Нарушения РФ
Проиллюстрируйте нарушения РФ, которые искажают сигнал
Этот раздел представляет графики рассеивания, которые иллюстрируют, как блоки в библиотеке Impairments РФ искажают сигнал, модулируемый 16-ary квадратурной амплитудной модуляцией (QAM). Обычное 16-ary созвездие QAM без искажения показывают в следующем рисунке.
Когда графики рассеивания показывают, первые два блока искажают и величину и угол точек в созвездии, в то время как последние два изменяют только угол.
Можно создать эти графики рассеивания с моделями, похожими на следующее, которое производит график рассеивания для блока Memoryless Nonlinearity:
16-ary модель QAM
Модель использует блок Rectangular QAM Modulator Baseband от AM в подбиблиотеке Digital Baseband Modulation библиотеки Modulation. Вы управляете степенью выходного сигнала блока параметром Normalization method. К open this model, введите doc_16qam_plot в командной строке MATLAB®.
Блок Разбаланса I/Q
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.
Блок Смещения фазы/Частоты
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 стандартному созвездию, вращаемому 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 стандартному созвездию, которое вращается на постоянном уровне в направлении против часовой стрелки. Для примера смотрите страницу с описанием блока Phase/Frequency Offset.
Блок шума фазы
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 созвездия.
Смещения фазы/Частоты и Шум Фазы
Библиотека Impairments РФ содержит два блока, которые симулируют 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.
Тепловой шум получателя и потери при распространении в свободном пространстве
Библиотека Нарушений РФ содержит два блока, которые симулируют нарушения сигнала из-за теплового шума и затухания сигнала из-за расстояния с передатчика на получатель:
Блок Receiver Thermal Noise симулирует эффекты теплового шума на комплексном сгенерированном модулированном сигнале.
Блок Free Space Path Loss симулирует потерю степени сигнала из-за расстояния от передатчика и частоты сигнала.
Нелинейность и Разбаланс I/Q
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.
Примените нелинейное искажение к входному сигналу
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. Следующий рисунок показывает график рассеивания, который генерирует модель.
Для другого примера графика рассеивания, произведенного с помощью этого блока, смотрите страницу с описанием блока Memoryless Nonlinearity.
Просмотрите эффекты шума фазы на спектре сигнала
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:
-85
дБн/Гц при смещении частоты1e3Гц-118
дБн/Гц при смещении частоты9.5e3Гц-125
дБн/Гц при смещении частоты19.5e3Гц-145
дБн/Гц при смещении частоты195e3Гц
Чтобы анализировать спектр и шум фазы, модель включает три Спектра блоки Анализатора. Спектр блоки Анализатора использует Hann по умолчанию установка работы с окнами, модули установлены 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 общем случае, 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 симулировать модель.
Когда пропускная способность разрешения составляет 1 Гц, dBW/Hz просмотрите для спектра, который анализатор показывает тону в 0 dBW/Hz. Блок Spectrum Analyzer корректирует 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, dBW/Hz просмотрите для спектра, который анализатор показывает тону 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 корректирует 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.
Добавьте нарушения РФ в сигнал DQPSK
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 из библиотеки Impairments РФ. После блоков нарушения, ветвлений сигнала в два пути. Один путь применяет блокирование DC, автоматическое управление усилением (AGC) и компенсацию разбаланса 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 созвездие, модель включает блоки Схемы Созвездия после модуляции перед коррекцией, и после коррекции.
Коэффициент ошибок для демодулируемого сигнала без AGC, в основном, вызывается потерями при распространении в свободном пространстве и разбалансом 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.
After Modulation схематически изобразите, показывает, что чистый ссылочный DQPSK модулировал созвездие.
Переданный сигнал искажен различными нарушениями РФ. Before Correction схематически изобразите показывает ослабленное и искаженное созвездие.
Сигнал на пути к коррекции настроен Блокировщиком DC, Блоком AGC и блоками Компенсатора Разбаланса I/Q. After Correction схематически изобразите показывает, что созвездие было усилено и улучшено после блоков коррекции.
Отобразите BER для сигнала с и без коррекции.
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 созвездия и коэффициентах ошибок. Полагайте, что изменение модели добавляет этап эквалайзера перед демодуляцией. Эквализация имеет свойственную способность уменьшать часть искажения, вызванного нарушениями. Для получения дополнительной информации смотрите Эквализацию.
Выбранная библиография для моделирования канала
[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.