Моделирование РФ mmWave Передатчик с Гибридным Beamforming
Этот пример иллюстрирует методологию для моделирования уровня системы и симуляции QPSK на 66 ГГц передача РФ, и получите систему с гибридом с 32 элементами beamforming антенна. Система включает недостатки РФ, воздействия радиации передачи массивов, узкополосная связь получает массив и основополосный получатель с исправлениями для системных нарушений и декодированием сообщений. Антенна beamforming направление задана с помощью азимута и углов повышения, и это оценивается в РФ, получают антенну с помощью Корневого Музыкального алгоритма DOA.
В следующих разделах вы будете видеть больше деталей о разработке системы.
Образцовое описание
Верхний уровень этого примера состоит из пяти блоков подсистемы, блок, чтобы управлять относительным углом между передатчиком и получателем и 2 отображениями:
Основополосный передатчик QPSK кодирует сообщение "Hello World ###".
Передатчик РФ с модуляцией IQ, смешиванием, усилением и гибридом beamforming со схемой управления. Модель передатчика РФ включает недостатки РФ, такие как шум, нелинейные эффекты и связь элемента антенны.
Идеальный канал, ослабляющий переданный сигнал с моделью пути к свободному пространству потерь.
Получатель РФ с двумя узкополосной связью получает антенны массивов, усиление получателя и ОСШ, 12-битный ADC с конечным динамическим диапазоном и два корневых алгоритма MUSIC для угла оценки прибытия вдоль азимута и повышения.
Получатель QPSK, включая поставщика услуг и синхронизацию кадра, демодуляцию и декодирование данных.
Блок, где пользователь устанавливает относительный угол между передатчиком и получателем.
Спектр осциллограф анализатора, сравнивающий нормированные переданные и полученные сигналы и отображение для полученного сообщения.
model = 'simrfV2_qpsk';
open_system(model)
sim(model)
Передатчик QPSK
Передатчик QPSK включает немного подсистемы Генерации, блок QPSK Modulator, блок Raised Cosine Transmit Filter для импульсного формирования и блок Gain. Битная подсистема Генерации генерирует кадры. Каждый кадр содержит 26 битов заголовка, сопровождаемых полезной нагрузкой 174 битов, 105 битов для сообщения 'Hello World ###' и 69 случайных битов. Полезная нагрузка скремблирована, чтобы гарантировать сбалансированное распределение нулей и единицы для операции восстановления синхронизации в модели получателя.
open_system([model '/QPSK TX'],'force')
Передатчик РФ
Передатчик РФ состоит из трех разделов: формирователи луча массивов, гибрид beamforming антенна и блок Narrowband Transmit Array. Гибрид с 32 элементами beamforming антенна разделен на 4 подмассива. Каждый подмассив состоит из 8 передатчиков РФ, действующих на уровне 66 ГГц. Антенны являются микрополосковыми закрашенными фигурами. Эти элементы антенны и подмассивы были разработаны и проверены со скриптом MATLAB, который использует Antenna Toolbox™.
Далекое полевое усиление антенной решетки вычисляется с блоком Phased Array System Toolbox™ Narrowband Transmit Array. Вычисленная диаграмма направленности является суперпозицией полей, сгенерированных изолированными микрополосковыми закрашенными фигурами.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming'])
Передайте формирователи луча массивов
Массив передачи управляется к направлению, оцененному получателем. В демонстрационных целях два различных beamforming алгоритма используются, чтобы вычислить веса, применился к этим четырем подмассивам и элементам каждого подмассива.
Веса подмассивов вычисляются с формирователем луча MVDR. Комплексное умножение в формирователе луча MVDR комбинирует переданный сигнал и веса подмассивов, регулируя переданный сигнал вдоль направления азимута. Сужение используется, чтобы уменьшать эффекты скрипучих лепестков.
Сдвиги фазы применились к восьми элементам подмассива, вычисляются с фазовращателем beamforming алгоритм. Эти четыре подмассива применяют те же сдвиги фазы, которые регулируют передатчик вдоль направления повышения.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming/Beamformers'])
Передайте подмассивы
Четыре подмассива передачи идентичны. Каждый подмассив сначала выполняет повышающее преобразование на уровне 5 ГГц с помощью квадратурного модулятора, и затем выполняет повышающее преобразование на уровне 66 ГГц с помощью модулятора супергетеродинного приемника включая изображение и фильтров выбора канала. Каждый этап вводит нарушения, такие как шум, неустойчивость I/Q, утечка LO и нелинейность. Нелинейный усилитель мощности увеличивает усиление передатчика, и сеть делителей степени Уилкинсона соединяет PA с этими 8 антеннами. Восемь переменных фазовращателей используются, чтобы регулировать луч. Загрузка подмассива антенны и связь, промежуточная элементы антенны, моделируются ее S-параметрами.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming/subarray1'])
Получите массив
Получатель моделируется на более высоком уровне абстракции по сравнению с передатчиком. Получатель использует две ортогональных линейных матрицы, каждого с 4 изотропными элементами антенны. Массивы используются, чтобы обеспечить пространственное разнообразие для идентификации угла прибытия. Получатель не реализует beamforming алгоритма.
Получатель конечное усиление и ОСШ моделируется для каждого из полученных сигналов, сопровождаемых 12-битным ADC с конечным динамическим диапазоном включая эффекты квантования и насыщение.
Два корневых алгоритма MUSIC используются, чтобы оценить направление прибытия с помощью сигналов линейной матрицы. Каждый алгоритм действует через одну размерность, таким образом вместе может оценить положение передатчика с точки зрения углов повышения и азимута.
open_system([model '/Receive Array'])
Получатель QPSK
Получатель QPSK от Передатчика QPSK Communications Toolbox™ в качестве примера и Получатель (Communications Toolbox) используются в этом примере с модификацией. Эти модификации удаляют блоки от этого получателя, когда нарушение сигнала отсутствует.
AGC управляет и стабилизирует полученную амплитуду сигнала, которая влияет на точность синхронизатора символа поставщика услуг.
Повышенный Косинус Получает Фильтр, обеспечивает согласованную фильтрацию для переданной формы волны.
Блок Синхронизатора Поставщика услуг выполняет прекрасную компенсацию частоты.
Блок Preamble Detector использует известный заголовок кадра (модулируемый QPSK код Кусачек для снятия оболочки), чтобы коррелировать против полученных символов QPSK, чтобы найти местоположение заголовка кадра.
Блок Frame Synchronizer использует информацию о местоположении кадра от Детектора Преамбулы, чтобы выровнять контуры кадра. Второй вывод блока является булевым скаляром, указывающим, является ли первый вывод допустимым кадром с желаемым заголовком и если так, позволяет подсистеме Декодирования Данных запуститься.
Данные, Декодирующие, включили подсистему, выполняет разрешение неоднозначности фазы, демодуляцию и декодирование текстового сообщения.
open_system([model '/QPSK Receiver'])
Совокупность входного сигнала для Демодулятора QPSK декодера данных
bdclose(model)
clear model;