Линия спутниковой связи РФ
Эта модель показывает линию спутниковой связи, с помощью блоков от Communications Toolbox™, чтобы моделировать следующие нарушения:
Нелинейность без памяти
Потеря пути к свободному пространству
Доплеровская ошибка
Тепловые помехи получателя
Шум фазы
Синфазный и квадратурная неустойчивость
Смещения DC
Модель опционально исправляет большинство этих нарушений.
Путем моделирования прибылей и убытков от ссылки эта модель реализует бюджетные вычисления ссылки, которые определяют, может ли нисходящий канал быть закрыт с данной частотой ошибок по битам (BER). Усиление и блоки потерь, включая блок Free Space Path Loss и блок Receiver Thermal Noise, определяют скорость передачи данных, которая может поддерживаться на ссылке в аддитивном белом Гауссовом шумовом канале.
Структура примера
Пример подсвечивает и модель линии спутниковой связи и ее осциллографы сигнала. Модель состоит из Спутникового Нисходящего Передатчика, Нисходящего Пути и Получателя Нисходящего канала Наземной станции.
Блоки, которые соответствуют каждому из этих разделов,
Спутниковый нисходящий передатчик
Bernoulli Binary Generator- Создает случайный поток двоичных данных.Rectangular QAM Modulator Baseband- Сопоставляет поток данных с 16-QAM совокупностью.Raised Cosine Transmit Filter- Сверхдискретизировал и формирует модулируемый сигнал с помощью повышенной формы импульса косинуса квадратного корня.HPA Nonlinearity with Optional Digital Predistortion(Мощный Усилитель) - Моделирует ламповый усилитель волны перемещения (TWTA) с помощью опции модели СалехаMemoryless Nonlinearityи опционально исправляет AM и AM/PM с блоком Digital Predistortion.Gain(Усиление Спутниковой антенны Tx) - Применяет усиление передатчика параболическая спутниковая антенна.
Нисходящий путь
Free Space Path Loss(Нисходящий Путь) - Ослабляет сигнал потерей пути к свободному пространству.Phase/Frequency Offset(Доплер Эррор) - Вращает сигнал смоделировать Доплеровскую ошибку на ссылке.
Получатель нисходящего канала наземной станции
Gain(Усиление Спутниковой антенны Rx) - Применяет усиление получателя параболическая спутниковая антенна.Receiver Thermal Noise(Системный Временный файл Спутникового ресивера) - Добавляет белый Гауссов шум, который представляет эффективную системную температуру получателя.Phase Noise- Вводит случайные возмущения фазы, которые следуют из 1/f или шума мерцания фазы.I/Q Imbalance- Вводит смещение DC, амплитудную неустойчивость или неустойчивость фазы к сигналу.LNA(Низкий Шумовой Усилитель) - Применяет низкое шумовое усиление усилителя.Raised Cosine Receive Filter- Применяется согласованный фильтр к модулируемому сигналу с помощью квадратного корня повысил форму импульса косинуса.DC Blocking- Компенсирует смещение DC в блоке I/Q Imbalance.AGC- Устанавливает степень сигнала на желаемый уровень.I/Q Imbalance Correction- Оценки и удаляют неустойчивость I/Q из сигнала слепым адаптивным алгоритмом.Doppler Correction- Использует блокCarrier Synchronizer, чтобы компенсировать смещение несущей частоты из-за Доплера.Rectangular QAM Demodulator Baseband- Demaps поток данных от 16-QAM пробела совокупности.
Исследование примера
Дважды кликните блок маркировал Model Parameters, чтобы просмотреть установки параметров для модели. Все эти параметры являются настраиваемыми. Чтобы внести изменения в параметры как, модель запускается, примените их в диалоговом окне, затем обновите модель через ctrl+d. Параметры:
Спутниковая высота (км) - Расстояние между спутником и наземной станцией. Изменение этого параметра обновляет блок Free Space Path Loss. Настройка по умолчанию 35600.
Частота (МГц) - Несущая частота ссылки. Изменение этого параметра обновляет блок Free Space Path Loss. Настройка по умолчанию 4000.
Передайте и получите диаметры антенны (m) - первый элемент в векторе представляет диаметр антенны передачи и используется, чтобы вычислить усиление в блоке Tx Dish Antenna Gain. Второй элемент представляет получить диаметр антенны и используется, чтобы вычислить усиление в блоке Rx Dish Antenna Gain. Настройка по умолчанию [.4.4].
Шумовая температура (K) - Позволяет вам выбирать из четырех эффективных системных температур шума получателя. Выбранные шумовые изменения температуры Шумовая Температура блока Receiver Thermal Noise. Настройка по умолчанию является 20 K. Выбор
0 (no noise)- Используйте эту установку, чтобы просмотреть другие нарушения РФ без эффектов беспокойства шума.20 (very low noise level)- Используйте эту установку, чтобы просмотреть, как легко низкий уровень шума, когда объединено с другими нарушениями РФ, может ухудшить производительность ссылки.290 (typical noise level)- Используйте эту установку, чтобы просмотреть, как типичный тихий спутниковый ресивер действует.500 (high noise level)- Используйте эту установку, чтобы просмотреть поведение получателя, когда системная фигура шума - 2,4 дБ, и температура шума антенны является 290K.
Уровень возврата HPA - Позволяет вам выбирать из трех уровней возврата. Этот параметр используется, чтобы определить, как близко спутниковый мощный усилитель управляется к насыщению. Выбранный возврат используется, чтобы установить усиление ввода и вывода блока Memoryless Nonlinearity. Настройка по умолчанию составляет 30 дБ (незначительная нелинейность). Выбор
30 dB (negligible nonlinearity)- Устанавливает среднюю входную мощность на на 30 децибелов ниже входной мощности, которая вызывает насыщение усилителя (то есть, точка, в которой кривая усиления становится плоской). Это вызывает незначительный AM-AM и К PM преобразование. Преобразование AM-AM является индикацией относительно того, как амплитудная нелинейность меняется в зависимости от значения сигнала. К PM преобразование является мерой того, как нелинейность фазы меняется в зависимости от значения сигнала.7 dB (moderate nonlinearity)- Устанавливает среднюю входную мощность на на 7 децибелов ниже входной мощности, которая вызывает насыщение усилителя. Это вызывает умеренный AM-AM и К PM преобразование, которое корректируемо с цифровым предварительным искажением.1 dB (severe nonlinearity)- Устанавливает среднюю входную мощность на на 1 децибел ниже входной мощности, которая вызывает насыщение усилителя. Это вызывает серьезный AM-AM и К PM преобразование и не корректируемо с цифровым предварительным искажением.
Доплеровская ошибка - Позволяет вам выбирать одно из двух значений Доплера. Выбор обновляет Смещение Фазы/Частоты (Доплер Эррор) блок. Настройкой по умолчанию является 0 Hz. Выбор
0 Hz- Никакой Доплер на ссылке.3 Hz- Добавляет смещение несущей частоты на 3 Гц.
Шум фазы - Позволяет вам выбирать из трех значений шума фазы в получателе. Выбор обновляет блок Phase Noise. Настройкой по умолчанию является Negligible (-100 dBc/Hz @ 100 Hz). Выбор
Negligible (-100 dBc/Hz @ 100 Hz)- Почти никакой шум фазы.Шум фазы
Low (-55 dBc/Hz @ 100 Hz)- Enough, чтобы быть видимым и в спектральных и в областях I/Q и вызвать битовые ошибки, когда объединено с тепловыми помехами или другими нарушениями РФ.Шум фазы
High (-48 dBc/Hz @ 100 Hz)- Enough, чтобы вызвать ошибки без сложения тепловых помех или других нарушений РФ.
Неустойчивость I/Q и смещение DC - Позволяют вам выбирать из пяти типов синфазных и квадратурной неустойчивости в получателе. Выбор обновляет блок I/Q Imbalance. Настройкой по умолчанию является None. Выбор
'none'-Никакая неустойчивость.Amplitude imbalance (3 dB)- Применяет 1,5 усиления дБ к синфазному сигналу и-1.5 усиления дБ к квадратурному сигналу.Phase imbalance (20 deg)- Вращает синфазный сигнал 10 градусами и квадратурный сигнал-10 градусами.In-phase DC offset (1e-8)- Добавляет смещение DC 1e-8 к синфазной амплитуде сигнала. Это смещение изменяет полученную схему сигнального созвездия, но не вызывает ошибки на ссылке, если не объединено с тепловыми помехами или другими нарушениями РФ.Quadrature DC offset (5e-8)- Добавляет, что смещение DC 5e-8 к квадратуре сигнализирует об амплитуде. Это смещение вызывает ошибки на ссылке даже когда не объединенный с тепловыми помехами или другим нарушением РФ. Это смещение также вызывает скачок DC в полученном спектре сигнала.
Цифровое предварительное искажение - Позволяет вам включать или отключать Цифровую подсистему Перед искажением. Настройкой по умолчанию является Disabled.
DC сместил исправление - Позволяет вам включать или отключать подсистему Блокирования DC. Настройкой по умолчанию является Disabled.
Доплеровское исправление - Позволяет вам включать или отключать Доплеровского Коррекшна подсистему. Настройкой по умолчанию является Disabled.
Исправление неустойчивости I/Q - Позволяет вам включать или отключать подсистему Исправления Неустойчивости I/Q. Настройкой по умолчанию является Disabled.
Результаты и отображения
Когда вы запускаете эту модель, следующие отображения активны:
Спектр мощности - Дважды кликающий этот блок Open Scopes включает, вы, чтобы просмотреть спектр модулировали/фильтровали (желтый) сигнал и полученный сигнал перед (синей) демодуляцией.
Сравнение этих двух спектров позволяет вам просматривать эффект следующих нарушений РФ:
Спектральный перерост из-за нелинейности HPA вызывается блоком Memoryless Nonlinearity
Тепловые помехи вызываются блоком Receiver Thermal Noise
Мерцание фазы (то есть, 1/f шум) вызванный блоком Phase Noise
HPA AM и AM/PM - Двойной клик по этому блоку Open Scopes позволяет вам просмотреть AM и преобразование AM/PM после HPA. Эти графики позволяют вам просмотреть влияние, которое блок Digital Predistortion и HPA оказывают на линейность сигнала.
Совокупность До и после HPA - Дважды кликающий этот блок Open Scopes позволяет вам сравнить совокупность переданного сигнала перед (желтым) и после (синего) HPA. Усиление усилителя заставляет Выходной сигнал HPA быть больше, чем Входной сигнал HPA. Этот график позволяет вам просмотреть совместное воздействие и нелинейности HPA и цифрового предварительного искажения.
Вплотную Совокупность - Дважды кликающий этот блок Open Scopes позволяет вам сравнить ссылочную 16-QAM совокупность (красную) с полученной совокупностью QAM перед (желтой) демодуляцией. Сравнение этих схем совокупности позволяет вам просматривать влияние всех нарушений РФ на полученном сигнале и эффективности компенсаций.
Отображение частоты ошибок по битам (BER) - В правом нижнем углу модели является отображением BER модели. Вычисление BER может быть сброшено вручную путем двойного клика по зеленой кнопке "Double-click to reset BER". Это позволяет вам просматривать влияние изменений параметра, когда модель запускается.
Экспериментирование с примером
В этом разделе описываются некоторые способы, которыми можно изменить параметры модели, чтобы экспериментировать с эффектами блоков от библиотеки Impairments РФ и других блоков в модели. Можно дважды кликнуть, блок маркировал "Model Parameters" в модели, и попробуйте некоторые следующие сценарии:
Соедините прибыли и убытки - температура Шума Изменения к 290 (typical noise level), 0 (no noise) или 500 (high noise level). Измените значение Спутниковой высоты (км) или Спутниковой частоты (МГц) параметры, чтобы изменить потерю пути к свободному пространству. Кроме того, увеличьте или уменьшите Передачу и получите диаметры антенны (m) параметр, чтобы увеличить или уменьшить полученную степень сигнала. Можно просмотреть изменения в полученной совокупности в полученном осциллографе схемы сигнального созвездия и изменения в полученной степени в спектре анализатор.
Повышенный импульс косинуса, формирующий - Убеждается, что Шумовая температура установлена в 0 (no noise). Включите Совокупность До и после осциллографов HPA. Заметьте, что квадратный корень повысил результаты фильтрации косинуса в интерференции межсимвола (ISI). Это приводит к точкам, рассеиваемым свободно вокруг идеальных точек совокупности, которые вы видите в После схемы совокупности HPA. Повышенный косинус квадратного корня просачивается, получатель, в сочетании с фильтром передачи, управляет ISI, который вы видите в полученной схеме сигнального созвездия.
Преобразование HPA AM-AM и К PM преобразование - Изменение параметр уровня возврата HPA к 7 dB (moderate nonlinearity), и наблюдайте AM-AM, и К PM преобразования путем сравнения Передачи, RRC отфильтровал схему сигнального созвездия с сигналом RRC после схемы совокупности HPA. Отметьте, как преобразование AM-AM отличается согласно различным амплитудам сигнала. Можно также просмотреть эффект этого преобразования на полученном сигнале в полученной схеме сигнального созвездия. Кроме того, можно наблюдать спектральный перерост в полученном спектре сигнала анализатор. Можно также просмотреть фазовый переход в полученном сигнале в полученном осциллографе схемы сигнального созвездия.
Цифровое предварительное искажение С Цифровым проверяемым флажком перед искажением, измените параметр уровня возврата HPA на 30 dB (negligible nonlinearity), 7 dB (moderate nonlinearity) и 1 dB (severe nonlinearity), чтобы просмотреть эффект цифрового предварительного искажения на нелинейности HPA.
Шум фазы плюс преобразование AM-AM - Установленный параметр Шума Фазы на High и наблюдает увеличенное отклонение в тангенциальном направлении в полученной схеме сигнального созвездия. Также обратите внимание, что этот уровень шума фазы достаточен, чтобы вызвать ошибки в в противном случае безошибочном канале.
Смещение DC и DC смещают компенсацию - Набор неустойчивость I/Q и параметр смещения DC к In-phase DC offset (1e-8) и просматривают сдвиг совокупности в полученной схеме сигнального созвездия. Установите исправление смещения DC на Enabled и просмотрите полученную схему сигнального созвездия, чтобы просмотреть, как блок смещения DC оценивает значение смещения DC и удаляет его из сигнала. Установите компенсацию смещения DC Disabled и измените неустойчивость I/Q на Quadrature DC offset (5e-8). Просмотрите изменения в полученной схеме сигнального созвездия для большого смещения DC и скачка DC в полученном спектре сигнала. Обратите внимание на то, что LNA усиливает маленькие смещения DC так, чтобы они были видимы на схеме совокупности с намного большими пределами по осям. Установите компенсацию смещения DC Enabled и просмотрите полученную схему сигнального созвездия и спектр анализатор, чтобы видеть, как компонент DC удален.
Амплитудная неустойчивость - С отключенным исправлением неустойчивости I/Q, установила Неустойчивость I/Q и параметр смещения DC к Amplitude imbalance (3 dB) просматривать эффект несбалансированных, которые я и Q получаем в полученной схеме сигнального созвездия. Позвольте исправлению неустойчивости I/Q компенсировать амплитудную неустойчивость.
Доплер и Доплеровская компенсация - Отключают Доплеровское исправление путем снятия выделения с Доплеровским флажком исправления. Установите Доплеровскую ошибку на 3 Hz показывать эффект неисправленного Доплера на полученной схеме сигнального созвездия. Позвольте Доплеровскому исправлению показать, что синхронизатор поставщика услуг восстанавливает полученную совокупность. Повторите осуществление с различной неустойчивостью I/Q и смещения DC.
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.