LEO uydu haberleşmesi alıcılarında frekans ve zaman senkronizasyonu

LEO (Low Earth Orbit) uydusu üzerindeki haberleşme alıcılarının tasarımında karşılaşılan temel zorluk, taşıyıcı sinyalin hızlı ve geniş aralıkta değişen Doppler frekans kaymasına sahip olmasıdır. Bu sebeple, alıcıda demodülasyon işleminin temel bileşenini senkronizasyon adımları teşkil etmektedir. Günümüzde yazılım tanımlı radyo (SDR: Software Defined Radio) alıcı tasarımları belirli avantajlarından dolayı sıkça kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında da SDR tabanlı bir alıcı mimarisi tasarlanmış ve bu SDR yapısında süper-heterodin RF ön kat bloğu sonrasında ADC (Analog-to-Digital Converter) ile örneklenen sinyal FPGA'da (Field Programmable Gate Array) sayısal olarak işlenmiştir. Bu tez kapsamındaki sayısal sinyal işlemeyle, LEO uydularında Doppler frekans kaymasına adaptasyon sağlanmıştır. Frekans senkronizasyonunun iki adımda icra edilmesiyle de bu adaptasyonun başarıldığı gözlemlenmiştir. Doppler frekansının geniş aralıkta değişimi için ilk önce kaba frekans kestirimi kullanılmakta; sonrasında, hızlı değişim gösteren frekans kaymasının takibi, Costas döngüsü temelli hassas frekans takibi ile gerçekleştirilmektedir. Kaba frekans kestirimi için hesaplama maliyetini azaltmak adına FFT (Fast Fourier Transform) ve Kay kestiricisiyle beraber bir tasarım yapılmıştır ve bu frekans kestirim şekli bu tezin önemli bulgularından bir tanesini oluşturmuştur. Hassas frekans takibi ise FLL (Frequency Locked Loop) ve PLL (Phase Locked Loop) döngü filtrelerine sahip Costas döngüsü ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, bu tez çalışmasıyla istenilen performansa ulaşmak için zamanlama senkronizasyonunun kaba frekans kestirimi ve hassas frekans takibi bloklarıyla eş zamanlı gerçekleştirilmesi gerektiği ortaya konulmuştur. Özetle, LEO uydusu haberleşme alıcısı için senkronizasyon problemlerini etkili bir şekilde çözen SDR tabanlı bir alıcı mimarisi geliştirilmiş ve bu mimaride alıcı yazılımın uygulandığı FPGA için hesaplama maliyetini göz önünde bulundurarak yeni bir senkronizasyon ve demodülasyon algoritması sunulmuştur.