Этот раздел представляет графики рассеивания, которые иллюстрируют, как блоки в библиотеке Impairments РФ искажают сигнал, модулируемый 16-ary квадратурной амплитудной модуляцией (QAM). Обычную 16-ary совокупность QAM без искажения показывают в следующей фигуре.
Когда графики рассеивания показывают, первые два блока искажают и значение и угол точек в совокупности, в то время как последние два изменяют только угол.
Можно создать эти графики рассеивания с моделями, подобными следующему, которое производит график рассеивания для блока Memoryless Nonlinearity:
Модель использует блок Rectangular QAM Modulator Baseband от AM в подбиблиотеке Digital Baseband Modulation библиотеки Modulation. Вы управляете степенью выходного сигнала блока с параметром Normalization method. К open this model введите doc_16qam_plot в командной строке MATLAB®.
Можно сгенерировать следующий график рассеивания, заменив блок Memoryless Nonlinearity в 16-ary Модели QAM с блоком I/Q Imbalance. Установите параметр I/Q amplitude imbalance (dB) блока на 10 и параметр I/Q phase imbalance (deg) к 30.
Для большего количества примеров графиков рассеивания, произведенных с помощью этого блока, смотрите страницу с описанием блока I/Q Imbalance.
Можно сгенерировать следующий график рассеивания, заменив блок Memoryless Nonlinearity в 16-ary Модели QAM с блоком Phase/Frequency Offset. Установите параметр Frequency offset (Hz) блока на 0 и параметр Phase offset (deg) к 70.
Параметр Frequency offset (Hz) добавляет константу в фазу сигнала. График рассеивания соответствует стандартной совокупности, вращаемой фиксированным углом 70 градусов.
Параметр Frequency offset (Hz) определяет скорость изменения фазы сигнала. В этом примере Frequency offset (Hz) установлен в 0, таким образом, график рассеивания всегда падает на сетку, показанную в предыдущей фигуре. Если вы устанавливаете Frequency offset (Hz) на положительное число, точки на падении графика рассеивания на вращающейся сетке, соответствуя стандартной совокупности, которая вращается на постоянном уровне в направлении против часовой стрелки. Для примера смотрите страницу с описанием блока Phase/Frequency Offset.
Можно сгенерировать следующий график рассеивания, заменив блок Memoryless Nonlinearity в 16-ary Модели QAM с блоком Phase Noise. Установите параметр Phase noise level (dBc/Hz) на -60 и параметр Frequency offset (Hz) к 100.
Шум фазы добавляет случайную ошибку в фазу сигнала, так, чтобы точки в графике рассеивания были распространены в радиальном шаблоне вокруг точек совокупности.
Библиотека Impairments РФ содержит два блока, которые моделируют смещения фазы/частоты и шум фазы:
Блок Phase/Frequency Offset применяет фазу и смещения частоты к сигналу.
Блок Phase Noise применяет шум фазы к сигналу.
Блок Phase/Frequency Offset и блок Phase Noise изменяют только фазу и частоту сигнала.
Библиотека Нарушений РФ содержит два блока, которые моделируют нарушения сигнала из-за тепловых помех и затухания сигнала из-за расстояния с передатчика на получатель:
Блок Receiver Thermal Noise моделирует эффекты тепловых помех на комплексном основополосном сигнале.
Блок Free Space Path Loss моделирует потерю степени сигнала из-за расстояния от передатчика и частоты сигнала.
Следующие две модели блоков сигнализируют о нарушениях из-за нелинейных устройств или неустойчивости между синфазными компонентами и квадратурными компонентами модулируемого сигнала:
Блок Memoryless Nonlinearity моделирует AM-AM и К PM искажение в нелинейных усилителях.
Неустойчивость моделей блока I/Q Imbalance между синфазными компонентами и квадратурными компонентами сигнала, вызванного различиями в физических каналах, несущих отдельные компоненты.
Эти блоки искажают и фазу и амплитуду сигнала.
Блок Memoryless Nonlinearity применяет нелинейное искажение к входному сигналу. Это искажение моделирует AM-AM и К PM преобразования в нелинейных усилителях. Блок предоставляет несколько методов, которые вы задаете параметром Method для моделирования нелинейных характеристик усилителей:
Кубический полином
Гиперболическая касательная
Модель Салеха
Модель Ghorbani
Модель Rapp
В модели, показанной в предыдущей фигуре, параметр Method устанавливается на Ghorbani model. Следующие данные показывают график рассеивания, который генерирует модель.
Для другого примера графика рассеивания, произведенного с помощью этого блока, смотрите страницу с описанием блока Memoryless Nonlinearity.
Этот пример показывает эффекты, что спектральный шум и шум фазы имеют на синусоиде на 100 кГц.
Открытая модель в качестве примера и исследует свое содержимое
Откройте модель slex_phasenoise в качестве примера.
Блок Sine Wave генерирует тон на 100 кГц. Блок Phase Noise добавляет шум фазы:
ДБн/Гц -85 при смещении частоты Гц 1e3
ДБн/Гц -118 при смещении частоты Гц 9.5e3
ДБн/Гц -125 при смещении частоты Гц 19.5e3
ДБн/Гц -145 при смещении частоты Гц 195e3
Чтобы анализировать спектр и шум фазы, модель включает три Спектра блоки Анализатора. Спектр блоки Анализатора используют установку работы с окнами Hann по умолчанию, модули, установлен в dBW/Hz, и номер спектральных средних значений определяется к 10.
Кроме того, модель включает блоки, которые вычисляют и отображают шум фазы RMS. Подсистема, которая вычисляет шум фазы RMS, находит ошибку фазы между чистыми и шумными синусоидами, затем вычисляет шум фазы RMS в градусах. В целом, чтобы точно определить ошибку фазы, чистый сигнал должен быть временем, выровненным с сигналом с шумом. Однако периодичность синусоиды в этой модели делает этот шаг ненужным.
Запустите модель, чтобы сгенерировать результаты
В Редакторе Simulink нажмите Run, чтобы моделировать модель.
Когда пропускная способность разрешения составляет 1 Гц, представление dBW/Hz для спектра, анализатор показывает тон в 0 dBW/Hz. Блок Spectrum Analyzer исправляет для эффекта распространения степени работы с окнами Hann.
Визуальное среднее значение шума фазы достигает спектра, заданного блоком Phase Noise.
Когда пропускная способность разрешения составляет 10 Гц, представление dBW/Hz для спектра, анализатор показывает тон в-10 dBW/Hz. Та же самая тональная энергия теперь распространена через 10 Гц вместо 1 Гц, таким образом, синусоида уровень PSD уменьшает на 10 дБ. С пропускной способностью разрешения на уровне 10 Гц визуальное среднее значение шума фазы все еще достигает шума фазы, заданного блоком Phase Noise.
Блок Spectrum Analyzer все еще исправляет для эффекта распространения степени окна Hann, и это достигает лучшего спектрального усреднения с более широкой пропускной способностью разрешения. Для получения дополнительной информации смотрите Почему Windows Использования? (Signal Processing Toolbox).
Дальнейшее исследование
В блоке Phase Noise измените уровень шума Фазы (дБн/Гц) параметр, повторно выполните модель и заметьте, как форма спектра изменяется. С большим количеством шума лепестки стороны увеличиваются в амплитуде. Когда больше шума фазы добавляется, сигнал на 100 Гц становится менее отличным и измеренные увеличения шума фазы RMS.
Эта модель применяет нарушения РФ к сигналу, модулируемому дифференциальным квадратурным манипулированием сдвига фазы (DQPSK). Чтобы продемонстрировать и визуализировать нарушения РФ, уровни, примененные в этой модели, преувеличены и не представительные для типичных уровней для современных радио.
Случайный сигнал является DQPSK, модулируемые и различные нарушения РФ применяются к сигналу. Модель использует блоки нарушения от библиотеки Impairments РФ. После блоков нарушения, ветвлений сигнала в два пути. Один путь применяет блокирование DC, автоматическое управление усилением (AGC) и компенсацию неустойчивости I/Q сигналу перед демодуляцией. Поскольку сигнал является модулируемым DQPSK, никакая синхронизация поставщика услуг не требуется. Второй путь переходит непосредственно к демодуляции. После демодуляции вычисление коэффициента ошибок выполняется на обоих сигналах. Чтобы анализировать совокупность, модель включает блоки Схемы Совокупности после модуляции перед исправлением, и после исправления.
Коэффициент ошибок для демодулируемого сигнала без AGC, в основном, вызывается потерей пути к свободному пространству и неустойчивостью I/Q. Модуляция QPSK минимизирует эффекты других нарушений.
Открытая модель в качестве примера и исследует свое содержимое
Откройте модель slex_rcvrimpairments_dqpsk в качестве примера.
Схема After Modulation, показывает, что чистый ссылочный DQPSK модулировал совокупность.
Переданный сигнал искажен различными нарушениями РФ. Схема Before Correction показывает ослабленную и искаженную совокупность.
Сигнал на пути к исправлению настроен Блокировщиком DC, Блоком AGC и блоками Компенсатора Неустойчивости I/Q. Схема After Correction показывает, что совокупность была усилена и улучшена после блоков исправления.
Отобразите BER для сигнала с и без исправления.
Error rate for corrected signal: 0.000 Error rate for uncorrected signal: 0.042
Дальнейшее исследование
Чтобы запустить модель самостоятельно, откройте пример с помощью обеспеченной кнопки или путем ввода open slex_rcvrimpairments_dqpsk в командной строке MATLAB®. Настройте нарушения РФ, повторно выполните модель и заметьте изменения в схемах совокупности и коэффициентах ошибок. Полагайте, что изменение модели добавляет этап эквалайзера перед демодуляцией. Коррекция имеет свойственную способность уменьшать часть искажения, вызванного нарушениями. Для получения дополнительной информации смотрите Коррекцию.
[1] Саймон, M. K., и Alouini, магистр наук, цифровая связь по исчезающим каналам – объединенный подход к анализу производительности, 1-му Эду., Вайли, 2000.
[2] Проект Партнерства третьего поколения, Сеть радиодоступа Technical Specification Group, Развитый Универсальный Наземный Радио-доступ (к E-UTRA), передаче радио Базовой станции (BS) и приему, Релизу 10, 3GPP TS 36.104, v10.0.0, 2010-09.
[3] Проект Партнерства третьего поколения, Сеть радиодоступа Technical Specification Group, Развитый Универсальный Наземный Радио-доступ (к E-UTRA), передаче радио Оборудования пользователя (UE) и приему, Релизу 10, 3GPP TS 36.101, v10.0.0, 2010-10.
