Введение

Этот пример характеризует влияние РЧ-нарушений, таких как синфазный и квадратурный (IQ) дисбаланс, фазовый шум и нелинейности усилителя мощности (PA) при передаче сигнала LTE. Для оценки влияния этих нарушений в примере выполняются следующие измерения:

Пример работает на основе подкадра за подкадром. Для каждого подкадра рабочий процесс состоит из следующих шагов:

В этом примере эти операции выполняются с использованием модели Simulink ®, в которой функциональные блоки MATLAB ® выполняют обработку сигнала основной полосы частот (этапы 1 и 5), а радиочастотный блок выполняет моделирование радиочастотного передатчика (этапы 2 и 3). Эта модель поддерживаетNormal и Accelerator режимы моделирования.

Структура модели Simulink

Модель содержит три основные части:

modelName = 'RFLTETransmitterModel';
open_system(modelName);

Генерация основной полосы частот

Блок E-TM Waveform генерирует совместимые со стандартами сигналы E-TM [1]. Для генерации формы сигнала можно указать имя TM, полосу пропускания канала, режим дуплексирования и идентификатор соты в блоке формы сигнала E-TM.

Дополнительные сведения о том, как генерировать E-TM, см. в разделе Генерация формы сигнала тестовой модели нисходящей линии связи (E-TM) LTE.

Поскольку пример работает на основе подкадра за подкадром, блок E-TM Waveform генерирует один подкадр за раз. Передача десяти подкадров, соответствующих одному кадру в случае режима дуплексирования FDD, длится 10 мс. Если время моделирования превышает 10 мс, этот блок передает один и тот же кадр циклически. Блок счетчика субкадров сохраняет количество передаваемых субкадров. Если время моделирования больше периода кадра, блок счетчика субкадров сбрасывается в 0 для каждого нового моделируемого кадра.

Радиочастотная передача

Блок РЧ передатчика основан на супергетеродинной архитектуре передатчика. Эта архитектура преобразует принятый сигнал в несущую частоту и применяет фильтрацию полосы пропускания и усиление. Радиочастотные компоненты этого супергетеродинного передатчика:

В дополнение к этим компонентам этот блок РЧ передатчика также включает в себя усилитель с переменным коэффициентом усиления (VGA) для управления уровнем входного обратного отключения (IBO) усилителя высокой мощности (HPA).

set_param(modelName,'Open','off');
set_param([modelName '/RF Transmitter'],'Open','on');

Блок ввода внутри РЧ передатчика преобразует комплексный сигнал основной полосы в РЧ сигнал. Можно изменить центральную частоту этого РЧ-сигнала, изменив параметр Intermediate frequency (MHz): (промежуточная частота) маски блока РЧ-передатчика (в данном примере частота по умолчанию равна 70 МГц). Блок Outport преобразует РЧ-сигнал обратно в сложную основную полосу.

Можно использовать входной буфер перед блоком RF-передатчика для уменьшения количества отсчетов, посылаемых на RF-передатчик. Для простоты входной буфер в текущей конфигурации посылает одну выборку за раз, в результате чего радиочастотный передатчик основан на выборке, т.е. потребляет одну выборку за раз.

Перед отправкой выборок в блок декодирования подкадра выходной буфер (после радиочастотного передатчика) собирает все выборки в подкадре.

Блок задержки, который соединен с блоком счетчика субкадров, учитывает задержки, вызванные буфером. Поскольку длительность задержки эквивалентна передаче подкадра, блок декодирования подкадра не демодулирует выборки, принятые в течение первого периода подкадра.

Компоненты радиочастотного передатчика можно сконфигурировать с помощью маски блока радиочастотного передатчика.

Блок радиочастотного передатчика имеет типичные нарушения, включая:

Прием и измерения основной полосы частот

Блок Декодировать подкадр восстанавливает и строит на графике символы PDSCH в диаграмме созвездия посредством выполнения OFDM-демодуляции принятого подкадра, оценки канала и выравнивания. Этот блок также выполняет измерения EVM в соответствии со спецификациями TS 36.104, приложение E [2]. Эти спецификации предлагают измерение EVM во времени в двух местоположениях (низком и высоком), где низкое и высокое местоположения соответствуют выравниванию окна БПФ в начале и конце циклического префикса соответственно. Дополнительные сведения об измерении EVM см. в разделе Измерение величины вектора ошибок PDSCH (EVM).

Этот пример выполняет измерения EVM, усредненные по выделенным символам PDSCH в поднесущей, блоке ресурсов, символе OFDM, подкадре, кадре и общей сетке. EVM на подкадр измеряется для высокого и низкого местоположений во времени, в то время как другие результаты отображают только самое высокое EVM для обоих местоположений.

Блок анализатора спектра обеспечивает дополнительные измерения, такие как занимаемая полоса пропускания, мощность канала, CCDF и PAPR.

Эффект усилителя мощности

Чтобы охарактеризовать влияние HPA при оценке EVM, можно измерить амплитудно-амплитудную модуляцию (AM/AM) HPA. AM/AM относится к уровням выходной мощности в терминах уровней входной мощности. Вспомогательная функция hPlotHPACurveLTE отображает характеристику AM/AM для HPA, выбранного для этой модели.

hPlotHPACurveLTE();
figHPA = gcf;

P1dB - мощность в точке сжатия 1 дБ и обычно используется в качестве эталона при выборе уровня IBO HPA. Влияние HPA на РЧ-передатчик можно увидеть, проанализировав результаты EVM для различных рабочих точек HPA. Например, сравните случай, когда IBO = 12 дБ, соответствующий HPA, работающему в линейной области, со случаем, когда IBO = 6 дБ, соответствующим HPA, начинающему работать в нелинейной области. Усиление VGA управляет уровнем IBO. Чтобы сохранить линейное поведение VGA, выберите значения усиления ниже 20 дБ.

set_param([modelName '/RF Transmitter'],'vgaGain','0');
sim(modelName);

Low edge EVM, subframe 0: 1.652%
High edge EVM, subframe 0: 1.687%
Low edge EVM, subframe 1: 1.450%
High edge EVM, subframe 1: 1.485%
Low edge EVM, subframe 2: 1.590%
High edge EVM, subframe 2: 1.616%
Low edge EVM, subframe 3: 1.575%
High edge EVM, subframe 3: 1.606%
Low edge EVM, subframe 4: 1.349%
High edge EVM, subframe 4: 1.365%
Low edge EVM, subframe 5: 1.144%
High edge EVM, subframe 5: 1.184%
Low edge EVM, subframe 6: 1.348%
High edge EVM, subframe 6: 1.384%
Low edge EVM, subframe 7: 2.081%
High edge EVM, subframe 7: 2.086%
Low edge EVM, subframe 8: 2.173%
High edge EVM, subframe 8: 2.180%
Low edge EVM, subframe 9: 1.892%
High edge EVM, subframe 9: 1.903%
Averaged low edge EVM, frame 0: 1.659%
Averaged high edge EVM, frame 0: 1.680%
Averaged EVM frame 0: 1.680%
Averaged overall EVM: 1.680%

Согласно TS 36.104 [2] максимальное значение EVM при 64-QAM созвездия составляет 8%. Поскольку общий объем EVM составляет около 1,5%, эта архитектура соответствует требованиям TS 36.104 [2].

set_param([modelName '/RF Transmitter'],'vgaGain','6');
sim(modelName);
slmsgviewer.DeleteInstance();

% Restore to default parameters
set_param([modelName '/RF Transmitter'],'vgaGain','0');

Low edge EVM, subframe 0: 2.936%
High edge EVM, subframe 0: 2.960%
Low edge EVM, subframe 1: 2.670%
High edge EVM, subframe 1: 2.685%
Low edge EVM, subframe 2: 2.680%
High edge EVM, subframe 2: 2.700%
Low edge EVM, subframe 3: 2.664%
High edge EVM, subframe 3: 2.683%
Low edge EVM, subframe 4: 2.592%
High edge EVM, subframe 4: 2.596%
Low edge EVM, subframe 5: 2.342%
High edge EVM, subframe 5: 2.360%
Low edge EVM, subframe 6: 2.559%
High edge EVM, subframe 6: 2.579%
Low edge EVM, subframe 7: 3.655%
High edge EVM, subframe 7: 3.655%
Low edge EVM, subframe 8: 3.626%
High edge EVM, subframe 8: 3.624%
Low edge EVM, subframe 9: 3.194%
High edge EVM, subframe 9: 3.196%
Averaged low edge EVM, frame 0: 2.927%
Averaged high edge EVM, frame 0: 2.938%
Averaged EVM frame 0: 2.938%
Averaged overall EVM: 2.938%

По сравнению с предыдущим случаем диаграмма созвездия более искажена. Что касается измерений, то общий показатель EVM, составляющий около 2,8%, по-прежнему соответствует требованиям TS 36.104 [2].

Если вы хотите заставить HPA работать дальше в нелинейной области, вам нужно будет выполнить избыточную выборку сигнала (примерно в 5 раз больше его полосы пропускания в основной полосе), чтобы моделируемая полоса пропускания была достаточно большой, чтобы захватить внутриполосный спектральный повторный рост.

Резюме и дальнейшие исследования

В этом примере показано, как моделировать и тестировать передачу сигнала LTE. РЧ передатчик состоит из полосового фильтра, усилителей и IQ модулятора. В примере показано влияние нелинейности HPA на производительность радиочастотного передатчика. Можно также изучить влияние изменения других нарушений. Например:

Кроме того, можно проверить измерения CCDF и PAPR с помощью окна Spectrum Analyzer: нажмите кнопку CCDF Measurements на панели инструментов.

Радиочастотный передатчик сконфигурирован для работы со значениями по умолчанию блока E-TM Waveform и с несущей LTE, центрированной на частоте 2140 МГц. Эта несущая находится в пределах рабочего диапазона E-UTRA 1 [3]. При изменении несущей частоты или значений в блоке E-TM Waveform может потребоваться обновить параметры компонентов радиочастотного передатчика, поскольку эти параметры были выбраны для работы с конфигурацией по умолчанию в примере. Например, изменение несущей частоты требует пересмотра полосы пропускания фильтров. Изменение полосы частот формы сигнала может потребовать обновления параметров длительности импульсной характеристики и сдвига частоты фазового шума (Гц) блока IQ модулятора. Сдвиг фазового шума определяет нижнюю границу длительности импульсной характеристики. Если разрешение сдвига частоты фазового шума слишком велико для заданной длительности импульсной характеристики, появляется предупреждающее сообщение, указывающее минимальную длительность, подходящую для требуемого разрешения. Дополнительные сведения см. в разделе Модулятор IQ (RF Blockset).

Этот пример может служить основой для тестирования форм сигналов E-TM для различных РЧ-конфигураций. Блок RF-передатчика можно заменить другой подсистемой RF по своему выбору и соответствующим образом сконфигурировать модель.

Ссылки