Метод оцінювання параметрів авіаційного супутникового каналу зв’язку

For estimation of satellite OFDM communication channel parameters the original model of a channel "Aircraft-Satellite-Ground Station" with adaptive modulation was built using MATLAB Sіmulіnk software. Model consists of a source of information, an aircraft transmitter, an uplink/downlink path, a satellite transponder, and a ground station receiver. The dependencies of a signal to noise ratio on free space path loss for different types of modulation (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), noise temperatures, number of OFDM symbols, frequency offsets, satellite amplifier linear gain, and aircraft antenna diameter were received and analyzed. A method for parameters estimation of satellite OFDM communication channel was developed.Для оценивания параметров спутникового коммуникационного OFDM канала с адаптивной модуляцией построена оригинальная модель канала связи "Самолет-Спутник-Наземная Станция" с использованием программного комплекса MATLAB Sіmulіnk. Модель состоит из источника информации, передатчика самолета, канала вверх/вниз, спутникового транспондера, приемника наземной станции. Получены зависимости соотношения сигнал-шум от потерь в свободном пространстве для разных типов модуляции (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), разных шумовых температур, количества символов OFDM, сдвига частоты, линейного коэффициента усиления спутникового транспондера, диаметра антенны самолета. Разработан метод оценивания параметров спутникового коммуникационного OFDM канала.Для оцінювання параметрів супутникового комунікаційного OFDM каналу з адаптивною модуляцією побудовано оригінальну модель каналу зв'язку "Літак-Супутник-Наземна Станція" з використанням програмного комплексу MATLAB Sіmulіnk. Модель складається із джерела інформації, передавача літака, каналу нагору/униз, супутникового транспондера, приймача наземної станції. Отримано залежності співвідношення сигнал-шум від втрат у вільному просторі для різних типів модуляції (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), різних температур шуму, кількості символів OFDM, зсуву частоти, лінійного коефіцієнта підсилення супутникового транспондера, діаметра антени літака. Розроблено метод оцінювання параметрів супутникового комунікаційного OFDM каналу

Метод оцінювання параметрів авіаційного супутникового каналу зв’язку

For estimation of satellite OFDM communication channel parameters the original model of a channel "Aircraft-Satellite-Ground Station" with adaptive modulation was built using MATLAB Sіmulіnk software. Model consists of a source of information, an aircraft transmitter, an uplink/downlink path, a satellite transponder, and a ground station receiver. The dependencies of a signal to noise ratio on free space path loss for different types of modulation (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), noise temperatures, number of OFDM symbols, frequency offsets, satellite amplifier linear gain, and aircraft antenna diameter were received and analyzed. A method for parameters estimation of satellite OFDM communication channel was developed.Для оценивания параметров спутникового коммуникационного OFDM канала с адаптивной модуляцией построена оригинальная модель канала связи "Самолет-Спутник-Наземная Станция" с использованием программного комплекса MATLAB Sіmulіnk. Модель состоит из источника информации, передатчика самолета, канала вверх/вниз, спутникового транспондера, приемника наземной станции. Получены зависимости соотношения сигнал-шум от потерь в свободном пространстве для разных типов модуляции (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), разных шумовых температур, количества символов OFDM, сдвига частоты, линейного коэффициента усиления спутникового транспондера, диаметра антенны самолета. Разработан метод оценивания параметров спутникового коммуникационного OFDM канала.Для оцінювання параметрів супутникового комунікаційного OFDM каналу з адаптивною модуляцією побудовано оригінальну модель каналу зв'язку "Літак-Супутник-Наземна Станція" з використанням програмного комплексу MATLAB Sіmulіnk. Модель складається із джерела інформації, передавача літака, каналу нагору/униз, супутникового транспондера, приймача наземної станції. Отримано залежності співвідношення сигнал-шум від втрат у вільному просторі для різних типів модуляції (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), різних температур шуму, кількості символів OFDM, зсуву частоти, лінійного коефіцієнта підсилення супутникового транспондера, діаметра антени літака. Розроблено метод оцінювання параметрів супутникового комунікаційного OFDM каналу

Моделювання передачі ADS-B повідомлень через супутник із використанням MIMO систем

The original model of aeronautical satellite MIMO communication channel “Aircraft–to–Satellite–to– Ground Station” was created using MATLAB Simulink software. MIMO 2×1 and 3×2 fading uplink/downlink channels with antenna diversity were analyzed. Results were compared with AWGN uplink/downlink channels. On the base of these models channels integrity was investigated and dependences of Bit Error Rate on the ratio Eb/N0 were received.Оригинальная модель авиационного спутникового MIMO канала связи «Воздушное судно – Спутник – Наземная станция» создана с использованием програмного комплекса МATLAB Simulink. Рассмотрены MIMO 2×1 та 3×2 каналы с затуханием вверх/вниз с разным количеством передающих и принимающих антенн. Результаты сравнены з каналами AWGN вверх/вниз. На основе предложенных моделей проанализировано качество передачи информации. Получены зависимости коэффициента двоичных ошибок от соотношения Eb/N0.Оригінальну модель авіаційного супутникового MIMO каналу зв’язку «Повітряний корабель – Супутник – Наземна станція» створено з використанням програмного комплексу МATLAB Simulink. Розглянуто MIMO 2×1 та 3×2 канали з затуханням догори/донизу з різною кількістю передавальних і приймальних антен. Результати порівняно з каналами AWGN догори/донизу. На основі запропонованих моделей проаналізовано якість передачі інформації. Отримано залежності коефіцієнта двійкових помилок від співвідношення Eb/N0

INVESTIGATION OF MODULATION SCHEME AND TRANSMITTER NONLINEARITY IMPACT ON ADS-B MESSAGES TRANSMISSION VIA OFDM SATELLITE LINK

Для дослідження впливу схеми модуляції та нелінійності передавача на трансмісію ADS-B повідомлень по супутниковому каналу побудовано оригінальну модель каналу зв'язку «Літак-Супутник-Наземна Станція» з використанням програмного комплексу MATLAB Sіmulіnk. Модель складено із джерела інформації, передавача літака, каналу нагору/вниз, супутникового транспондера, приймача наземної станції. Отримано залежності співвідношення сигнал-шум від втрат у вільному просторі для різних видів модуляції (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), різних температур шуму супутникового транспондера, ширини каналу, кількості символів OFDM і різних рівнів нелінійності передавача літака.Для исследования влияния схемы модуляции и нелинейности передатчика на трансмиссию ADS-B сообщений по спутниковому каналу построена оригинальная модель канала связи «Самолет-Спутник-Наземная Станция» с использованием программного комплекса MATLAB Sіmulіnk. Показано, что модель состоит из источника информации, передатчика самолѐта, канала вверх/вниз, спутникового транспондера, приемника наземной станции. Получены зависимости соотношения сигнал-шум от потерь в свободном пространстве для разных видов модуляции (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), разных температур шума спутникового транспондера, ширины канала, количества символов OFDM и различных уровней нелинейности передатчика самолѐта.For investigation of modulation scheme impact on ADS-B messages transmission via satellite link the original model of a communication channel "Aircraft-to-Satellite-to-Ground Station" was built using MATLAB Sіmulіnk. Model consists of a source of information, aircraft transmitter, uplink/downlink path, satellite transponder, ground station receiver. The dependencies of a signal to noise ratio on free space path loss for different types of modulation (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM), for different satellite transponder noise temperatures, channel bandwidth, number of OFDM symbols and different types of aircraft transmitter nonlinearity were received and investigated

RPAS communication channels based on WCDMA 3GPP standard

First built models of Remotely Piloted Air System (RPAS) communication channels based on Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) 3GPP Standard were designed. Base Station (BS) transmission within the Radio Line of Sight (RLoS) and through the satellite using Beyond Radio Line of Sight (BRLoS) was considered. The dependencies of the Bit Error Rate (BER) on the signal-noise ratio for different RPAS velocities and WCDMA сhannel models were obtained. The dependences of the BER on the signal-noise ratio for different levels of satellite transponder nonlinearity were studied. The dependence of the BER on the BS antenna diameter in case of the transponder nonlinearity was analysed. The dependencies for satellite channel characteristics, first obtained taking into account the motion of the RPAS, make it possible to predict the behavior of the communication system in critical conditions

Modeling of ADS-B data transmission via satellite

For modelling transmission of ADS-B messages via low-orbit satellite constellation Iridium, the original model of a communication channel “Aircraft-to-Satellite-to-Ground Station” was built using MATLAB Simulink. The model comprises “Aircraft Uplink Transmitter” (Bernoulli Random Binary Generator, Convolutional Encoder, BPSK Baseband Modulator, High Power Amplifier with a memoryless nonlinearity, Transmitter Dish Antenna Gain), “Uplink Path” (Free Space Path Loss, Phase/Frequency Offset), “Satellite Transponder” (Receiver Dish Antenna Gain, Satellite Receiver System Temperature, Complex Baseband Amplifier, Phase Noise, Transmitter Dish Antenna Gain), “Downlink Path” (Free Space Path Loss, Phase/Frequency Offset), “Ground Station Downlink Receiver” (Receiver Dish Antenna Gain, Ground Receiver System Temperature, Viterbi Decoder), “Error Rate Calculation” block and “Display”. The modelling was realized without and with convolutional coding (r = 3/4, K = 7) at different noise temperatures and free space losses. Dependencies of a Bit Error Rate on free space path losses, antenna's diameter, phase/frequency off-sets, satellite transponder linear gain, aircraft and satellite transponder high power amplifier back-off level, and phase noise were received and analysed

Modelling of ‘satellite-to-aircraft’ link for self-separation

The aim of this paper is to design the original model of communication channel ‘Satellite-to-Aircraft’ for self-separation with error-control coding using MATLAB Simulink software. Studying the signal transmission through a communication channel without coding and with convolutional coding the following parameters were changed: losses in a free space from 0 dB to 225 dB; noise temperature of an aircraft receiver 20 K and 290 K; simultaneous changing of antennas diameter; phase offsets from 0° to 20°; nonlinearity of satellite high power amplifier; satellite phase noise; and a data bit rate. BER is vanishing for free space path losses changing from 0 dB to 221 dB at the use of convolutional coding and a noise temperature 20 K, for diameters of all antennas of more than 1.2 m, and at phase shifts up to 4°. The signal constellation shows a presence of strong distortions during signal transmission. The proposed model can be used as a basic model for investigation of communication between two unmanned aircraft systems

Corrigendum

"Corrigendum." Transport, 31(1), p. I

Modelling the satellite communication links with orthogonal frequency-division multiplexing

Global technologies of data transmission in real time are developing constantly. Therefore, modelling of messages transmission through satellite constellations is an actual problem. In this paper the original model of a communication channel ‘Vehicle-to-Satellite-to-Ground Station’ based on principles of the IEEE 802.11a standard is designed using MatLab Sіmulіnk software. The model allows simulating data transmission with data rate from 6 to 54 Mbit/s using adaptive modulation. Two types of channels were analysed for uplink/downlink modulation – a free space path losses with phase/frequency offset and Additive White Gaussian Noise (AWGN) link. On the base of this model, channel integrity was investigated and dependences of a Signal-Noise Ratio (SNR) on free space path losses, antennas diameters, number of OFDM symbols and satellite transponder noise temperature were received. First published online: 28 Jan 201

Передача даних ADS-B та траєкторного управління політом з безпілотного літального апарата через супутник

Purpose: to develop a model of the satellite communication channel for an remotely piloted air system with adaptive modulation and orthogonal frequency division of channels; 2) to calculate the channel parameters with Rayleigh fading and various types of satellite transponder nonlinearity; 3) analyze the effect of fading and the type of nonlinearity on the parameters of the satellite communication channel. Method: MATLAB Simulink software was used to simulate the channel operation. Results: For the first time, based on the IEEE 802.16d standard, a realistic model of the satellite communication channel of an unmanned aerial vehicle was developed, which is used to estimate the channel parameters. The created model takes into account the Rayleigh fading in the downlink and the nonlinearity of the satellite transponder amplifier. Dependences of the signal-to-noise ratio in the terrestrial receiver on the signal-to-noise ratio in the downlink for various types of modulation (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM) and data transmission rates are obtained. The nonlinearity of satellite amplifiers was analyzed on the basis of a linear model, a cubic polynomial model, a hyperbolic tangential model, the Gorbani model, and the Rapp model. The results for the cubic polynomial model and the hyperbolic tangential model are similar to the linear model, but differ significantly from the Gorbani model and the Rapp model. For the Gorbani and Rapp models, very low values of the signal-to-noise ratio in the receiver are observed. Conclusion: The proposed approach can be considered as a method of estimating the parameters of the satellite communication channel of an unmanned aerial vehicle with fading. It is shown how the type of modulation varies depending on the level of the signal-to-noise ratio and the type of fading. The developed model allows to predict the operation of the channel with Rayleigh fading and can be useful for the design of communication systems.Цель: 1) разработать модель спутникового канала связи беспилотного летательного аппарата с адаптивной модуляцией и ортогональным частотным разделением каналов; 2) рассчитать параметры канала с релеевской замираниями и различными типами нелинейности спутникового транспондера; 3) проанализировать влияние замираний и типа нелинейности на параметры канала спутниковой связи. Метод: для моделирования работы канала использовано программное обеспечение MATLAB Simulink. Результаты: Впервые на основе стандарта IEEE 802.16d разработана реалистичная модель спутникового канала связи беспилотного летательного аппарата, которая используется для оценки параметров канала. Созданная модель учитывает замирания Релея в линии связи вниз и нелинейности усилителя спутникового транспондера. Получены зависимости соотношения сигнал-шум в наземном приемнике от соотношения сигнал-шум в линии связи вниз для различных типов модуляции (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM) и скорости передачи данных. Нелинейность спутниковых усилителей анализировалась на основе линейной модели, кубической полиномиальной модели, гиперболической тангенциальной модели, модели Горбани и модели Раппа. Результаты для кубической полиномиальной модели и гиперболической тангенциальной модели подобны линейной модели, но значительно отличаются от модели Горбани и модели Раппа. Для моделей Горбани и Раппа наблюдаются очень низкие значения соотношения сигнал-шум в приемнике. Заключение: Предложенный подход может рассматриваться как метод оценки параметров канала спутниковой связи беспилотного летательного аппарата с замираниями. Показано, каким образом тип модуляции меняется в зависимости от уровня соотношения сигнал-шум и типа замираний. Разработанная модель позволяет прогнозировать работу канала с замираниями Релея и может быть полезна для проектирования систем связи.Мета: 1) розробити модель супутникового каналу зв’язку безпілотного літального апарата з адаптивною модуляцією та ортогональним частотним розділенням каналів; 2) розрахувати параметри каналу з релеєвськими завмираннями та різними типами нелінійності супутникового транспондера; 3) проаналізувати вплив завмирань та типу нелінійності на параметри каналу супутникового зв'язку. Метод: для моделювання роботи каналу використано програмне забезпечення MATLAB Simulink. Результати: Вперше на основі стандарту IEEE 802.16d розроблено реалістичну модель супутникового канала зв'язку безпілотного літального апарата, яка використовується для оцінки параметрів каналу. Створена модель враховує завмирання Релея в лінії зв'язку донизу і нелінійності підсилювача супутникового транспондера. Отримано залежності співвідношення сигнал-шум в наземному приймачі від співвідношення сигнал-шум в  лінії зв'язку донизу для різних типів модуляції (BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM) і швидкості передачі даних. Нелінійність супутникових підсилювачів аналізувалась на основі лінійної моделі, кубічної поліноміальної моделі, гіперболічної тангенціальної моделі, моделі Горбані та моделі Раппа. Результати для кубічної поліноміальної моделі та гіперболічної тангенціальної моделі подібні до лінійної моделі, але значно відрізняються від моделі Горбані та моделі Раппа. Для моделей Горбані та Раппа спостерігаються дуже низькі значення співвідношення сигнал-шум в приймачі.  Обговорення: Запропонований підхід може розглядатися як метод оцінки параметрів каналу супутникового зв'язку безпілотного літального апарата із завмираннями. Показано, яким чином тип модуляції змінюється залежно від рівня співвідношення сигнал-шум та типу завмирань. Розроблена модель дозволяє прогнозувати роботу каналу з завмиранням Релея і може бути корисною для проектування систем зв'язку