Моделирование передатчика RF mmWave с Гибридным Beamforming

Этот пример иллюстрирует методологию для моделирования уровня системы и симуляции QPSK на 66 ГГц передача RF, и получите систему с гибридом с 32 элементами beamforming антенна. Система включает недостатки RF, воздействия радиации передачи массивов, узкополосная связь получает массив и основополосный приемник с коррекциями для системных нарушений и декодированием сообщений. Антенна beamforming направление задана с помощью азимута и углов возвышения, и это оценивается в RF, получают антенну с помощью Корневого Музыкального алгоритма DOA.

В следующих разделах вы будете видеть больше деталей о разработке системы.

Описание модели

Верхний уровень этого примера состоит из пяти блоков подсистемы, блок, чтобы управлять относительным углом между передатчиком и приемником и 2 отображениями:

  • Основополосный передатчик QPSK кодирует сообщение "Hello World ###".

  • Передатчик RF с модуляцией IQ, смешиванием, усилением и гибридом beamforming со схемой управления. Модель передатчика RF включает недостатки RF, такие как шум, нелинейные эффекты и связь антенного элемента.

  • Идеальный канал, ослабляющий переданный сигнал с моделью потерь при распространении в свободном пространстве.

  • Приемник RF с двумя узкополосной связью получает антенны массивов, усиление приемника и ОСШ, 12-битный ADC с конечным динамическим диапазоном и два корневых алгоритма MUSIC для угла оценки прибытия вдоль азимута и вертикального изменения.

  • Приемник QPSK, включая поставщика услуг и синхронизацию системы координат, демодуляцию и декодирование данных.

  • Блок, где пользователь устанавливает относительный угол между передатчиком и приемником.

  • 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 системы координат. Каждая система координат 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 приемника.

open_system([model '/QPSK TX'],'force')

Передатчик RF

Передатчик RF состоит из трех разделов: формирователи луча массивов, гибрид beamforming антенна и блок Narrowband Transmit Array. Гибрид с 32 элементами beamforming антенна разделен на 4 подрешетки. Каждая подрешетка состоит из 8 передатчиков RF, действующих на уровне 66 ГГц. Антенны являются микрополосковыми закрашенными фигурами. Эти антенные элементы и подрешетки были спроектированы 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 приемником. В демонстрационных целях используются для расчета два различных beamforming алгоритма, веса применились к этим четырем подрешеткам и элементам каждой подрешетки.

Веса подрешеток вычисляются с формирователем луча MVDR. Комплексное умножение в формирователе луча MVDR комбинирует переданный сигнал и веса подрешеток, регулируя переданный сигнал вдоль направления азимута. Сужение используется, чтобы уменьшать эффекты скрипучих лепестков.

Сдвиги фазы применились к восьми элементам подрешетки, вычисляются с фазовращателем beamforming алгоритм. Эти четыре подрешетки применяют те же сдвиги фазы, которые регулируют передатчик вдоль направления вертикального изменения.

open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming/Beamformers'])

Передайте подрешетки

Четыре подрешетки передачи идентичны. Каждая подрешетка выполняет повышающее преобразование к 66 ГГц с помощью квадратурного модулятора и локального генератора на 5 ГГц, сопровождаемого модулятором супергетеродинного приемника, который состоит из локального генератора на 61 ГГц, фильтра изображений и фильтра выбора канала. Нарушения, такие как шум, разбаланс I/Q, утечка LO и нелинейность включены в соответствующие компоненты подрешетки. Нелинейный усилитель мощности увеличивает усиление передатчика и тип Уилкинсона 1 к 8, делитель степени, сопровождаемый переменными фазовращателями, соединяет PA с 8 антеннами. Восемь переменных фазовращателей используются, чтобы регулировать луч. Загрузка подрешетки антенны и связь, промежуточная антенные элементы, моделируются ее S-параметрами.

open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming/subarray1'])

Получите массив

Приемник моделируется на более высоком уровне абстракции по сравнению с передатчиком. Приемник использует две ортогональных линейных матрицы, каждого с 4 изотропными антенными элементами. Массивы используются, чтобы обеспечить пространственное разнообразие для идентификации угла прибытия. Приемник не реализует beamforming алгоритма.

Приемник 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 в терминах азимута и углов возвышения.

open_system([model '/Receive Array'])

Приемник QPSK

Приемник QPSK от Передатчика QPSK Communications Toolbox™ в качестве примера и Приемник (Communications Toolbox) используются в этом примере с модификацией. Эти модификации удаляют блоки из этого приемника, 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 системы координат (модулируемый QPSK код Кусачек для снятия оболочки), чтобы коррелировать против полученных символов QPSK, чтобы найти местоположение заголовка системы координат.

  • Блок Frame Synchronizer использует информацию о местоположении системы координат от Детектора Преамбулы, чтобы выровнять контуры системы координат. Второй выход блока является булевым скаляром, указывающим, является ли первый выход допустимой системой координат 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'])

Созвездие входного сигнала для Демодулятора QPSK декодера данных

bdclose(model)
clear model;

Смотрите также

Демодулятор IQ | Микшер | Усилитель мощности

Похожие темы

Моделирование и симуляция MIMO приемник RF включая Beamforming | Беспроводное цифровое телевидение с RF Beamforming

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте