Примените нелинейность без памяти, чтобы объединить сгенерированный модулированный сигнал
comm.MemorylessNonlinearity Система object™ применяет нелинейные нарушения без памяти к комплексному сгенерированному модулированному сигналу. Используйте этот Системный объект, чтобы смоделировать нелинейные нарушения без памяти, вызванные усилением сигнала в передатчике радиочастоты (RF) или получателе. Для получения дополнительной информации смотрите Нелинейные Нарушения Без памяти.
Все значения степени принимают номинальный импеданс 1 Ома.
Применять нелинейные нарушения без памяти к комплексному сгенерированному модулированному сигналу:
Создайте comm.MemorylessNonlinearity объект и набор его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.
Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.
mnl = comm.MemorylessNonlinearity
mnl = comm.MemorylessNonlinearity(Name,Value)'Method','Saleh model' устанавливает метод моделирования на метод Салеха.
Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:
release(obj)
Сгенерируйте 16-QAM данные со средней степенью 10 мВт и передайте данные через нелинейный усилитель мощности (PA).
M = 16; data = randi([0 (M - 1)]',1000,1); avgPow = 1e-2; minD = avgPow2MinD(avgPow,M);
Создайте Системный объект нелинейности без памяти, задав метод модели Салеха.
saleh = comm.MemorylessNonlinearity('Method','Saleh model');
Сгенерируйте модулируемые символы и передайте их через модель нелинейности PA.
modData = (minD/2).*qammod(data,M); y = saleh(modData);
Сгенерируйте график рассеивания результатов.
scatterplot(y)
Средняя нормализация степени входного сигнала.
function minD = avgPow2MinD(avgPow,M) % Average power to minimum distance nBits = log2(M); if (mod(nBits,2)==0) % Square QAM sf = (M - 1)/6; else % Cross QAM if (nBits>4) sf = ((31*M/32) - 1)/6; else sf = ((5*M/4) - 1)/6; end end minD = sqrt(avgPow/sf); end
Постройте сжатие усиления нелинейного усилителя для 16-QAM сигнала.
Задайте порядок модуляции и выборки на параметры символа.
M = 16; sps = 4;
Смоделируйте нелинейный усилитель путем создания Системного объекта нелинейности без памяти с входной точкой пересечения третьего порядка на 30 дБ. Создайте повышенный Системный объект фильтра передачи косинуса.
amplifier = comm.MemorylessNonlinearity('IIP3',30); txfilter = comm.RaisedCosineTransmitFilter('RolloffFactor',0.3, ... 'FilterSpanInSymbols',6, ... 'OutputSamplesPerSymbol',sps, ... 'Gain',sqrt(sps));
Задайте входную мощность в dBm. Преобразуйте входную мощность в W и инициализируйте вектор усиления.
pindBm = -5:25; pin = 10.^((pindBm-30)/10); gain = zeros(length(pindBm),1);
Выполните основной цикл обработки, который включает эти шаги.
Сгенерируйте случайные символы данных.
Модулируйте символы данных и настройте среднюю степень сигнала.
Отфильтруйте модулируемый сигнал.
Усильте сигнал.
Измерьте усиление.
for k = 1:length(pin) data = randi([0 (M - 1)],1000,1); modSig = qammod(data,M,'UnitAveragePower',true)*sqrt(pin(k)); filtSig = txfilter(modSig); ampSig = amplifier(filtSig); gain(k) = 10*log10(var(ampSig)/var(filtSig)); end
Постройте усиление усилителя как функцию степени входного сигнала. 1 точка сжатия усиления дБ происходит для входной мощности 18.5 dBm. Чтобы увеличить точку, в которой наблюдается сжатие на 1 дБ, увеличьте точку пересечения третьего порядка, amplifier.IIP3.
arrayplot = dsp.ArrayPlot('PlotType','Line','XLabel','Power In (dBm)', ... 'XOffset',-5,'YLimits',[-5 5]); arrayplot(gain)
Примените нелинейные характеристики усилителя мощности (PA) к 16-QAM сигналу путем установки Method свойство к 'Lookup table'.
Задайте параметры для порядка модуляции, выборок на символ и входной мощности. Создайте случайные данные.
M = 16; % Modulation order sps = 4; % Samples per symbol pindBm = -2; % Input power pin = 10.^((pindBm-30)/10); % power in Watts data = randi([0 (M - 1)],1000,1); refdata = 0:M-1; refconst = qammod(refdata,M,'UnitAveragePower',true);
Создайте Системный объект нелинейности без памяти, Системный объект фильтра передачи, и созвездие схематически изображает Системный объект. Значения интерполяционной таблицы по умолчанию используются в Системном объекте нелинейности без памяти.
amplifier = comm.MemorylessNonlinearity('Method','Lookup table'); txfilter = comm.RaisedCosineTransmitFilter('RolloffFactor',0.3, ... 'FilterSpanInSymbols',6,'OutputSamplesPerSymbol',sps,'Gain',sqrt(sps)); constellation = comm.ConstellationDiagram('SamplesPerSymbol',4,'ReferenceConstellation',refconst, ... 'Title','Amplified/Distorted Signal');
Модулируйте случайные данные. Отфильтруйте и примените нелинейные характеристики усилителя к символам модуляции.
modSig = qammod(data,M,'UnitAveragePower',true)*sqrt(pin);
filtSig = txfilter(modSig);
ampSig = amplifier(filtSig);Вычислите уровни сигнала ввода и вывода и сдвиг фазы.
poutdBm = (20*log10(abs(ampSig))) + 30; simulated_pindBm = (20*log10(abs(filtSig))) + 30; phase = angle(ampSig.*conj(filtSig))*180/pi;
Постройте характеристики AM, характеристики AM/PM и результаты созвездия.
figure set(gcf,'units','normalized','position',[.25 1/3 .5 1/3]) subplot(1,2,1) plot(simulated_pindBm,poutdBm,'.'); hold on plot(amplifier.Table(:,1),amplifier.Table(:,2),'.','Markersize',15); xlabel('Input Power (dBm)') ylabel('Output Power (dBm)'); grid on; title('AM/AM Characteristics'); leglabels = {'Simulated results','Measurement'}; legend (leglabels,'Location','north'); subplot(1,2,2) plot(simulated_pindBm,phase,'.'); hold on plot(amplifier.Table(:,1),amplifier.Table(:,3),'.','Markersize',15); legend (leglabels,'Location','north'); xlabel('Input Power (dBm)'); ylabel('Output Phase Shift (degrees)'); grid on; title('AM/PM Characteristics');
Сгенерируйте схему созвездия усиленного и ссылочного созвездия сигнала. Нелинейные характеристики усилителя вызывают сжатие усиленного сигнального созвездия по сравнению со ссылочным созвездием.
constellation(ampSig)
Примените нелинейные характеристики усилителя мощности (PA) к 16-QAM сигналу путем установки Method свойство к 'Lookup table'.
Задайте параметры для порядка модуляции, выборок на символ и входной мощности. Создайте случайные данные.
M = 16; % Modulation order sps = 4; % Samples per symbol pindBm = -8; % Input power pin = 10.^((pindBm-30)/10); % power in Watts data = randi([0 (M - 1)],1000,1); refdata = 0:M-1; refconst = qammod(refdata,M,'UnitAveragePower',true); paChar = pa_performance_characteristics();
Создайте Системный объект нелинейности без памяти, Системный объект фильтра передачи, и созвездие схематически изображает Системный объект. Значения интерполяционной таблицы по умолчанию используются в Системном объекте нелинейности без памяти.
amplifier = comm.MemorylessNonlinearity('Method','Lookup table','Table',paChar); txfilter = comm.RaisedCosineTransmitFilter('RolloffFactor',0.3, ... 'FilterSpanInSymbols',6,'OutputSamplesPerSymbol',sps,'Gain',sqrt(sps)); constellation = comm.ConstellationDiagram('SamplesPerSymbol',4, ... 'Title','Amplified/Distorted Signal','NumInputPorts',2, ... 'ReferenceConstellation', refconst,'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Filtered signal','Amplified signal'});
Модулируйте случайные данные. Отфильтруйте и примените нелинейные характеристики усилителя к символам модуляции.
modSig = qammod(data,M,'UnitAveragePower',true)*sqrt(pin);
filtSig = txfilter(modSig);
ampSig = amplifier(filtSig);Вычислите уровни сигнала ввода и вывода и сдвиг фазы.
poutdBm = (20*log10(abs(ampSig))) + 30; simulated_pindBm = (20*log10(abs(filtSig))) + 30; phase = angle(ampSig.*conj(filtSig))*180/pi;
Постройте характеристики AM, характеристики AM/PM и результаты созвездия.
figure set(gcf,'units','normalized','position',[.25 1/3 .5 1/3]) subplot(1,2,1) plot(simulated_pindBm,poutdBm,'.'); hold on plot(amplifier.Table(:,1),amplifier.Table(:,2),'.','Markersize',15); xlabel('Input Power (dBm)') ylabel('Output Power (dBm)'); grid on; title('AM/AM Characteristics'); leglabel = {'Simulated results','Measurement'}; legend (leglabel,'Location','south'); subplot(1,2,2) plot(simulated_pindBm,phase,'.'); hold on plot(amplifier.Table(:,1),amplifier.Table(:,3),'.','Markersize',15); legend (leglabel,'Location','south'); xlabel('Input Power (dBm)'); ylabel('Output Phase Shift (degrees)'); grid on; title('AM/PM Characteristics');
В целях сравнения созвездия нормируйте усиленный сигнал и отфильтрованный сигнал. Сгенерируйте схему созвездия отфильтрованного сигнала и усиленного сигнала. Нелинейные характеристики усилителя вызывают сжатие усиленного сигнального созвездия по сравнению с отфильтрованным созвездием.
filtSig = filtSig/mean(abs(filtSig)); % Normalized filtered signal ampSig = ampSig/mean(abs(ampSig)); % Normalized amplified signal constellation(filtSig,ampSig)
pa_performance_characteristics функция помощника вычисляет показатели производительности усилителя. Данные извлечены от фигуры 4 Hammi, Oualid, и др. "Оценка усилителей мощности модели и квантификация интенсивности эффектов памяти с помощью метода посткомпенсации без памяти". Транзакции IEEE на Микроволновой Теории и Методах 56.12 (2008): 3170-3179.
function paChar = pa_performance_characteristics()Операционная спецификация для основанного на LDMOS усилителя Доэрти:
Частота 2 110 МГц
Пиковая мощность 300 Вт
Маленькое усиление сигнала 61 дБ
Каждая строка в HAV08_Table задает Контакт (dBm), усиление (дБ), сдвиг фазы (степени).
HAV08_Table =...
[-35,60.53,0.01;
-34,60.53,0.01;
-33,60.53,0.08;
-32,60.54,0.08;
-31,60.55,0.1;
-30,60.56,0.08;
-29,60.57,0.14;
-28,60.59,0.19;
-27,60.6,0.23;
-26,60.64,0.21;
-25,60.69,0.28;
-24,60.76,0.21;
-23,60.85,0.12;
-22,60.97,0.08;
-21,61.12,-0.13;
-20,61.31,-0.44;
-19,61.52,-0.94;
-18,61.76,-1.59;
-17,62.01,-2.73;
-16,62.25,-4.31;
-15,62.47,-6.85;
-14,62.56,-9.82;
-13,62.47,-12.29;
-12,62.31,-13.82;
-11,62.2,-15.03;
-10,62.15,-16.27;
-9,62,-18.05;
-8,61.53,-20.21;
-7,60.93,-23.38;
-6,60.2,-26.64;
-5,59.38,-28.75];Преобразуйте второй столбец HAV08_Table от усиления, чтобы Дуться для использования Системным объектом нелинейности без памяти.
paChar = HAV08_Table;
paChar(:,2) = paChar(:,1) + paChar(:,2);
endНелинейные нарушения без памяти искажают амплитуду входного сигнала и фазу. Амплитудное искажение является модуляцией от амплитуды к амплитуде (AM), и искажение фазы является амплитудой к фазовой модуляции (AM/PM).
| Метод модели | Нелинейное нарушение без памяти |
|---|---|
Кубический полином | AM и AM/PM |
Гиперболическая касательная | |
Модель Салеха | |
Модель Ghorbani | |
Модель Rapp | AM только |
Интерполяционная таблица | Применяет нарушение согласно [P в, P, ΔΦ] характеристики усилителя, заданные Table свойство |
Смоделированные нарушения применяют AM и искажения AM/PM по-другому, согласно методу модели, который вы задаете. Модели применяют нелинейное нарушение без памяти к входному сигналу путем выполнения этих шагов.
Умножьте сигнал на входной фактор усиления.
Можно нормировать сигнал к 1 путем установки входного усиления масштабирования на инверсию амплитуды входного сигнала.
Разделите комплексный сигнал в его величину и угловые компоненты.
Примените искажение AM к величине сигнала, согласно выбранному методу модели, произвести величину выходного сигнала.
Примените искажение AM/PM к фазе сигнала, согласно выбранному методу модели, произвести угол выходного сигнала.
Этот шаг не запрашивает модель Rapp.
Объедините новую величину и угловые компоненты в комплексный сигнал. Затем умножьте результат на выходной фактор усиления.
Первые четыре метода модели (кубический полином, гиперболическая касательная, модель Салеха и модель Ghorbani) применяют AM и нарушения AM/PM как показано в этом рисунке.
Метод модели Rapp применяет искажение AM как показано в этом рисунке.
Метод интерполяционной таблицы использует интерполяционную таблицу характеристик усилителя мощности (PA) в виде N-by-3 числовая матрица измеренных характеристик усилителя мощности (PA). Каждая строка имеет форму [P в, P, ΔΦ]. P в задает входной сигнал PA в dBm, P задает выходной сигнал PA в dBm, и ΔΦ задает выходной сдвиг фазы в градусах. Измеренные характеристики PA заданы Table свойство используется для расчета AM (в dBm/dBm) и AM/PM (в deg/dBm) нелинейные характеристики нарушения. Системный объект искажает входной сигнал вычисленным AM (в dBm/dBm) и AM/PM (в deg/dBm) значения.
Определить соответствующий P и ΔΦ для P в значениях вне области значений значений, заданных в Table свойство, Система objectapplies линейная экстраполяция от первых двух или последних двух [P в, P, ΔΦ] строки Table.
Этот рисунок показывает поведение преобразования AM/PM для кубического полинома и гиперболических методов модели касательной.
Шкалы перевода AM/PM линейно со значением входной мощности между нижними и верхними пределами уровня входной мощности. Вне этой области значений преобразование AM/PM является постоянным в значениях, соответствующих более низким и верхним пределам входной мощности, которые являются нулем и (AM/PM conversion) × (upper input power limit – lower input power limit), соответственно.
Этот рисунок показывает поведение AM (выходное напряжение по сравнению с входным напряжением для искажения AM) и поведение AM/PM (выходная фаза по сравнению с входным напряжением для искажения AM/PM) для метода модели Салеха.
Параметры AM, αAMAM и βAMAM, используются для расчета амплитудное искажение входного сигнала при помощи
где u является величиной масштабированного сигнала.
Параметры AM/PM, αAMPM и βAMPM, используются для расчета искажение фазы входного сигнала при помощи
где u является величиной масштабированного сигнала. α и β параметры для AM и AM/PM так же называют, но отличны.
[1] Салех, A.A.M. “Независимые от частоты и Зависимые Частотой Нелинейные Модели Усилителей TWT”. Транзакции IEEE на Коммуникациях 29, № 11 (ноябрь 1981): 1715–20. https://doi.org/10.1109/TCOM.1981.1094911.
[2] Ghorbani, A. и М. Шейхэн. "Эффект твердотельных усилителей мощности (SSPAs) нелинейность на MPSK и передаче сигнала M-QAM". На 1 991 шестой международной конференции по вопросам цифровой обработки сигналов в коммуникациях, 193–97, 1991.
[3] Rapp, Ch. "Эффекты HPA-нелинейности на 4-DPSK/OFDM-Signal для Цифровой Звуковой Широковещательной Системы". В Продолжениях Вторая европейская Конференция по Находившемуся. Коммуникация (ESA SP-332), 179–84. Льеж, Бельгия, 1991. https://elib.dlr.de/33776/.