Этот пример показывает, как охарактеризовать влияние нарушений радиочастоты (RF) в передатчике LTE. Пример генерирует сигнал LTE основной полосы частот, который состоит из экспериментальной модели E-UTRA (E-TM), при помощи LTE Toolbox™ и моделирует RF передатчик при помощи RF Blockset™.
Этот пример характеризует влияние нарушений RF, таких как синфазный и квадратурный (IQ) дисбаланс, шум фазы и нелинейности усилителя степени (PA) в передаче волны LTE. Чтобы оценить влияние этих нарушений, пример выполняет следующие измерения:
Вектор величины (EVM): вектор, различие в установленное время между идеальным (переданным) сигналом и измеренным (принятым) сигналом. Пример выполняет измерения EVM в соответствии со спецификациями, приведенными в TS 36.104, приложение E [2].
Занимаемая полоса: пропускная способность, которая содержит 99% полной интегрированной степени сигнала, сосредоточенного на назначенной частоте канала
Степень канала: фильтрация средней степени с центром на назначенной частоте канала
Дополнительная кумулятивная функция распределения (CCDF): вероятность того, что мгновенная степень сигнала находится на заданном уровне выше средней степени
Отношение пиковой и средней мощности (PAPR): отношение между пиковой степенью сигнала и его средней мощностью
Пример работает на базисе субкадров по субкадрам. Для каждого подкадра рабочий процесс состоит из следующих шагов:
Сгенерируйте сигнал E-TM основной полосы частот с помощью LTE Toolbox.
Импортируйте форму волны основной полосы как радиочастотный сигнал в блок RF-передатчика, реализованный с использованием RF Blockset. Модель использует промежуточную частоту RF, чтобы нести информацию основной полосы в RF Blockset.
Преобразуйте сигнал вверх на несущую частоту с помощью радиочастотного передатчика. Можно точно смоделировать нарушения, введенные фактическим RF-передатчиком, используя компоненты, доступные в RF Blockset.
Вычислите занимаемую полосу пропускания, степень канала, CCDF и PAPR с помощью блока Spectrum Analyzer.
Измерьте EVM путем демодуляции формы волны основной полосы частот.
Этот пример выполняет эти операции с помощью модели Simulink ®, в которой блоки MATLAB ® Function осуществляют обработку сигнала основной полосы частот (шаги 1 и 5), а RF Blockset выполняет моделирование передатчика RF (шаги 2 и 3). Эта модель поддерживает Normal и Accelerator режимы симуляции.
Модель содержит три основные части:
Baseband Waveform Generation: генерирует модулирующие сигналы E-TM
RF Transmission: преобразует сигнал вверх к несущей частоте
Прием и измерения основной полосы частот: выполняет измерения RF и вычисляет EVM путем демодуляции формы волны основной полосы частот
modelName = 'RFLTETransmitterModel';
open_system(modelName);
Блок E-TM Waveform генерирует совместимые со стандартом формы волны E-TM [1]. Для генерации сигналов можно задать имя TM, пропускную способность канала, режим дуплекса и тождества камеры в блоке E-TM Waveform.
Для получения дополнительной информации о том, как сгенерировать E-TM, смотрите LTE Nownlink Test Model (E-TM) Waveform Generation.
Когда пример работает на базисе субкадров по субкадрам, блок E-TM Waveform генерирует по одному субкадру за раз. Передача десяти субкадров, соответствующих одной системе координат в случае режима дуплекса FDD, длится 10 мс. Если время симуляции больше 10 мс, этот блок циклически передает одну и ту же систему координат. Блок Subframe Counter сохраняет количество переданных в данный момент субкадров. Если время симуляции больше, чем период системы координат, блок Subframe Counter сбрасывается на 0 для каждого нового моделируемой системы координат.
Блок RF-передатчика основан на архитектуре супергетеродинного передатчика. Эта архитектура преобразует принятую форму волны в частоту несущей и применяет фильтрацию и усиление полосы пропускания. Радиочастотные компоненты этого супергетеродинного передатчика:
Модулятор IQ, состоящий из смесителей, фазы и локального генератора
Полосовой фильтр
Усилитель степени
В дополнение к этим компонентам этот блок RF-передатчика также включает в себя усилитель переменного усиления (VGA) для управления уровнем отката входного входа (IBO) усилителя высокой степени (HPA).
set_param(modelName,'Open','off'); set_param([modelName '/RF Transmitter'],'Open','on');
Блок Inport внутри RF передатчика преобразует комплексную форму волны полосы частот в RF сигнал. Можно варьировать центральную частоту этого RF сигнала путем изменения Промежуточной частоты (МГц): параметр RF Передатчика блочной маски (в этом примере частота по умолчанию является 70 МГц). Блок Outport преобразует RF сигнал обратно в сложную полосу частот.
Можно использовать входной буфер перед блоком RF-передатчика, чтобы уменьшить количество выборок, отправленных в RF-передатчик. Для простоты Входной Буфер в текущем строении отправляет по одной выборке за раз, в результате чего РЧ Передатчик основывается на выборке, то есть потребляет по одной выборке за раз.
Перед отправкой выборок в блок Decode Subframe, выходной буфер (после RF-передатчика) собирает все выборки в подкадре.
Блок Delay, который соединяется с блоком Subframe Counter, учитывает вызванные буфером задержки. Поскольку длительность задержки эквивалентна передаче субкадра, блок Decode Subframe не демодулирует выборки, принятые в течение первого периода субкадра.
Можно сконфигурировать компоненты RF-передатчика с помощью маски блока RF-передатчика.
Блок RF-передатчика показывает типичные нарушения, включая:
Разбаланс I/Q в результате несоответствия усиления или фазы между параллельными секциями цепи передатчика, имеющими отношение к путям сигнала IQ
Фазовый шум как эффект, непосредственно связанный с тепловым шумом в активных устройствах генератора
Нелинейности ПА из-за ограничения степени постоянного тока, когда усилитель работает в области насыщения
Блок Decode Subframe восстанавливает и строит графики символов PDSCH в схеме созвездия путем выполнения OFDM демодуляции принятого субкадра, оценки канала и эквализации. Этот блок также выполняет измерения EVM в соответствии со спецификациями в TS 36.104, приложение E [2]. Эти спецификации предлагают измерять EVM в двух местах во времени (низком и высоком), где низкое и высокое местоположения соответствуют выравниванию окна БПФ в пределах начала и конца циклического префикса, соответственно. Для получения дополнительной информации о том, как измерить EVM, смотрите Измерение величины вектора ошибок PDSCH (EVM).
Этот пример выполняет измерения EVM, усредненные по выделенным символам PDSCH в поднесущей, ресурсном блоке, символе OFDM, подкадре, системе координат и общей сетке. EVM на каждый субкадр измеряется для высоких и низких местоположений во времени, в то время как другие результаты показывают только самый высокий EVM для обоих местоположений.
Блок Spectrum Analyzer обеспечивает дополнительные измерения, такие как занимаемая полоса пропускания, степень канала, CCDF и PAPR.
Чтобы охарактеризовать влияние HPA в оценке EVM, можно измерить амплитудно-амплитудную модуляцию (AM/AM) HPA. AM/AM относится к уровням выходной степени с точки зрения входных уровней степени. Функция помощника hPlotHPACurveLTE отображает характеристику AM/AM для HPA, выбранной для этой модели.
hPlotHPACurveLTE(); figHPA = gcf;
P1dB является степенью в точке сжатия 1 дБ и обычно используется как ссылка при выборе уровня IBO HPA. Вы можете увидеть влияние HPA на RF передатчик, 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, соответствующий HPA, начинает работать в нелинейной области. Коэффициент усиления VGA управляет уровнем IBO. Чтобы сохранить линейное поведение VGA, выберите значения усиления ниже 20 дБ.
Линейная HPA (IBO = 12 дБ). Для работы на уровне IBO 12 дБ установите параметр Available power gain блока VGA в 0 дБ. Чтобы симулировать целую систему координат, запустите симуляцию достаточно долго, чтобы захватить 10 подкадров (время остановки, равное 10 мс). Во время симуляции модель отображает спектр и сигнальное созвездие.
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].
Нелинейная HPA (IBO = 6 дБ). Для работы на уровне IBO 6 дБ установите параметр Available power gain блока VGA в 6 дБ.
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 схема созвездия более искажена. Что касается измерений, то общий EVM, около 2,8%, по-прежнему соответствует требованиям TS 36.104 [2].
Если вы хотите подтолкнуть HPA к работе дальше в нелинейной области, вам нужно будет переопределить сигнал (примерно в 5 раз больше его полосы частот основной полосы), чтобы шумовая полоса симуляции была достаточно большой, чтобы захватить внутриполосное спектральное возрождение.
Этот пример демонстрирует, как смоделировать и протестировать передачу сигнала LTE. Радиочастотный передатчик состоит из полосно-пропускающего фильтра, усилителей и модулятора IQ. Пример подсвечивает эффект нелинейностей HPA на эффективность RF-передатчика. Можно исследовать влияние изменения и других нарушений. Для примера:
Увеличьте разбаланс I/Q при помощи параметров несоответствия коэффициента усиления I/Q (dB) и несоответствия фазы I/Q (Deg) на вкладке IQ Modulator блока RF-передатчика.
Увеличьте шум фазы при помощи параметров Phase noise offset (Hz) и Phase noise level (dBc/Hz) на вкладке IQ Modulator блока RF Transmitter.
Кроме того, можно проверить измерения CCDF и PAPR с помощью окна Spectrum Analyzer: нажмите кнопку CCDF Measurements на панели инструментов.
Передатчик RF сконфигурирован для работы со значениями по умолчанию блока E-TM Waveform и с несущей LTE с центром 2140 МГц. Эта несущая находится в пределах рабочей полосы 1 [3] E-UTRA. Если вы изменяете несущую частоту или значения в блоке E-TM Waveform, вам, возможно, потребуется обновить параметры компонентов RF-передатчика, так как эти параметры были выбраны для работы с строением по умолчанию примера. Для образца изменение частоты несущей требует пересмотра полосы пропускания фильтров. Изменение полосы пропускания формы волны может потребовать обновления параметров длительности Импульсной характеристики и Фазы смещения частоты шума (Гц) блока IQ Modulator. Смещение фазы шума определяет нижний предел длительности импульсной характеристики. Если фаза разрешение смещения частоты шума слишком велико для заданной длительности импульсной характеристики, появляется предупреждающее сообщение, указывающее минимальную длительность, подходящую для необходимого разрешения. Для получения дополнительной информации см. IQ Modulator (RF Blockset).
Этот пример может быть базисом для проверки сигналов E-TM для различных строений RF. Можно заменить блок RF Transmitter другой подсистемой RF по вашему выбору и соответствующим образом сконфигурировать модель.
3GPP ТС 36.141 "E-UTRA; Тестирование соответствия базовой станции (BS) "3-ья Генерация Партнерский проект; Группа технических спецификаций Радиосеть доступ.
3GPP ТС 36.104 "E-UTRA; радиопередача и прием базовой станции (BS) "3-ья Генерация партнерский проект; Группа технических спецификаций Радиосеть доступ.
3GPP TS 36.101. "E-UTRA; Пользовательское оборудование (UE) радиопередача и прием ". 3-ья Генерация Партнерский проект; Группа технических спецификаций Радиосеть доступ.