Эта модель показывает спутниковую ссылку, используя блоки из Communications Toolbox™, чтобы симулировать следующие нарушения:
Незабываемая нелинейность
Потери при распространении в свободном пространстве
Допплеровская ошибка
Тепловой шум приемника
Фазовый шум
Синфазный и квадратурная неоднородность
Смещения постоянного тока
Модель опционально исправляет большинство из этих нарушений.
Путем моделирования добавок и ослаблений в ссылке эта модель реализует вычисление бюджета ссылки, которое определяет может ли нисходящий канал быть закрыт с заданной частотой битовой ошибки (BER). Блоки добавок и ослаблений, включая блок Потерь при распространении в свободном пространстве и блок Приемника Теплового шума, определяют скорость передачи данных, которая может поддерживаться на ссылку в аддитивном канале белого Гауссова шума.
Пример подсвечивает и модель спутниковой ссылки, и ее возможностей сигналов. Модель состоит из передатчика Satellite Nowlink, пути нисходящего канала и приемника нисходящего канала наземной станции.
Блоки, которые соответствуют каждому из этих разделов,
Спутниковый нисходящий передатчик
Bernoulli Binary Generator - Создает случайный поток двоичных данных.
Прямоугольный модулятор QAM Baseband - Преобразует поток данных в 16-QAM созвездие.
Фильтр передачи приподнятого косинуса - усиливает и формирует модулируемый сигнал с помощью квадратного корня, повышенного форму импульса косинуса.
HPA Nonlinearity with Optional Digital Predistortion (Усилитель Высокой Степени) - моделирует усилитель трубы бегущей волны (TWTA) с помощью опции модели Салеха Нелинейности без памяти и опционально корректирует AM/AM и AM/PM с помощью блока Цифрового Предварительного Искажения.
Gain (Tx Dish Antenna Gain) - Применяет усиление передатчика параболической антенны.
Нисходящий путь
Потери при распространении в свободном пространстве (Nowlink Path) - ослабляют сигнал потерь при распространении в свободном пространстве.
Фаза/Частота Смещения (доплеровская ошибка) - вращает сигнал к модели доплеровской ошибки на ссылку.
Приемник нисходящего канала наземной станции
Gain (Rx Dish Antenna Gain) - применяет коэффициент усиления параболической антенны дискретизации приемника.
Приемник Тепловой Шум (Satellite Receiver System Temp) - добавляет белый Гауссов шум, который представляет эффективную системную температуру приемника.
Фазовый шум - Представляет случайные фазовые возмущения, которые являются результатом шума 1/f или мерцания фазы.
Разбаланс I/Q - Представляет смещение постоянного тока, амплитудный дисбаланс или разбаланс фазы к сигналу.
LNA (Low Noise Amplifier) - применяет коэффициент усиления малошумящего усилителя.
Приподнятый фильтр приема косинуса - применяет согласованный фильтр к модулированному сигналу с помощью квадратного корня, приподнятого формы косинуса.
Блокировщик постоянного тока - компенсирует смещение постоянного тока в блоке Разбаланса I/Q.
Блок AGC - Устанавливает степень сигнала на желаемый уровень.
Разбаланс I/Q - Оценивает и удаляет разбаланс I/Q из сигнала слепым адаптивным алгоритмом.
Doppler Correction - Использует блок Carrier Synchronizer, чтобы компенсировать смещение несущей частоты из-за Доплера.
Прямоугольный демодулятор QAM Baseband - Демпфирует поток данных из 16-QAM пространства созвездий.
Дважды кликните маркированный блок Параметров модели, чтобы просмотреть настройки параметра для модели. Все эти параметры настраиваются. Чтобы внести изменения в параметры во время работы модели, примените их в диалоговом окне, а затем обновите модель через ctrl + d. Параметрами являются:
Высота спутника (км) - расстояние между спутником и наземной станцией. Изменение этого параметра обновляет блок Потери при Распространении в Свободном Пространстве. Настройка по умолчанию - 35600.
Частота (МГц) - несущая частота ссылки. Изменение этого параметра обновляет блок Потери при Распространении в Свободном Пространстве. Настройкой по умолчанию является 4000.
Диаметры передающей и приемной антенны (m) - первый элемент в векторе представляет диаметр передающей антенны и используется для вычисления усиления в блоке Tx Dish Antenna Gain. Второй элемент представляет диаметр приемной антенны и используется для вычисления усиления в блоке Rx Dish Antenna Gain. Настройкой по умолчанию является [.4 .4].
Шумовая температура (K) - Позволяет вам выбрать из четырех эффективных шумовых температур системы приемника. Выбранная температура шума изменяет температуру шума блока Receiver Thermal Noise. Настройкой по умолчанию является 20 К. Варианты:
0 (no noise) - Используйте эту настройку, чтобы просмотреть другие нарушения RF без возмущающих эффектов шума.
20 (very low noise level) - Используйте эту настройку, чтобы просмотреть, как легко низкий уровень шума может в сочетании с другими нарушениями RF ухудшить эффективность ссылки.
290 (typical noise level) - Используйте эту настройку, чтобы просмотреть, как работает типичный тихий спутниковый приемник.
500 (high noise level) - Используйте эту настройку, чтобы просмотреть поведение приемника, когда рисунок шума системы составляет 2,4 дБ, а температура шума антенны 290K.
HPA backoff level - позволяет выбрать один из трех уровней backoff. Этот параметр используется, чтобы определить, как близко управляется усилитель высокой степени спутника к насыщению. Выбранный откат используется, чтобы задать входной и выходной коэффициент усиления блока Memoryless Nonlinearity. Настройка по умолчанию является 30 дБ (незначительная нелинейность). Выбор:
30 dB (negligible nonlinearity) - Устанавливает средний вход степени 30 децибелов ниже входа степени, которая вызывает насыщение усилителя (то есть точку, в которой кривая усиления становится плоской). Это вызывает незначительное преобразование AM-в-AM и AM-в-PM. Преобразование AM-в-AM является показателем того, как амплитудная нелинейность изменяется с величиной сигнала. Преобразование AM-в-PM является мерой того, как изменяется нелинейность фазы с величиной сигнала.
7 dB (moderate nonlinearity) - Устанавливает средний вход степени 7 децибелов ниже входа степени, которая вызывает насыщение усилителя. Это вызывает умеренное преобразование AM-в-AM и AM-в-PM, что исправимо при цифровом предварительном искажении.
1 dB (severe nonlinearity) - Устанавливает средний вход степени 1 децибел ниже входа степени, которая вызывает насыщение усилителя. Это вызывает серьезное преобразование AM-в-AM и AM-в-PM и не корректируется при цифровом предварительном искажении.
Допплеровская ошибка - Позволяет вам выбрать одно из двух значений Доплера. Выбор обновляет блок Phase/Frequency Offset (Doppler Error). Настройкой по умолчанию является 0 Hz. Выбор:
0 Hz - Нет Допплера в ссылке.
3 Hz - Добавляет смещение несущей частоты 3 Гц.
Фаза шум - позволяет вам выбрать из трех значений фазы шума в приемник. Выбор обновляет блок Phase Noise. Настройкой по умолчанию является Negligible (-100 dBc/Hz @ 100 Hz). Выбор:
Negligible (-100 dBc/Hz @ 100 Hz) - Почти никакой фазы шума.
Low (-55 dBc/Hz @ 100 Hz) - Достаточно фаза шума, чтобы быть видимым как в спектральной, так и в I/Q областях, и вызвать битовые ошибки в сочетании с тепловым шумом или другими нарушениями RF.
High (-48 dBc/Hz @ 100 Hz) - Достаточно шума фазы, чтобы вызвать ошибки без сложения теплового шума или других нарушений RF.
Разбаланс I/Q и смещение постоянного тока - позволяет вам выбрать из пяти типов синфазного и квадратурного дисбаланса в приемнике. Выбор обновляет блок Разбаланс I/Q. Настройкой по умолчанию является None. Выбор:
None - Никаких дисбалансов.
Amplitude imbalance (3 dB) - Применяет коэффициент усиления 1,5 дБ к синфазному сигналу и коэффициент усиления -1,5 дБ к квадратурному сигналу.
Phase imbalance (20 deg) - Вращает синфазный сигнал на 10 степени и квадратурный сигнал на -10 степени.
In-phase DC offset (1e-8) - добавляет смещение постоянного тока 1e-8 к амплитуде синфазного сигнала. Это смещение изменяет принятую сигнальным созвездием схему, но не вызывает ошибок на ссылку, если только это не сочетается с тепловым шумом или другими нарушениями RF.
Quadrature DC offset (5e-8) - добавляет смещение постоянного тока 5e-8 к квадратурной амплитуде сигнала. Это смещение вызывает ошибки в ссылке, даже если не сочетается с тепловым шумом или другим нарушением RF. Это смещение также вызывает скачок постоянного тока в спектре принимаемого сигнала.
Цифровое предварительное искажение - Позволяет включать или отключать подсистему Цифровое предварительное искажение. Настройкой по умолчанию является Disabled.
Коррекция смещения постоянного тока - позволяет включать или отключать подсистему блокировки постоянного тока. Настройкой по умолчанию является Disabled.
Допплеровская коррекция - Позволяет включать или отключать подсистему Допплеровская коррекция. Настройкой по умолчанию является Disabled.
Коррекция разбаланса I/Q - позволяет включать или отключать подсистему коррекции разбаланса I/Q. Настройкой по умолчанию является Disabled.
При запуске этой модели активны следующие отображения:
Спектр степени - Двойной клик по этому блоку Open Scopes позволяет вам просмотреть спектр модулированного/фильтрованного сигнала (желтый) и принятого сигнала перед демодуляцией (синий).
Сравнение двух спектров позволяет вам просмотреть эффект следующих нарушений RF:
Спектральное возрождение из-за нелинейностей HPA, вызванных блоком Memoryless Nonlinearity
Тепловой шум, вызванный блоком Receiver Thermal Noise
Фазовое мерцание (то есть шум 1/f), вызванное блоком Phase Noise
HPA AM/AM и AM/PM - двойной клик по этому блоку Open Scopes позволяет вам просмотреть преобразования AM/AM и AM/PM после HPA. Эти графики позволяют вам просмотреть влияние, которое блок Digital Predistortion и HPA оказывают на линейность сигнала.
Созвездие До и После HPA - Двойной клик по этому блоку Open Scopes позволяет вам сравнить созвездие переданного сигнала до (желтый) и после (синий) HPA. Усиление усилителя заставляет выходной сигнал HPA быть больше, чем входной сигнал HPA. Этот график позволяет вам просмотреть комбинированный эффект нелинейности HPA и цифрового предварительного искажения.
End to End Constellation - Двойной клик по этому блоку Open Scopes позволяет вам сравнить ссылку 16-QAM созвездие (красный) с полученным созвездием QAM перед демодуляцией (желтый). Сравнение этих созвездий схем позволяет вам просмотреть влияние всех нарушений RF на принятый сигнал и эффективность компенсаций.
Вероятность битовой ошибки (BER) отображения - В правом нижнем углу модели находится отображение BER модели. Расчет BER можно сбросить вручную, дважды нажав на зеленую кнопку «Double-click to reset BER». Это позволяет вам просмотреть влияние изменений параметра во время работы модели.
В этом разделе описываются некоторые способы, которые можно изменить параметры модели, чтобы экспериментировать с эффектами блоков из библиотеки RF Impairments и других блоков в модели. Можно дважды кликнуть блок с меткой «Параметры модели» в модели и попробовать некоторые из следующих сценариев:
Соедините усиления и потери - измените температуру шума на 290 (typical noise level), 0 (no noise) или 500 (high noise level). Измените значение параметров Satellite altitude (км) или Satellite frequency (МГц), чтобы изменить потери при распространении в свободном пространстве. В сложение увеличения или уменьшите параметр Передающей и приемной антенны (m), чтобы увеличить или уменьшить степень принимаемого сигнала. Можно просмотреть изменения в полученном созвездии в области схемы принятых сигнальных созвездий и изменения в мощности приемника в анализаторе спектра.
Увеличение формирования импульса косинуса - Убедитесь, что температура шума установлена на 0 (no noise). Включите Созвездие До и После возможностей ВВД. Обратите внимание, что фильтр приподнятого косинуса с квадратным корнем приводит к межсимвольной интерференции (ISI). Это приводит к тому, что точки рассеиваются свободно вокруг идеальных точек созвездия, которые вы можете увидеть в схеме созвездия After HPA. Квадратный корень фильтр приподнятого косинуса в приемник, в сочетании с передающим фильтром, управляет ISI, который можно увидеть в полученной сигнальным созвездием схеме.
Преобразование HPA AM-в-AM и преобразование AM-в-PM - Измените параметр обратного уровня HPA на 7 dB (moderate nonlinearity) и наблюдать преобразования AM-в-AM и AM-в-PM путем сравнения фильтрованной диаграммы сигнального созвездия передачи с сигналом RRC после схемы созвездия HPA. Обратите внимание, как преобразование AM-в-AM изменяется в соответствии с различными амплитудами сигнала. Вы также можете просмотреть эффект этого преобразования на принятом сигнале в принятой сигнальным созвездием схеме. В сложение можно наблюдать спектральное возрождение в анализаторе спектра принимаемого сигнала. Вы также можете просмотреть изменение фазы в принятом сигнале в возможности принятого сигнального созвездия.
Цифровое предварительное искажение При установленном флажке Цифровое предварительное искажение измените параметр уровня отставания HPA на 30 dB (negligible nonlinearity), 7 dB (moderate nonlinearity), и 1 dB (severe nonlinearity) чтобы просмотреть эффект цифрового предварительного искажения на нелинейность HPA.
Шум фазы плюс преобразование AM-в-AM - Установите параметр Phase Noise в High и наблюдать увеличение отклонения в тангенциальном направлении в полученной сигнальным созвездием схеме. Также обратите внимание, что этого уровня фазы шума достаточно, чтобы вызвать ошибки в канале без ошибок в противном случае.
Смещение постоянного тока и компенсация смещения постоянного тока - Установите параметр разбаланса I/Q и смещения постоянного тока равным In-phase DC offset (1e-8) и посмотрим сдвиг созвездия в схеме принятых сигнальных созвездий. Установите коррекцию смещения постоянного тока равной Enabled и просмотрите принятую сигнальным созвездием схему, чтобы просмотреть, как блок смещения постоянного тока оценивает значение смещения постоянного тока и удаляет его из сигнала. Установите компенсацию смещения постоянного тока равной Disabled и измените разбаланс I/Q на Quadrature DC offset (5e-8). Просмотрите изменения в принятой сигнальным созвездием схеме для большого смещения постоянного тока и пика постоянного тока в спектре принимаемого сигнала. Обратите внимание, что LNA усиливает небольшие смещения постоянного тока, так что они видны на схеме созвездия с гораздо большими пределами по осям. Установите компенсацию смещения постоянного тока равной Enabled и просмотрите принятую сигнальным созвездием схему и спектральный анализатор, чтобы увидеть, как удаляется компонент постоянного тока.
Амплитудный дисбаланс - С отключенной коррекцией разбаланса I/Q установите параметр Разбаланс I/Q и смещение DC в Amplitude imbalance (3 dB) для просмотра эффекта несбалансированных коэффициентов усиления I и Q в полученной сигнальным созвездием схеме. Включите коррекцию разбаланса I/Q, чтобы компенсировать амплитудный дисбаланс.
Допплер и Допплеровская компенсация - Отключить Допплеровскую коррекцию путем снятия флажка Допплеровская коррекция. Установите допплеровскую ошибку на 3 Hz показать эффект некорректированного Допплера на полученной сигнальным созвездием схеме. Включите допплеровскую коррекцию, чтобы показать, что синхронизатор поставщика услуг восстанавливает полученное созвездие. Повторите упражнение с различным разбалансом I/Q и смещениями постоянного тока.
[1] Saleh, Adel A.M., «Frequency-Independent and Frequency-Dependent Nonlinear Models of TWT Amplifiers», IEEE ® Transactions on Communications, Vol. COM-29, No11, November 1981.
[2] Касдин, Н.Ж., "Дискретная симуляция цветных шумовых и стохастических процессов и 1/( f ^ alpha); Энергетическое право, шумовая генерация, "Труды IEEE, том 83, № 5, май 1995 года.
[3] Kasdin, N. Jeremy, and Todd Walter, «Discrete Simulation of Power Law Noise», IEEE Frequency Control Symposium 1992.
[4] Sklar, Bernard, Digital Communications: Основы и приложения, Englewood Cliffs, N.J., Prentice Hall, 1988.
