Сквозная симуляция QAM с нарушениями РФ и исправления

Этот пример предусматривает возможности визуализации видеть эффекты нарушений РФ и исправлений в спутниковом нисходящем канале. Ссылка использует 16-QAM модуляцию в присутствии AWGN и использует Мощный усилитель (HPA), чтобы преодолеть потери, сопоставленные со спутниковой связью. HPA вводит нелинейное поведение, которое, когда объединено с другими нарушениями РФ, требует использования методов смягчения.

Этот пример включает:

  • Основанная на MATLAB функция средства моделирования, QAMwithRFImpairmentsSim.m, который получает его входные параметры от графический интерфейса пользователя.

Ключевые слова: QAM, нарушения РФ, неустойчивость I/Q, нелинейность, исправление РФ.

Введение

Симуляция позволяет вам конфигурировать параметры, показанные в графический интерфейсе пользователя.

Откройте графический интерфейс пользователя для:

  • Измените параметры

  • Запустите симуляцию с MATLAB

  • Визуализируйте сигнальные созвездия и спектры

  • Просмотрите базовый код MATLAB

  • Сгенерируйте код С и запустите симуляцию (с допустимой лицензией MATLAB Coder™)

QAMwithRFImpairmentsExample

Кнопка Simulate моделирует сконфигурированную ссылку с помощью, интерпретировал код MATLAB. В то время как симуляция запускается, можно изменить некоторые параметры симуляции с помощью графический интерфейса пользователя. Влияние обновлений установки параметра сразу заметно на панели Результатов или на графиках. Параметры, которые являются ненастраиваемыми, в то время как симуляция запускается, отображаются серым. Чтобы изменить ненастраиваемые параметры, симуляция должна быть остановлена.

Кнопка View MATLAB Code открывает код средства моделирования в редакторе, допуская визуальный осмотр и дальнейшее исследование базовых функций, используемых в симуляции.

Кнопка Run Generated Code компилирует функцию MATLAB в исполняемый файл MEX и запускает симуляцию, если процесс компиляции завершен. Версия MEX симуляции запускается намного быстрее, хотя существует штраф времени от самого процесса компиляции. Можно изменить те же параметры при выполнении или от интерпретированного режима или от файла MEX.

Кнопка Stop Simulation останавливает симуляцию во время выполнения. Это работает и на интерпретировало MATLAB и на файл MEX. Кнопка активна только, когда симуляция запускается.

Кнопка Help поднимает эту страницу HTML.

Обзор симуляции

Симуляция выполняет следующие шаги:

  • Сгенерируйте случайные целые числа

  • Модулируйте с 16-QAM

  • Фильтр передачи корня повысил косинус (RRC)

  • Пройдите через HPA

  • Примените усиление антенны передачи

  • Примените потерю пути на основе атмосферного условия

  • Передайте сигнал через канал AWGN с нарушениями РФ

  • Применяйтесь получают усиление антенны

  • Удалите смещение DC

  • Примените автоматическое управление усилением

  • RRC получают фильтр

  • Компенсируйте амплитуду I/Q и неустойчивость фазы

  • Правильный для эффекта Доплера

  • Демодулируйте 16-QAM

  • Вычислите частоту ошибок по битам

Следующая блок-схема показывает архитектуру системы.

Можно задать следующие нарушения сигнала:

  • Температура шума получателя в области значений [0, 600] K

  • Доплеровская ошибка в области значений [-3, 3] Гц

  • Смещение DC, выраженное как процент максимального напряжения сигнала, в области значений [0, 20]

  • Шум фазы в области значений [-100,-48] дБн/Гц

  • Амплитудная неустойчивость I/Q в области значений [-5, 5] дБ

  • Неустойчивость фазы I/Q в области значений [-30, 30] степени

  • Уровень возврата HPA в области значений [1, 30] дБ

Возврат HPA 30 дБ соответствует незначительному искажению, потому что усилитель действует в его линейной области, в то время как 1 дБ соответствует серьезному искажению. Модель Салеха используется, чтобы моделировать поведение HPA. Дополнительная информация доступна на странице comm.MemorylessNonlinearity.

Графический интерфейс пользователя обеспечивает способность включить или отключить исправления для Доплеровской ошибки, неустойчивости I/Q и смещения DC. Эти исправления обеспечиваются тремя Системными объектами. comm.CarrierSynchronizer компенсирует смещение частоты из-за Доплера, comm.IQImbalanceCompensator исправляет амплитуду и неустойчивость фазы, и dsp.DCBlocker компенсирует смещение DC.

Результаты и отображения

Можно использовать средства управления графический интерфейсом пользователя, чтобы отобразиться:

  • Спектр переданного сигнала, измеренного при выводе передачи фильтр RRC.

  • Спектр полученного сигнала, измеренного во входе получения фильтра RRC.

  • Схема совокупности полученного сигнала.

  • Схемы совокупности входного сигнала HPA.

  • Схемы совокупности выходного сигнала HPA

Типичный график спектра, с помощью параметров по умолчанию, показывают. Эффекты AWGN наиболее легко замечены во внеполосном спектре сигнала, где уровень шума полученного сигнала на 20 дБ выше, чем переданный спектр сигнала. Полученный спектр сигнала также показывает эффект потери распространения через канал.

График схемы совокупности показывают для случая, в котором отключено исправление неустойчивости I/Q. Красные символы + обозначают 16-QAM ссылочную совокупность. Совокупность масштабируется и вращается неисправленной неустойчивостью.

Эффекты нелинейного поведения HPA показывают как Вход HPA и HPA Вывод с помощью того же графика схемы совокупности. Схемы показывают эффекты AM и искажения AM/PM, когда усилитель действует на 7 дБ ниже насыщения. Искажение AM вызывает 'округленный' внешний вид совокупности выходного сигнала HPA, в то время как AM/PM заставляет совокупность вращаться.

Частота ошибок по битам, количество ошибок, общее количество переданных символов, потери пути и Eb/No отображены непосредственно на панели результатов графический интерфейса пользователя.

Дальнейшее исследование

Используйте графический интерфейс пользователя, чтобы изменить описанные ниже параметры.

  • Соедините прибыли и убытки: Отличайтесь шумовая температура между от 0 до 290 K (типичных), чтобы просмотреть эффекты на полученный спектр сигнала график анализатора. Аналогично, измените расстояние ссылки, атмосферное условие и несущую частоту, чтобы просмотреть влияние на полученный спектр сигнала. Изменения в поле ссылки также отражаются в расчетной потере пути и Eb/No.

  • HPA AM-AM и К PM преобразование: Отличайтесь Возврат HPA между 30 дБ (незначительная нелинейность) к 1 дБ (серьезная нелинейность). Значение 7 дБ соответствует умеренной нелинейности. Просмотрите эффекты на график спектра, HPA совокупность вывода, полученная схема сигнального созвездия, и на частоте ошибок по битам. Увеличение нелинейности увеличивает спектральный перерост и заставляет HPA совокупность вывода становиться 'бездельником' и вращаться. Параметр Возврата HPA может быть настроен, в то время как симуляция выполняется.

  • Шум фазы: Установите Шум Фазы на-48 дБн/Гц (высотой) и наблюдайте увеличенное отклонение в тангенциальном направлении в полученной схеме сигнального созвездия. Этот уровень шума фазы достаточен, чтобы вызвать ошибки в в противном случае безошибочном канале. Установите Шум Фазы на-55 дБн/Гц (низко) и заметьте, что отклонение в тангенциальном направлении уменьшилось. Этот уровень шума фазы не значительно увеличивает коэффициент ошибок. Теперь, установите параметр уровня Возврата HPA на 7 дБ (умеренная нелинейность). Обратите внимание на то, что даже при том, что умеренная нелинейность HPA и умеренный шум фазы не вызывают много битовых ошибок, когда применено индивидуально, они действительно вызывают значительно больше битовых ошибок, когда применено вместе. Параметр Шума Фазы может быть настроен только, когда симуляция останавливается.

  • Смещение DC и DC смещают исправление: Установите смещение DC на 10 и отключите исправление смещения DC путем снятия выделения с флажком DC Offset. Схема совокупности значительно изменяется. Повторно включите исправление Смещения DC и просмотрите полученную схему сигнального созвездия и спектр сигнала, чтобы проверить, что смещение DC удалено. И смещение DC и параметры исправления смещения DC могут быть изменены во время выполнения симуляции.

  • Неустойчивость I/Q: Отключите Амплитуду и поле неустойчивости фазы, чтобы просмотреть эффекты неустойчивости I/Q на полученной схеме совокупности. Измените амплитуду и поля неустойчивости фазы, чтобы наблюдать эффекты различных значений на полученной схеме сигнального созвездия. Повторно позвольте исправлению Неустойчивости I/Q проверить, что получить совокупность выравнивается с ее контрольными точками. Эти параметры могут быть изменены во время выполнения.

  • Доплер и Доплеровская компенсация: установите Доплеровскую ошибку на 0,7 Гц и отключите Доплеровское исправление ошибок, чтобы показать эффект неисправленного Доплера на полученном сигнале. Обратите внимание на то, что BER близко к 0,5. Повторно позвольте Доплеровскому исправлению ошибок исправить для Доплеровской ошибки. Проверьте, что BER уменьшается. Эти параметры доступны только, когда симуляция останавливается.

  • Генерация кода: Запустите симуляцию путем нажатия кнопки Run Generated Code. В первый раз это сделано, компиляции симуляции перед выполнением, которое заставляет процесс занять больше времени, чем это делает при симуляции с интерпретированным MATLAB. Измените уровень возврата HPA и повторно выполните симуляцию. Обратите внимание на то, что панель результатов обновляет очень быстро. Теперь, измените шум Фазы и нажмите кнопку Run Generated Code. Код перекомпилирован, потому что шум фазы является ненастраиваемым параметром. Включите опцию совокупности Rx и повторно выполните симуляцию. Вы видите, что, когда осциллограф активируется, результаты битовой ошибки накапливаются более медленно, но осциллограф обновляет намного быстрее, чем это делает при выполнении с интерполированным MATLAB.

  • Оценка BER: По умолчанию Номер параметра битовых ошибок определяется к Inf так, чтобы эффекты нарушений и исправлений могли легко визуализироваться на осциллографах. Для оценки BER обычно достаточно собрать 50 - 200 ошибок; следовательно, отключите осциллографы и измените Количество параметра битовых ошибок от Inf до 100. Важно оставить модифицируемые параметры без изменений, когда симуляция запускается, чтобы получить допустимую оценку BER.

Выбранная библиография

[1] Салех, Адель А.М., "Независимые от частоты и зависимые частотой нелинейные модели усилителей TWT", IEEE® Transactions на коммуникациях, издании COM-29, № 11, ноябрь 1981.

[2] Кэсдин, Нью-Джерси, "Дискретная Симуляция Цветных Шумовых и Стохастических процессов и 1 / (f^alpha); Генерация Шума Закона о Степени", Продолжения IEEE, Издания 83, № 5, май 1995.

[3] Kasdin, Н. Джереми и Тодд Уолтер, "Дискретная симуляция шума закона о степени", 1 992 симпозиума управления частотой IEEE.

[4] Sklar, Бернард, цифровая связь: основные принципы и приложения, Englewood Cliffs, Нью-Джерси, Prentice Hall, 1988.

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте