Степень смежного канала (ACPR)

Вычисления коэффициента степени смежного канала (ACPR) (также известный как коэффициент утечки смежного канала (ACLR)), характеризуют spectral regrowth в компоненте коммуникационной системы, таком как модулятор или аналоговый передний конец. Нелинейность усилителя вызывает спектральное возрождение. Вычисления ACPR определяют вероятность того, что данная система вызывает помехи смежному каналу.

Многие стандарты передачи, такие как IS-95, CDMA, WCDMA, 802.11 и Bluetooth, содержат определение для измерений ACPR. Большинство стандартов определяют измерения ACPR как отношение средней степени в основном канале и любых смежных каналах. Частоты смещения и полосы пропускания измерения (BW), которые вы используете при получении измерений, зависят от того, какой конкретный промышленный стандарт вы используете. Для образца измерения для усилителей CDMA включают два смещения (от несущей частоты) 885 кГц и 1,98 МГц и измерение BW 30 кГц.

Для получения дополнительной информации смотрите comm.ACPR страница справки.

Получение измерений ACPR

Communications Toolbox™ содержат comm.ACPR Системные object™. В этом руководстве вы получаете измерения ACPR с помощью сигнала связи WCDMA, согласно стандарту 3GPP™ TS 125.104.

Этот пример использует сигналы выборки WCDMA основной полосы частот на входе и выходе нелинейного усилителя. Файл WCDMASignal.mat содержит выборочные данные для использования с руководством. Этот файл разделяет данные на 25 сигнальных снимков по 7e3 выборок каждый и хранит их в столбцах матриц данных, dataBeforeAmplifier и dataAfterAmplifier.

Спецификация WCDMA требует, чтобы вы получали все измерения с использованием частоты дискретизации 3,84 МГц.

Создайте системный объект comm.ACPR и настройте измерения

Определите частоту дискретизации, загрузите файл WCDMA и получите данные путем ввода следующего в MATLAB^® командная строка:

% System sampling frequency, 3.84 MHz chip rate, 8 samples per chip
SampleRate = 3.84e6*8;
load WCDMASignal.mat
% Use the first signal snapshot
txSignalBeforeAmplifier = dataBeforeAmplifier(:,1);
txSignalAfterAmplifier = dataAfterAmplifier(:,1);

Создайте Системный объект comm.ACPR и укажите частоту дискретизации.

hACPR = comm.ACPR('SampleRate',SampleRate)

Системный объект предоставляет следующую информацию:

               NormalizedFrequency: false            
                        SampleRate: 30720000         
              MainChannelFrequency: 0                
          MainMeasurementBandwidth: 50000            
             AdjacentChannelOffset: [-100000 100000] 
      AdjacentMeasurementBandwidth: 50000            
           MeasurementFilterSource: 'None'           
                SpectralEstimation: 'Auto'           
                         FFTLength: 'Next power of 2'
                           MaxHold: false            
                        PowerUnits: 'dBm'            
        MainChannelPowerOutputPort: false            
    AdjacentChannelPowerOutputPort: false

Укажите центральную частоту основного канала и полосу пропускания измерения.
Задайте центральную частоту основного канала, используя MainChannelFrequency свойство. Затем задайте полосу измерения основного канала с помощью MainMeasurementBandwidth свойство.
Для используемых данных основной полосы частот центральная частота основного канала составляет 0 Гц. Стандарт WCDMA задает, что вы получаете степень основного канала с помощью 3.84-MHz полосы пропускания измерения. Укажите их путем ввода следующего.
```
hACPR.MainChannelFrequency = 0;
hACPR.MainMeasurementBandwidth = 3.84e6;
```
Задайте соседние смещения канала и полосы пропускания измерения.
Стандарт WCDMA задает пределы ACPR для четырех смежных каналов, расположенных на 5, -5, 10, -10 МГц от центральной частоты основного канала. Во всех случаях вы получаете степень смежного канала с помощью 3.84-MHz полосы пропускания. Задайте смежные смещения канала и полосы пропускания измерения с помощью AdjacentChannelOffset и AdjacentMeasurementBandwidth свойства.
```
hACPR.AdjacentChannelOffset = [-10 -5 5 10]*1e6;
hACPR.AdjacentMeasurementBandwidth = 3.84e6;
```
Заметьте, что, если полосы измерений для всех смежных каналов равны, вы задаете скалярное значение. Если полосы измерений различаются, задается вектор полосы измерений с длиной, равной длине вектора смещения.
Установите MainChannelPowerOutputPort и AdjacentChannelPowerOutputPort свойства для true путем ввода следующего в командной строке MATLAB:
```
hACPR.MainChannelPowerOutputPort = true
hACPR.AdjacentChannelPowerOutputPort = true
```
Создайте comm.ACPR Системный объект для измерения выхода усилителя.
```
hACPRoutput = clone(hACPR);
```

Получите измерения ACPR

Вы получаете измерения ACPR путем вызова step метод comm.ACPR. Можно также получить измерения мощности для основного и смежных каналов. The PowerUnits свойство задает модуль измерения. Значение свойства по умолчанию равняется дБм (степень, ссылка на одно милливатт (мВт)).

Получите измерения ACPR на входе усилителя:

[ACPR mainChannelPower adjChannelPower] = hACPR(txSignalBeforeAmplifier);

The comm.ACPR Системный объект генерирует следующие выходы данные измерения:

ACPR =

  -68.6668  -54.9002  -55.0653  -68.4604


mainChannelPower =

   29.5190


adjChannelPower =

  -39.1477  -25.3812  -25.5463  -38.9414

Получите измерения ACPR на выходе усилителя:
```
[ACPR mainChannelPower adjChannelPower] = hACPRoutput(txSignalAfterAmplifier)
```
The comm.ACPR Системный объект генерирует следующие входные данные измерения:
```
ACPR =

  -42.1625  -27.0912  -26.8785  -42.4915

mainChannelPower =

   40.6725

adjChannelPower =

   -1.4899   13.5813   13.7941   -1.8190
```
Заметьте увеличение значений ACPR на выходе усилителя. Это увеличение отражает искажение из-за нелинейности усилителя. Стандарт WCDMA определяет, что значения ACPR должны быть ниже -45 д Б при смещениях +/-5 МГ ц и ниже -50 д Б при смещениях +/-10 МГ ц. В этом примере сигнал на входе усилителя соответствует спецификациям, в то время как сигнал на выходе усилителя нет.

Задание фильтра измерения

Стандарт WCDMA задает, что вы получаете измерения ACPR с помощью корневого косинусоидного фильтра. Это также утверждает, что вы измеряете и степень основного канала, и степени смежного канала, используя согласованный фильтр RRC с коэффициентом сгиба 0,22. Фильтр измерения задается с помощью MeasurementFilter свойство. Это значение свойства по умолчанию присваивается полнопроходному фильтру с коэффициентом усиления единицы.

Фильтр должен быть конечная импульсная характеристика, а его реакция должна центрироваться на 0 Гц. Объект ACPR автоматически смещается и применяет фильтр в каждом из заданных основных и смежных полос каналов. (Измерение мощности все еще находится в диапазонах, заданных MainMeasurementBandwidth, и AdjacentMeasurementBandwidth свойства.)

Файл WCDMASignal.mat содержит данные, которые были получены с помощью фильтра касания 96 с коэффициентом срабатывания 0,22.

Создайте фильтр (используя rcosdesign, из Signal Processing Toolbox™ программное обеспечение) и получить измерения путем ввода следующего в командной строке MATLAB:
```
% Scale for 0 dB passband gain
measFilt = rcosdesign(0.22,16,8)/sqrt(8); 
```
Установите фильтр, созданный на предыдущем шаге, в качестве фильтра измерения для объекта ACPR.
```
release(hACPR);
hACPR.MeasurementFilterSource = 'Property';
hACPR.MeasurementFilter = measFilt;
```
Реализуйте тот же фильтр на выходе усилителя путем клонирования comm.ACPR Системный объект.
```
hACPRoutput = clone(hACPR)
```
Получите измерения мощности ACPR на входе усилителя.
```
ACPR = hACPR(txSignalBeforeAmplifier)
```
The comm.ACPR Системный объект генерирует следующие данные измерений:
```
ACPR =
  -71.4648  -55.5514  -55.9476  -71.3909
```
Получите измерения мощности ACPR на выходе усилителя.
```
ACPRoutput = hACPRoutput(txSignalAfterAmplifier)
```
The comm.ACPR Системный объект генерирует следующие данные измерений:
```
ACPR =
   -42.2364  -27.2242  -27.0748  -42.5810
```

Управление спектральной оценкой степени

По умолчанию объект ACPR измеряет степень, используя спектральную оценку степени Уэлча с окном Хэмминга и нулевым процентным перекрытием. Объект использует прямоугольное приближение интеграла для оценок спектральной плотности степени в интересующей полосе измерений. Если вы установите SpectralEstimatorOption на 'User defined', станут доступны несколько свойств, обеспечивающих вам управление разрешением, отклонением и динамической областью значений спектральных оценок.

Включите свойства SegmentLength, OverlapPercent и WindowOption путем ввода следующего в командной строке MATLAB:
```
release(hACPRoutput)
hACPRoutput.SpectralEstimation = 'Specify window parameters'
```
Это изменение позволяет вам настроить спектральные оценки для получения измерений мощности. Для примера можно задать длину сегмента спектральной оценки 1024 и увеличить процент перекрытия до 50%, уменьшая последующее увеличение отклонения. Можно также выбрать окно с большим ослаблением бокового лепестка (по сравнению с Окном Хэмминга по умолчанию).

Создайте спектральную оценку с окном 'Чебышева' и ослаблением боковых лепестков на 200 дБ.

hACPRoutput.SegmentLength = 1024;
hACPRoutput.OverlapPercentage = 50;
% Choosing a Chebyshev window enables a SidelobeAtten property
% you can use to set the side lobe attenuation of the window.
hACPRoutput.Window = 'Chebyshev';
hACPRoutput.SidelobeAttenuation = 200;

Запустите объект, чтобы получить измерения мощности ACPR на выходе усилителя.
```
ACPRoutput = hACPRoutput(txSignalAfterAmplifier)
```
Объект ACPR генерирует следующие данные измерений:
```
ACPR =
  -44.9399  -30.7136  -30.7670  -44.4450
```

Измерьте степень с помощью опции Max-Hold.

Некоторые стандарты связи определяют использование измерений мощности спектра max-hold при вычислении значений ACPR. Такие вычисления сравнивают оценку вектора спектральной плотности степени тока с предыдущей оценкой вектора спектральной плотности накопленной степени с максимальным удержанием. При получении измерений max-hold объект получает оценку вектора спектральной плотности степени, используя входные данные тока. Он получает предыдущий вектор спектральной плотности степени max-hold, от предыдущего вызова объекта. Объект использует максимальные значения в каждом частотном интервале для вычисления средних измерений мощности. Вызов метода сброса очищает спектр max-hold.

Накопьте спектры max-hold для моментальных снимков 25 выходов усилителя и получите измерения ACPR путем ввода следующего в командной строке MATLAB:
```
for idx = 1:24
    hACPRoutput(dataAfterAmplifier(:,idx));
end
ACPRoutput = hACPRoutput(dataAfterAmplifier(:,25))
```
Объект ACPR создает следующие выходы данные:
```
ACPR =

  -43.1123  -26.6964  -27.0009  -42.4803
```

Графическое изображение спектра сигнала

Используйте программное обеспечение MATLAB, чтобы построить график спектральной плотности степени сигналов WCDMA на входе и выходе нелинейного усилителя. График позволяет вам визуализировать спектральные эффекты восстановления, присущие нелинейности усилителя. Заметьте, как измерения отражают спектральное возрождение. (Примечание: следующий код как раз для визуализации спектров сигнала; это не имеет никакого отношения к получению измерений ACPR).

win = hamming(1024);
[PSD1,F] = pwelch(txSignalBeforeAmplifier,win,50,1024,SampleRate,'centered');
[PSD2,F] = pwelch(txSignalAfterAmplifier,win,50,1024,SampleRate,'centered');
plot(F,10*log10(PSD1))
hold on
grid on
plot(F,10*log10(PSD2),'g')
legend('Amplifier input', 'Amplifier output')

Power spectral density plot showing amplifier input and output. Output shows spectral regrowth.

Документация