Моделирование передатчика RF mmWave с Гибридным Beamforming
Этот пример иллюстрирует методологию для моделирования уровня системы и симуляции QPSK на 66 ГГц передача RF, и получите систему с гибридом с 32 элементами beamforming антенна. Система включает недостатки RF, воздействия радиации передачи массивов, узкополосная связь получает массив и основополосный приемник с коррекциями для системных ухудшений и декодированием сообщений. Антенна beamforming направление задана с помощью азимута и углов возвышения, и это оценивается в RF, получают антенну с помощью Корневого Музыкального алгоритма DOA.
В следующих разделах вы будете видеть больше деталей о разработке системы.
Описание модели
Верхний уровень этого примера состоит из пяти блоков подсистемы, блок, чтобы управлять относительным углом между передатчиком и приемником и 2 отображениями:
Основополосный передатчик QPSK кодирует сообщение "Hello World ###".
Передатчик RF с модуляцией IQ, смешиванием, усилением и гибридом beamforming со схемой управления. Модель передатчика RF включает недостатки RF, такие как шум, нелинейные эффекты и связь антенного элемента.
Идеальный канал, ослабляющий переданный сигнал с моделью потерь при распространении в свободном пространстве.
Приемник RF с двумя узкополосной связью получает антенны массивов, усиление приемника и ОСШ, 12-битный ADC с конечным динамическим диапазоном и два корневых алгоритма MUSIC для угла оценки прибытия вдоль азимута и вертикального изменения.
Приемник QPSK, включая несущую и кадровую синхронизацию, демодуляцию и декодирование данных.
Блок, где пользователь устанавливает относительный угол между передатчиком и приемником.
Спектр осциллограф анализатора, сравнивающий нормированные переданные и полученные сигналы и отображение для полученного сообщения.
model = 'simrfV2_qpsk';
open_system(model)
sim(model)
Передатчик QPSK
Передатчик QPSK включает немного подсистемы Генерации, блок QPSK Modulator, блок Raised Cosine Transmit Filter для импульсного формирования и блок Gain. Битная подсистема Генерации генерирует системы координат. Каждая система координат содержит 26 битов заголовка, сопровождаемых полезной нагрузкой 174 битов, 105 битов для сообщения 'Hello World ###' и 69 случайных битов. Полезная нагрузка скремблирована, чтобы гарантировать сбалансированное распределение нулей и единицы для операции восстановления синхронизации в модели приемника.
open_system([model '/QPSK TX'],'force')
Передатчик RF
Передатчик RF состоит из трех разделов: формирователи луча массивов, гибрид beamforming антенна и блок Narrowband Transmit Array. Гибрид с 32 элементами beamforming антенна разделен на 4 подрешетки. Каждая подрешетка состоит из 8 передатчиков RF, действующих на уровне 66 ГГц. Антенны являются микрополосковыми закрашенными фигурами. Эти антенные элементы и подрешетки были спроектированы и проверены со скриптом MATLAB, который использует Antenna Toolbox™.
Далекое полевое усиление антенной решетки вычисляется с блоком Phased Array System Toolbox™ Narrowband Transmit Array. Вычисленная диаграмма направленности является суперпозицией полей, сгенерированных изолированными микрополосковыми закрашенными фигурами.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming'])
Передайте формирователи луча массивов
Массив передачи управляется к направлению, оцененному приемником. В демонстрационных целях используются для расчета два различных beamforming алгоритма, веса применились к этим четырем подрешеткам и элементам каждой подрешетки.
Веса подрешеток вычисляются с формирователем луча MVDR. Комплексное умножение в формирователе луча MVDR комбинирует переданный сигнал и веса подрешеток, регулируя переданный сигнал вдоль направления азимута. Сужение используется, чтобы уменьшать эффекты пиков лепестков.
Сдвиги фазы применились к восьми элементам подрешетки, вычисляются с фазовращателем beamforming алгоритм. Эти четыре подрешетки применяют те же сдвиги фазы, которые регулируют передатчик вдоль направления вертикального изменения.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming/Beamformers'])
Передайте подрешетки
Четыре подрешетки передачи идентичны. Каждая подрешетка выполняет повышающее преобразование к 66 ГГц с помощью квадратурного модулятора и локального генератора на 5 ГГц, сопровождаемого модулятором супергетеродинного приемника, который состоит из локального генератора на 61 ГГц, фильтра изображений и фильтра выбора канала. Ухудшения, такие как шум, разбаланс I/Q, утечка LO и нелинейность включены в соответствующие компоненты подрешетки. Нелинейный усилитель мощности увеличивает усиление передатчика и тип Уилкинсона 1 к 8, делитель степени, сопровождаемый переменными фазовращателями, соединяет усилителя мощности (УМ) с 8 антеннами. Восемь переменных фазовращателей используются, чтобы регулировать луч. Загрузка подрешетки антенны и связь, промежуточная антенные элементы, моделируются ее S-параметрами.
open_system([model '/Transmit Array Hybrid Beamforming/subarray1'])
Получите массив
Приемник моделируется на более высоком уровне абстракции по сравнению с передатчиком. Приемник использует две ортогональных линейных матрицы, каждого с 4 изотропными антенными элементами. Массивы используются, чтобы обеспечить пространственное разнообразие для идентификации угла прибытия. Приемник не реализует beamforming алгоритма.
Приемник конечное усиление и ОСШ моделируется для каждого из полученных сигналов, сопровождаемых 12-битным ADC с конечным динамическим диапазоном включая эффекты квантования и насыщение.
Два корневых алгоритма MUSIC используются, чтобы оценить направление прибытия с помощью сигналов линейной матрицы. Каждый алгоритм действует через одну размерность, таким образом вместе может оценить положение передатчика в терминах азимута и углов возвышения.
open_system([model '/Receive Array'])
Приемник QPSK
Приемник QPSK от Передатчика QPSK Communications Toolbox™ в качестве примера и Приемник (Communications Toolbox) используются в этом примере с модификацией. Эти модификации удаляют блоки из этого приемника, когда ухудшение сигнала отсутствует.
AGC управляет и стабилизирует полученную амплитуду сигнала, которая влияет на точность синхронизатора символа несущей.
Повышенный Косинус Получает Фильтр, обеспечивает согласованную фильтрацию для переданной формы волны.
Блок Синхронизатора Несущей выполняет прекрасную компенсацию частоты.
Блок Preamble Detector использует известный заголовок системы координат (модулируемый QPSK код Кусачек для снятия оболочки), чтобы коррелировать против полученных символов QPSK, чтобы найти местоположение заголовка системы координат.
Блок Frame Synchronizer использует информацию о местоположении системы координат от Детектора Преамбулы, чтобы выровнять контуры системы координат. Второй выход блока является булевым скаляром, указывающим, является ли первый выход допустимой системой координат с желаемым заголовком и если так, позволяет подсистеме Декодирования Данных запуститься.
Данные, Декодирующие, включили подсистему, выполняет разрешение неоднозначности фазы, демодуляцию и декодирование текстового сообщения.
open_system([model '/QPSK Receiver'])
Созвездие входного сигнала для Демодулятора QPSK декодера данных
bdclose(model)
clear model;
Смотрите также
Демодулятор IQ | Микшер | Усилитель мощности
Похожие темы
Моделирование и симуляция MIMO приемник RF включая Beamforming | Беспроводное цифровое телевидение с RF Beamforming