Этот пример иллюстрирует методологию для моделирования на уровне системы и моделирования радиопередающей и приемной системы QPSK 66 ГГц с 32-элементной гибридной антенной формирования луча. Система включает в себя радиочастотные дефекты, эффекты излучения передающей решетки, узкополосную приемную матрицу и приемник основной полосы частот с коррекциями для системных нарушений и декодирования сообщений. Направление формирования луча антенны определяют, используя азимут и углы возвышения, и его оценивают в приемной РЧ-антенне с использованием алгоритма DOA Root Music.
В следующих разделах вы увидите более подробную информацию о конструкции системы.
Верхний уровень этого примера состоит из пяти подсистемных блоков, блока для управления относительным углом между передатчиком и приемником и 2 дисплеев:
Передатчик основной полосы частот QPSK кодирует сообщение «Hello World # # #».
Радиочастотный передатчик с IQ модуляцией, смешиванием, усилением и гибридным формированием луча с помощью схем управления. Модель РЧ передатчика включает в себя дефекты РЧ, такие как шум, нелинейные эффекты и связь антенных элементов.
Идеальный канал, ослабляющий передаваемый сигнал с помощью модели потерь в тракте свободного пространства.
РЧ приемник с двумя узкополосными антеннами приемной решетки, усилением приемника и SNR, 12-битным АЦП с конечным динамическим диапазоном и двумя корневыми алгоритмами MUSIC для оценки угла прихода по азимуту и отметке.
Приемник QPSK, включающий в себя синхронизацию несущей и кадра, демодуляцию и декодирование данных.
Блок, в котором пользователь устанавливает относительный угол между передатчиком и приемником.
Объем анализатора спектра, сравнивающий нормализованные переданные и принятые сигналы и дисплей для принятого сообщения.
model = 'simrfV2_qpsk';
open_system(model)
sim(model)
QPSK передатчик включает в себя подсистему генерации битов, блок модулятора QPSK, блок фильтра косинусной передачи для формирования импульсов и блок усиления. Подсистема генерации битов генерирует кадры. Каждый кадр содержит 26 битов заголовка, за которыми следует полезная нагрузка в 174 бита, 105 битов для сообщения «Hello world # # #» и 69 случайных битов. Полезная нагрузка скремблируется, чтобы гарантировать сбалансированное распределение нулей и единиц для операции восстановления синхронизации в модели приемника.
open_system([model '/QPSK TX'],'force')
РЧ передатчик состоит из трех секций: матричных формирователей луча, гибридной антенны формирования луча и узкополосного блока передающей решетки. 32-элементная гибридная антенна формирования луча разделена на 4 подрешетки. Каждая подрешетка состоит из 8 радиочастотных передатчиков, работающих на частоте 66 ГГц. Антенны представляют собой микрополосковые пластыри. Эти антенные элементы и подрешетки были спроектированы и проверены с помощью сценария MATLAB, который использует Antenna Toolbox™.
Коэффициент усиления антенной решетки в дальнем поле вычисляется с помощью блока системы фазированной решетки Toolbox™ узкополосной передающей решетки. Вычисленная картина излучения представляет собой наложение полей, генерируемых изолированными микрополосковыми участками.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming'])
Передающая матрица направляется в направлении, оцененном приемником. Для демонстрации используются два различных алгоритма формирования диаграммы направленности для вычисления весов, применяемых к четырем субчипам и к элементам каждого субчипа.
Веса субчипов вычисляются с помощью формирователя луча MVDR. Комплексное умножение в формирователе луча MVDR объединяет веса передаваемого сигнала и субматриц, управляя передаваемым сигналом по азимутальному направлению. Сужение используется для уменьшения влияния лепестков решетки.
Фазовые сдвиги, применяемые к восьми элементам подрешеток, вычисляются с помощью алгоритма формирования диаграммы направленности фазового сдвига. Четыре подрешетки применяют одни и те же фазовые сдвиги, которые направляют передатчик вдоль направления возвышения.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming/Beamformers'])
Четыре подрешетки передачи идентичны. Каждая подрешетка выполняет преобразование с повышением частоты до 66 ГГц с использованием квадратурного модулятора и гетеродина с частотой 5 ГГц, за которым следует суперхет-модулятор, который состоит из гетеродина с частотой 61 ГГц, фильтра изображения и фильтра выбора канала. Такие нарушения, как шум, дисбаланс ввода/вывода, утечка LO и нелинейность, включены в соответствующие компоненты подматрицы. Нелинейный усилитель мощности увеличивает коэффициент усиления передатчика, а делитель мощности типа 1-8 Уилкинсона, за которым следуют переменные фазовращатели, соединяет РА с 8 антеннами. Восемь переменных фазовращателей используются для управления лучом. Загрузка антенной подрешетки и связь между антенными элементами моделируется по ее S-параметрам.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming/subarray1'])
Приемник моделируется на более высоком уровне абстракции по сравнению с передатчиком. Приемник использует две ортогональные линейные решетки, каждая с 4 изотропными антенными элементами. Массивы используются для обеспечения пространственного разнесения для идентификации угла прихода. Приемник не реализует никакого алгоритма формирования луча.
Конечный коэффициент усиления и SNR приемника моделируются для каждого из принятых сигналов, за которым следует 12-битовый АЦП с конечным динамическим диапазоном, включающим эффекты насыщения и квантования.
Два корневых алгоритма MUSIC используются для оценки направления прихода с использованием сигналов линейной матрицы. Каждый алгоритм работает по одному измерению, таким образом, вместе можно оценить положение передатчика по азимуту и углам возвышения.
open_system([model '/Receive Array'])
QPSK-приемник из примера Toolbox™ связи QPSK-передатчик и приемник (набор средств связи) используется в этом примере с модификацией. Эти модификации удаляют блоки из этого приемника при отсутствии ухудшения сигнала.
АРУ управляет и стабилизирует амплитуду принятого сигнала, которая влияет на точность синхронизатора символов несущей.
Фильтр приема с увеличенным косинусом обеспечивает согласованную фильтрацию для передаваемого сигнала.
Блок синхронизатора несущей выполняет точную компенсацию частоты.
Блок детектора преамбулы использует известный заголовок кадра (QPSK-модулированный код Баркера) для корреляции с принятыми символами QPSK, чтобы найти местоположение заголовка кадра.
Блок синхронизатора кадров использует информацию о местоположении кадра из детектора преамбулы для выравнивания границ кадра. Второй выходной сигнал блока является логическим скаляром, указывающим, является ли первый выходной сигнал допустимым кадром с требуемым заголовком, и если да, то позволяет запустить подсистему декодирования данных.
Подсистема, разрешающая декодирование данных, выполняет разрешение фазовой неоднозначности, демодуляцию и декодирование текстовых сообщений.
open_system([model '/QPSK Receiver'])
Совокупность входных сигналов для демодулятора QPSK декодера данных составляет
bdclose(model)
clear model;
IQ демодулятор | Миксер | Усилитель мощности
Моделирование и моделирование RF-приемника MIMO, включая формирование луча | Беспроводное цифровое видеовещание с формированием радиочастотных лучей