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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/60259| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Modem AFSK coerente e completamente digital para módulo TT&C padrão CubeSat |
| Autor(es): | Pacelli, Rubem Vasconcelos |
| Orientador: | Mota, João César Moura |
| Coorientador: | Lucena, Antônio Macílio Pereira de |
| Palavras-chave: | AFSK;CubeSat;Sincronismo;Demodulação coerente;Algoritmo de Viterbi |
| Data do documento: | 2021 |
| Citação: | PACELLI, Rubem Vasconcelos. Modem AFSK coerente e completamente digital para módulo TT&C padrão CubeSat. 2021. 75 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Teleinformática, Fortaleza, 2021. |
| Resumo: | O subsistema de telecomunicação e serviço tem como objetivo desempenhar as funções de telecomando, telemetria, e rastreio, sendo indispensável em qualquer missão espacial. Devido às questões de legado e de compatibilidade com a camada de dados, a modulação AFSK (do inglês, Audio Frequency-Shift Keying) vem sendo amplamente utilizada nos módulos de TT&C (Telemetry, Tracking, and Command) para o uplink dos sinais de telecomando, com uma detecção não-coerente dos dados transmitidos. Apesar da simplicidade, essa abordagem apresenta uma baixa eficiência em termos de potência. Nesta dissertação, propõe-se um novo modem AFSK completamente digital e com detecção coerente para satélites que seguem o padrão CubeSat. Tanto o modulador quanto o demodulador são descritos matematicamente e suas arquiteturas são analisadas através de diagrama de blocos. O sistema opera em canal com ruído AWGN (Additive White Gaussian Noise), além de imperfeições de fase e de tempo. No demodulador, utiliza-se o algoritmo de Viterbi para a detecção de sequência de máxima verossimilhança dos bits transmitidos. Para a recuperação do sincronismo, propõe-se estimadores de fase e de atraso que operam no modo direcionado por decisão, isto é, os bits detectados pelo algoritmo de Viterbi retroalimentam o sistema a fim de estimar os parâmetros da portadora. É derivado também o limite superior da probabilidade de erro de bits, que serve como referência para o desempenho do sistema, obtido via simulação em ambiente computacional. Observa-se que o limite derivado neste trabalho apresenta uma boa aproximação da taxa de erro de bits obtida em simulação. O desempenho do modelo também é comparado com a probabilidade de erro teórica do sistema AFSK não-coerente, apresentando um ganho de 5 dB, aproximadamente. Quando o modelo é exposto a diferentes cenários de desvio de fase e de atraso de símbolo, observa-se que as perturbações causam pouca interferência no desempenho quando os sincronizadores estão operando. A qualidade dos estimadores é avaliada em termos de suas variâncias e comparada com o limite modificado de Cramér-Rao, observando-se desempenho aceitáveis. |
| Abstract: | The telecommunication and service subsystem aims to perform the telecommand, telemetry, and tracking communications, functionalities indispensable for any satellite mission. Due to legacy and compatibility issues, the AFSK (Audio Frequency-Shift Keying) modulation with non-coherent detection has been widely used in TT&C (Telemetry, Tracking, and Command) modules for the telecommand signals uplink. Despite the simplicity, this approach has low efficiency in terms of power. In this dissertation, a new all-digital AFSK modem with coherent detection aimed to CubeSat satellites is presented. The modulator and the demodulator are described mathematically and their architectures are analyzed through blocks diagram. The system operates in AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel, in addition to phase and symbol time impairments. In the demodulator, the Viterbi algorithm is used to perform the maximum likelihood sequence detection of the transmitted bits. For synchronism, the proposed phase and symbol time estimators operate in decision-directed mode, that is, the bits detected by the Viterbi algorithm are feedback to the system in order to estimate the phase and time offsets. It is also derived an upper bound for the bit error rate which serves as a benchmark for system performance, obtained via computer simulation. One observes that the limit derived in this dissertation provides a good approximation of the bit error obtained in computer simulation. The model performance is also compared to the theoretical probability error of the non-coherent AFSK system, giving a gain of 5 dB, approximately. When the model is exposed to different scenarios of time and/or phase offset, it is possible to notice that the estimators are able to mitigate such impairments. The estimator’s quality is assessed in terms of its variance and is compared to the modified Cramér-Rao bound, obtaining reasonable results. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60259 |
| Aparece nas coleções: | DETE - Dissertações defendidas na UFC |
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