Сквозная симуляция QAM с ухудшениями RF и коррекции

Этот пример предусматривает возможности визуализации видеть эффекты ухудшений RF и коррекций в спутниковом нисходящем канале. Ссылка использует 16-QAM модуляцию в присутствии AWGN и использует Мощный усилитель (HPA), чтобы преодолеть потери, сопоставленные со спутниковой связью. HPA вводит нелинейное поведение, которое, когда объединено с другими ухудшениями RF, требует использования методов смягчения.

Этот пример включает:

  • Основанная на MATLAB функция средства моделирования, QAMwithRFImpairmentsSim.m, который получает его входные параметры от графический интерфейса пользователя.

Ключевые слова: QAM, ухудшения RF, разбаланс I/Q, нелинейность, коррекция RF.

Введение

Симуляция позволяет вам конфигурировать параметры, показанные в графический интерфейсе пользователя.

Откройте графический интерфейс пользователя для:

  • Измените параметры

  • Запустите симуляцию с MATLAB

  • Визуализируйте сигнальные созвездия и спектры

  • Просмотрите базовый код MATLAB

  • Сгенерируйте код С и запустите симуляцию (с допустимой лицензией MATLAB Coder™)

QAMwithRFImpairmentsExample

Кнопка Simulate симулирует сконфигурированную ссылку с помощью, интерпретировал код MATLAB. Во время симуляции можно изменить некоторые параметры симуляции с помощью графический интерфейса пользователя. Удар обновлений установки параметра сразу заметен на панели Результатов или на графиках. Параметры, которые являются ненастраиваемыми, в то время как симуляция запускается, отображаются серым. Чтобы изменить ненастраиваемые параметры, симуляция должна быть остановлена.

Кнопка View MATLAB Code открывает код средства моделирования в редакторе, допуская визуальный осмотр и дальнейшее исследование базовых функций, используемых в симуляции.

Кнопка Run Generated Code компилирует функцию MATLAB в исполняемый файл MEX и запускает симуляцию, если процесс компиляции завершен. Версия MEX симуляции запускается намного быстрее, хотя существует штраф времени от самого процесса компиляции. Можно изменить те же параметры при выполнении или от интерпретированного режима или от файла MEX.

Кнопка Stop Simulation останавливает симуляцию во время выполнения. Это работает и на интерпретировало MATLAB и на файл MEX. Кнопка активна только, когда симуляция запускается.

Кнопка Help поднимает эту страницу HTML.

Обзор симуляции

Симуляция выполняет следующие шаги:

  • Сгенерируйте случайные целые числа

  • Модулируйте с 16-QAM

  • Фильтр передачи корня повысил косинус (RRC)

  • Пройдите через HPA

  • Примените коэффициент усиления передающей антенны

  • Примените потерю на пути на основе атмосферного условия

  • Передайте сигнал через канал AWGN с ухудшениями RF

  • Примените коэффициент передачи приёмной антенны

  • Удалите смещение DC

  • Примените автоматическое управление усилением

  • RRC получают фильтр

  • Примените эффекты ADC

  • Компенсируйте амплитуду I/Q и разбаланс фазы

  • Правильный для эффекта Доплера

  • Демодулируйте 16-QAM

  • Вычислите частоту ошибок по битам

Следующая блок-схема показывает архитектуру системы.

Можно задать следующие ухудшения сигнала:

  • Температура шума приемника в области значений [0, 600] K

  • Доплеровская ошибка в области значений [-3, 3] Гц

  • Смещение DC, описанное как процент максимального напряжения сигнала, в области значений [0, 20]

  • Шум фазы в области значений [-100,-48] дБн/Гц

  • Амплитудная неустойчивость I/Q в области значений [-5, 5] дБ

  • Разбаланс фазы I/Q в области значений [-30, 30] степени

  • Уровень возврата HPA в области значений [1, 30] дБ

  • Ошибка квантования путем изменения количества битов ADC в области значений [2 16] биты

  • Насыщение из-за напряжения полного масштаба ADC в области значений [0.1 2] амплитудные модули (AUs)

Возврат HPA 30 дБ соответствует незначительному искажению, потому что усилитель действует в его линейной области, в то время как 1 дБ соответствует серьезному искажению. Модель Салеха используется, чтобы симулировать поведение HPA. Дополнительная информация доступна на comm.MemorylessNonlinearity страница.

Графический интерфейс пользователя обеспечивает способность включить или отключить коррекции для Доплеровской ошибки, разбаланса I/Q и смещения DC. Эти коррекции обеспечиваются тремя Системными объектами. comm.CarrierSynchronizer компенсирует смещение частоты из-за Доплера, comm.IQImbalanceCompensator корректирует амплитуду и разбаланс фазы и dsp.DCBlocker компенсирует смещение DC.

Результаты и отображения

Можно использовать средства управления графический интерфейсом пользователя, чтобы отобразиться:

  • Спектр переданного сигнала, измеренного при выходе передачи фильтр RRC.

  • Спектр полученного сигнала, измеренного во входе получения фильтра RRC.

  • Схема созвездия полученного сигнала.

  • Схемы созвездия входного сигнала HPA.

  • Схемы созвездия выходного сигнала HPA

Типичный график спектра, с помощью параметров по умолчанию, показывают. Эффекты AWGN наиболее легко замечены во внеполосном спектре сигнала, где уровень шума полученного сигнала на 20 дБ выше, чем переданный спектр сигнала. Полученный спектр сигнала также показывает эффект потери распространения через канал.

График схемы созвездия показывают для случая, в котором отключена коррекция разбаланса I/Q. Красный + символы обозначают 16-QAM ссылочное созвездие. Созвездие масштабируется и вращается неоткорректированной неустойчивостью.

Эффекты нелинейного поведения HPA показывают как Вход HPA и HPA Выход с помощью того же графика схемы созвездия. Схемы показывают эффекты AM и искажения AM/PM, когда усилитель действует на 7 дБ ниже насыщения. Искажение AM вызывает 'округленный' внешний вид созвездия выходного сигнала HPA, в то время как AM/PM заставляет созвездие вращаться.

Частота ошибок по битам, количество ошибок, общее количество переданных символов, потери на пути и Eb/No отображены непосредственно на панели результатов графический интерфейса пользователя.

Дальнейшее исследование

Используйте графический интерфейс пользователя, чтобы изменить описанные ниже параметры.

  • Соедините прибыли и убытки: Варьируйтесь шумовая температура между от 0 до 290 K (типичных), чтобы просмотреть эффекты на полученном спектре сигнала график анализатора. Аналогично, измените расстояние ссылки, атмосферное условие и несущую частоту, чтобы просмотреть удар на полученный спектр сигнала. Изменения в поле ссылки также отражаются в расчетной потере на пути и Eb/No.

  • HPA AM-AM и К PM преобразование: Варьируйтесь Возврат HPA между 30 дБ (незначительная нелинейность) к 1 дБ (серьезная нелинейность). Значение 7 дБ соответствует умеренной нелинейности. Просмотрите эффекты на графике спектра, HPA созвездие выхода, полученная схема сигнального созвездия, и на частоте ошибок по битам. Увеличение нелинейности увеличивает спектральный перерост и заставляет HPA созвездие выхода становиться 'бездельником' и вращаться. Параметр Возврата HPA может быть настроен, в то время как симуляция выполняется.

  • Фазовый шум: Установите Шум Фазы на-48 дБн/Гц (высотой) и наблюдайте увеличенное отклонение в тангенциальном направлении в полученной схеме сигнального созвездия. Этот уровень шума фазы достаточен, чтобы вызвать ошибки в в противном случае безошибочном канале. Установите Шум Фазы на-55 дБн/Гц (низко) и заметьте, что отклонение в тангенциальном направлении уменьшилось. Этот уровень шума фазы не значительно увеличивает коэффициент ошибок. Теперь установите параметр уровня Возврата HPA на 7 дБ (умеренная нелинейность). Обратите внимание на то, что даже при том, что умеренная нелинейность HPA и умеренный шум фазы не вызывают много битовых ошибок, когда применено индивидуально, они действительно вызывают значительно больше битовых ошибок, когда применено вместе. Параметр Шума Фазы может быть настроен только, когда симуляция останавливается.

  • Смещение DC и DC возмещают коррекцию: Установите смещение DC к 10 и отключите коррекцию смещения DC путем снятия выделения с флажком DC Offset. Схема созвездия значительно изменяется. Повторно включите коррекцию Смещения DC и просмотрите полученную схему сигнального созвездия и спектр сигнала, чтобы проверить, что смещение DC удалено. И смещение DC и параметры коррекции смещения DC могут быть изменены в процессе моделирования выполнение.

  • Разбаланс I/Q: Отключите Амплитуду и поле разбаланса фазы, чтобы просмотреть эффекты разбаланса I/Q на полученной схеме созвездия. Измените амплитуду и поля разбаланса фазы, чтобы наблюдать эффекты различных значений на полученной схеме сигнального созвездия. Повторно позвольте коррекции Разбаланса I/Q проверить, что получить созвездие выравнивается с его контрольными точками. Эти параметры могут быть изменены во время выполнения.

  • Доплер и Доплеровская компенсация: установите Доплеровскую ошибку на 0,7 Гц и отключите Доплеровское исправление ошибок, чтобы показать эффект неоткорректированного Доплера на полученном сигнале. Обратите внимание на то, что BER близко к 0,5. Повторно позвольте Доплеровскому исправлению ошибок откорректировать для Доплеровской ошибки. Проверьте, что BER уменьшается. Эти параметры доступны только, когда симуляция останавливается.

  • Эффекты ADC: Сократите число битов ADC, чтобы просмотреть эффект увеличивающихся ошибок квантования на полученном сигнале. Уменьшите напряжение полного масштаба ADC, чтобы наложить насыщение на полученный сигнал и просмотреть его эффект на производительности системы.

  • Генерация кода: Запустите симуляцию путем нажатия кнопки Run Generated Code. В первый раз это сделано, компиляции симуляции перед выполнением, которое заставляет процесс занять больше времени, чем это делает при симуляции с интерпретированным MATLAB. Измените уровень возврата HPA и повторно выполните симуляцию. Обратите внимание на то, что панель результатов обновляется очень быстро. Теперь измените шум Фазы и нажмите кнопку Run Generated Code. Код перекомпилирован, потому что шум фазы является ненастраиваемым параметром. Включите опцию созвездия Rx и повторно выполните симуляцию. Вы видите, что, когда осциллограф активируется, результаты битовой ошибки накапливаются более медленно, но осциллограф обновляется намного быстрее, чем это делает при выполнении с интерполированным MATLAB.

  • Оценка BER: По умолчанию Номер параметра битовых ошибок определяется к Inf так, чтобы эффекты ухудшений и коррекций могли легко визуализироваться на осциллографах. Для оценки BER обычно достаточно собрать 50 - 200 ошибок; следовательно, отключите осциллографы и измените Количество параметра битовых ошибок от Inf к 100. Важно оставить модифицируемые параметры без изменений, когда симуляция запускается, чтобы получить допустимую оценку BER.

Выбранная библиография

[1] Салех, Адель А.М., "Независимые от частоты и зависимые частотой нелинейные модели усилителей TWT", IEEE® Transactions на коммуникациях, издании COM-29, № 11, ноябрь 1981.

[2] Кэсдин, Нью-Джерси, "Дискретная Симуляция Цветных Шумовых и Стохастических процессов и 1 / (f^alpha); Генерация Шума Закона о Степени", Продолжения IEEE, Издания 83, № 5, май 1995.

[3] Kasdin, Н. Джереми и Тодд Уолтер, "Дискретная симуляция шума закона о степени", 1 992 симпозиума управления частотой IEEE.

[4] Sklar, Бернард, цифровая связь: основные принципы и приложения, Englewood Cliffs, Нью-Джерси, Prentice Hall, 1988.