Προαντιστάθμιση μη Γραμμικής Ενίσχυσης σε Σήματα 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 σημάτων ενός και δύο φερόντων από το δορυφορικό αναμεταδότη. Οι ενισχυτές υψηλής ισχύος στους δορυφορικούς αναμεταδότες συνήθως λειτουργούν πολύ κοντά στο σημείο κορεσμού 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 επεκτείνεται 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 για σήματα ενός και δύο φερόντων 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, στο πρώτο κεφάλαιο, πραγματοποιείται μια εισαγωγή στις δορυφορικές επικοινωνίες. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται οι βασικές αρχές του προτύπου DVB-S2 και των τεχνικών πολλαπλής προσπέλασης στις δορυφορικές επικοινωνίες. Στη συνέχεια, στο τρίτο κεφάλαιο, 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, παρουσιάζεται η τεχνική προαντιστάθμισης (predistortion) των μη γραμμικών φαινομένων, που βρίσκει ευρεία εφαρμογή στα σύγχρονα δορυφορικά συστήματα. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο, επεξηγείται ο τρόπος υλοποίησης των μονάδων του προσομοιωτή που χρησιμοποιήθηκε στην εργασία και παρατίθενται αναλυτικά τα αποτελέσματα προσομοίωσης που αφορούν την επίδοση του προτύπου DVB-S2 κατά τη μετάδοση μέσω μη γραμμικού διαύλου για ένα και για δύο φέροντα και τη βελτίωση που επιτυγχάνεται με τη χρήση της μεθόδου προαντιστάθμισης.

The purpose of the present diploma thesis is the study of the impact of nonlinear amplification on DVB-S2 signals of one and two carriers 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 extended regarding the transmission over nonlinear satellite channel. In specific, using this simulation tool, the impact of nonlinear distortion on each DVB-S2 modulation scheme for signals of one and two carriers 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. Initially, in the first chapter, an introduction to satellite communications is carried out. In the second chapter, the basic principles of the DVB-S2 standard and multiple access techniques in satellite communications are analyzed. Then, in the third chapter, 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, the digital predistortion technique that has been widely adopted in modern satellite systems is presented. Finally, in the fourth chapter, the implementation method of the modules of the DVB-S2 simulation tool is presented and the simulation results concerning the performance of the DVB-S2 standard for transmission over nonlinear channel for one and two carriers and the improvement achieved through the application of digital predistortion is presented.