Введение

Идеальные многопользовательские системы связи, то ортогональное деление частоты мультиплексируется (OFDM) использования сигналы и прямое исправление ошибок (FEC), чрезвычайно неуязвимы для мощной узкополосной интерференции, потому что узкополосная интерференция влияет только на одну или две поднесущие. Для внутриполосной интерференции может восстановиться FEC, битовые ошибки, вызванные этими, создали затор поднесущие. Для внеполосного interferers полосовая фильтрация может удалить смежную интерференцию канала в эти идеальные многопользовательские системы.

В практических системах сигналы, полученные в антенне, оцифрованы с помощью ADC. Поскольку ADC имеет фиксированное полномасштабное напряжение, входной сигнал сначала масштабируется к, область значений. Если ADC имеет биты N разрешения, то максимальной ошибкой квантования дают. В системе с достаточными битами разрешения (например, N=16) и никакой вмешивающийся сигнал, эта ошибка квантования незначительна по сравнению с другими источниками шума в системе и может быть проигнорирована.

В присутствии мощного interferer автоматический контроллер усиления (AGC) масштабирует целый сигнал поместиться в полномасштабную область значений ADC. Масштабирование эффективно сокращает количество битов, используемых, чтобы представлять желаемый сигнал. Поскольку ошибка квантования не изменяется, эффективный сигнал к шумовым уменьшениям отношения. В зависимости от степени вмешивающегося сигнала и количества битов ADC, можно оказать негативное влияние на производительность системы.

Симуляция эффекта узкополосного Interferer на сигналах OFDM

Сгенерируйте сигнал OFDM с 128 поднесущими. Присвойте 64-QAM модулируемый сигнал каждой поднесущей. Чтобы преувеличить ошибочные эффекты квантования, определите номер битов ADC к 7. Примите канал AWGN с ОСШ на 30 дБ для простоты.

M = 64;           % Modulation order per subcarrier
numSC = 128;      % Number of OFDM subcarriers
SNR = 30;         % Signal-to-noise ratio in dB
numADCBits = 7;   % Number of ADC bits

OFDM с ADC по каналу AWGN

Передайте сгенерированный сигнал OFDM через канал AWGN. AGC масштабирует полученный сигнал к [-1 1] область значений. Передайте масштабированный сигнал через биполярный ADC. Перемасштабируйте сигнал прежде, чем применить OFDM и демодуляцию QAM. narrowbandInterfererAndOFDM функция симулирует эту систему.

Запустите симуляцию без интерференции. Все биты могут быть получены без ошибок.

interfererAmp = 0;
ber = narrowbandInterfererAndOFDM(M,numSC,interfererAmp,numADCBits,SNR);
disp('BER:')
disp(ber)

BER:
     0

OFDM с ADC по каналу AWGN с мощным Interferer

Используйте тон, чтобы вмешаться в 50-ю поднесущую сигнала OFDM. Установите амплитуду interferer к 2 соответствиям значению SIR приблизительно-28 дБ. Высокая амплитуда вмешивающегося сигнала обеспечивает AGC, чтобы уменьшать его усиление, чтобы избежать насыщения. Это масштабирование сокращает число битов, присвоенных желаемому сигналу, и уменьшает эффективную мощность желаемого сигнала. Шум квантования является функцией фиксированного полномасштабного напряжения и количеством свойств битов ADC. В результате эффективный сигнал к шумовому отношению (ОСШ) уменьшения и система начинает вводить битовые ошибки.

interfererAmp = 2;
ber = narrowbandInterfererAndOFDM(M,numSC,interfererAmp,numADCBits,SNR);
disp('BER:')
disp(ber)

BER:
    0.0531

Эффект смежных пользователей канала в многопользовательской системе

Современные системы связи задают несколько пропускной способности сигнала, чтобы обеспечить гибкость в выборе между высоконадежными связями или высокой пропускной способностью. Например, 802.11 стандарта WLAN задают пропускную способность канала, которая лежит в диапазоне от 20 МГц до 160 МГц. Этот рисунок показывает доступную пропускную способность канала WLAN.

Как правило, такие системы спроектированы с фиксированным высоким аналогом пропускной способности фильтры RF, сопровождаемые программируемыми цифровыми фильтрами. Комбинация AGC и ADC используется, чтобы оцифровать аналоговый сигнал. Если один из пользователей (i.e. каналы), имеет намного более высокую силу, чем остальная часть пользователей, квантование ADC может вызвать низкое значение ОСШ для пользователей малой мощности. Следующее демонстрирует такой сценарий.

Рассмотрите Wi-Fi как система, где существует восемь независимых передатчиков (Устройство 1-8) и восемь независимых приемников (Устройство 1 '-8'). Каждая пара приемника передатчика присвоена одна из доступных полос на 20 МГц. 64QAM модулируемые сигналы являются OFDM, модулируемым с 56 поднесущими в пропускной способности 20 МГц. Как показано в этом рисунке, восемь возможных пользователей несут по каналам 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, и 54, с соответствующими несущими частотами (5180:20:5320) МГц. Приемники используют аналоговые фильтры, которые проходят через целую доступную полосу на 160 МГц, затем используют фильтры channelizer, чтобы выбрать требуемого пользователя. Чтобы упростить симуляцию, примите ту же потерю пути и тепловой шум для каждой пары устройства. Кроме того, средство моделирования использует синтезатор канала, чтобы объединить сигналы от этих восьми пользователей в канале и channelizer, чтобы разделить их эффективным способом. Пунктирные линии показывают синтезатор канала и channelizer.

M = 64;           % Modulation order per subcarrier
noiseFigure = 7;  % Noise figure in dB
numADCBits = 7;   % Number of ADC bits

Многопользовательская система с ADC по каналу AWGN

Сгенерируйте модулируемые сигналы OFDM для всех активных пользователей и объедините их использующий dsp.ChannelSynthesizer Системный объект. Примените потерю пути, эквивалентную номинальному расстоянию 10 метров. Передайте сигнал через фронтенд RF с шумовой фигурой 7 дБ, чтобы подражать каналу AWGN. AGC масштабирует полученный сигнал к [-1 1] область значений. Передайте масштабированный сигнал через биполярный ADC. Перемасштабируйте сигнал после прохождения через фильтр channelizer, который разделяет пользовательские сигналы. Затем примените OFDM и демодуляцию QAM. Все биты могут быть получены без ошибок. multiuserInterferenceAndADC функция симулирует эту систему.

Установите всех пользователей как работающих во всем пользовательском усилении родственника 0 дБ. Запустите симуляцию. Все пользователи действуют без ошибок.

activeUsers = [1 1 1 1 1 1 1 1];
userGaindB = [0 0 0 0 0 0 0 0];

ber = multiuserInterferenceAndADC(M,noiseFigure,numADCBits,activeUsers,userGaindB);

disp('BER for each user:')
disp(ber)

BER for each user:
     0     0     0     0     0     0     0     0

Многопользовательская система с ADC по каналу AWGN с мощным пользователем

Повторите тот же эксперимент с мощным пользователем. Установите относительное усиление третьего пользователя к 30 дБ. Из-за уменьшения в эффективной степени сигнала по сравнению с шумом квантования (кроме мощного пользователя), пользователи малой мощности сталкиваются с битовыми ошибками, и эффективность BER ухудшается.

userGaindB = [0 0 30 0 0 0 0 0];
ber = multiuserInterferenceAndADC(M,noiseFigure,numADCBits,activeUsers,userGaindB);

disp('BER for each user:')
disp(ber)

BER for each user:
  Columns 1 through 7

    0.0369    0.0374         0    0.0363    0.0366    0.0366    0.0380

  Column 8

    0.0359

Дальнейшее исследование

Узкополосное приложение Проводника Interferer и ADC помогает вам быстро попробовать различные параметры настройки системы, чтобы исследовать эффект мощной узкополосной связи interferer на производительности системы из-за фиксированного полномасштабного напряжения и шума квантования, введенного ADC. Запустите Narrowband Interferer and ADC Explorer app.

Экспериментируйте с различным ОСШ и стоимостями заказов модуляции и узнайте пределы системы, чтобы обработать мощную узкополосную связь interferer.

Многопользовательское приложение Проводника Интерференции и ADC помогает вам быстро попробовать различные параметры настройки системы, чтобы исследовать эффект многопользовательской интерференции на производительности системы из-за фиксированного полномасштабного напряжения и шума квантования, введенного ADC. Запустите Multiuser Interference and ADC Explorer app.