transponders follows, emphasizing on the study of nonlinear behavior of amplifiers and on the figures of merit that are proposed. Moreover, linearization and predistortion techniques that have been widely adopted in modern satellite systems are presented. Furthermore, the implementation method of the modules of the DVB-S2 simulation tool is presented and, finally, the simulation results concerning the performance of DVB-S2 standard for transmission over nonlinear channel and the improvement achieved through the application of two different methods of digital predistortion are presented. The present diploma thesis is concluded after presenting the Matlab code that implements the DVB-S2 simulation tool.