Линия спутниковой связи RF

Открыть скрипт

Эта модель показывает линию спутниковой связи, с помощью блоков из Communications Toolbox™, чтобы симулировать следующие ухудшения:

  • Нелинейность без памяти

  • Потери при распространении в свободном пространстве

  • Доплеровская ошибка

  • Тепловой шум приемника

  • Фазовый шум

  • Синфазный и квадратурная неоднородность

  • Смещения DC

Модель опционально корректирует большинство этих ухудшений.

Путем моделирования добавок и ослаблений в канале связи эта модель реализует вычисление бюджета канала связи, которое определяет может ли нисходящий канал быть реализован с заданной частотой битовой ошибки (BER). Блоки добавок и ослаблений, включая блок Free Space Path Loss и блок Receiver Thermal Noise, определяют скорость передачи данных, которая может поддерживаться при соединении в аддитивном канале белого Гауссова шума.

Структура примера

Пример подсвечивает и модель линии спутниковой связи и ее осциллографы сигнала. Модель состоит из Спутникового Нисходящего Передатчика, Нисходящего Пути и Приемника Нисходящего канала Наземной станции.

Блоки, которые соответствуют каждому из этих разделов,

Спутниковый нисходящий передатчик

Нисходящий путь

Приемник нисходящего канала наземной станции

  • Gain (Усиление Спутниковой антенны Rx) - Применяет усиление приемника параболическая спутниковая антенна.

  • Тепловой шум приемника (Системный Временный файл Спутникового ресивера) - Добавляет белый Гауссов шум, который представляет эффективную системную температуру приемника.

  • Шум фазы - Вводит случайные возмущения фазы, которые следуют из 1/f или шума мерцания фазы.

  • Разбаланс I/Q - Вводит смещение DC, амплитудную неустойчивость или разбаланс фазы к сигналу.

  • LNA (Низкий Шумовой Усилитель) - Применяет низкое шумовое усиление усилителя.

  • Повышенный Косинус Получает Фильтр - Применяется, согласованный фильтр к модулируемому сигналу с помощью квадратного корня повысил форму импульса косинуса.

  • Блокировщик DC - Компенсирует смещение DC в блоке I/Q Imbalance.

  • AGC - Наборы степень сигнала к желаемому уровню.

  • Компенсатор Разбаланса I/Q - Оценки и удаляют разбаланс I/Q из сигнала слепым адаптивным алгоритмом.

  • Doppler Correction - Использует блок Carrier Synchronizer, чтобы компенсировать смещение несущей частоты из-за Доплера.

  • Прямоугольная Основная полоса Демодулятора QAM - Demaps поток данных от 16-QAM пробела созвездия.

Исследование примера

Дважды кликните блок пометил Model Parameters, чтобы просмотреть установки параметров для модели. Все эти параметры являются настраиваемыми. Чтобы внести изменения в параметры как, модель запускается, примените их в диалоговом окне, затем обновите модель через ctrl+d. Параметры:

Спутниковая высота (км) - Расстояние между спутником и наземной станцией. Изменение этого параметра обновляет блок Free Space Path Loss. Настройка по умолчанию 35600.

Частота (МГц) - Несущая частота ссылки. Изменение этого параметра обновляет блок Free Space Path Loss. Настройка по умолчанию 4000.

Диаметры передающей и приемной антенны (m) - Первый элемент в векторе представляет диаметр передающей антенны и используется, чтобы вычислить усиление в блоке Tx Dish Antenna Gain. Второй элемент представляет получить диаметр антенны и используется, чтобы вычислить усиление в блоке Rx Dish Antenna Gain. Настройка по умолчанию [.4.4].

Шумовая температура (K) - Позволяет вам выбирать из четырех эффективных шумовых температур приемника. Выбранные шумовые изменения температуры Шумовая Температура блока Receiver Thermal Noise. Настройка по умолчанию является 20 K. Выбор

  • 0 (no noise) - Используйте эту установку, чтобы просмотреть другие ухудшения RF без эффектов беспокойства шума.

  • 20 (very low noise level) - Используйте эту установку, чтобы просмотреть, как легко низкий уровень шума, когда объединено с другими ухудшениями RF, может ухудшить эффективность ссылки.

  • 290 (typical noise level) - Используйте эту установку, чтобы просмотреть, как типичный тихий спутниковый ресивер действует.

  • 500 (high noise level) - Используйте эту установку, чтобы просмотреть поведение приемника, когда системная фигура шума - 2,4 дБ, и температура шума антенны является 290K.

Уровень возврата HPA - Позволяет вам выбирать из трех уровней возврата. Этот параметр используется, чтобы определить, как близко спутниковый мощный усилитель управляется к насыщению. Выбранный возврат используется, чтобы установить усиление ввода и вывода блока Memoryless Nonlinearity. Настройка по умолчанию составляет 30 дБ (незначительная нелинейность). Выбор

  • 30 dB (negligible nonlinearity) - Устанавливает среднюю входную мощность на на 30 децибелов ниже входной мощности, которая вызывает насыщение усилителя (то есть, точка, в которой кривая усиления становится плоской). Это вызывает незначительный AM-AM и К PM преобразование. Преобразование AM-AM является индикацией относительно того, как амплитудная нелинейность меняется в зависимости от величины сигнала. К PM преобразование является мерой того, как нелинейность фазы меняется в зависимости от величины сигнала.

  • 7 dB (moderate nonlinearity) - Устанавливает среднюю входную мощность на на 7 децибелов ниже входной мощности, которая вызывает насыщение усилителя. Это вызывает умеренный AM-AM и К PM преобразование, которое корректируемо с цифровым предварительным искажением.

  • 1 dB (severe nonlinearity) - Устанавливает среднюю входную мощность на на 1 децибел ниже входной мощности, которая вызывает насыщение усилителя. Это вызывает серьезный AM-AM и К PM преобразование и не корректируемо с цифровым предварительным искажением.

Доплеровская ошибка - Позволяет вам выбирать одно из двух значений Доплера. Выбор обновляет Смещение Фазы/Частоты (Доплер Эррор) блок. Настройкой по умолчанию является 0 Hz. Выбор

  • 0 Hz - Никакой Доплер на ссылке.

  • 3 Hz - Добавляет смещение несущей частоты на 3 Гц.

Шум фазы - Позволяет вам выбирать из трех значений шума фазы в приемнике. Выбор обновляет блок Phase Noise. Настройкой по умолчанию является Negligible (-100 dBc/Hz @ 100 Hz). Выбор

  • Negligible (-100 dBc/Hz @ 100 Hz) - Почти никакой шум фазы.

  • Low (-55 dBc/Hz @ 100 Hz) - Достаточно шума фазы, чтобы отобразиться и в спектральных и в областях I/Q и вызвать битовые ошибки, когда объединено с тепловым шумом или другими ухудшениями RF.

  • High (-48 dBc/Hz @ 100 Hz) - Достаточно шума фазы, чтобы вызвать ошибки без сложения теплового шума или других ухудшений RF.

Смещение разбаланса I/Q и DC - Позволяет вам выбирать из пяти типов синфазных и квадратурной неустойчивости в приемнике. Выбор обновляет блок I/Q Imbalance. Настройкой по умолчанию является None. Выбор

  • None - Никакая неустойчивость.

  • Amplitude imbalance (3 dB) - Применяет 1,5 усиления дБ к синфазному сигналу и-1.5 усиления дБ к квадратурному сигналу.

  • Phase imbalance (20 deg) - Вращает синфазный сигнал 10 градусами и квадратурный сигнал-10 градусами.

  • In-phase DC offset (1e-8) - Добавляет смещение DC 1e-8 к синфазной амплитуде сигнала. Это смещение изменяет полученную схему сигнального созвездия, но не вызывает ошибки на ссылке, если не объединено с тепловым шумом или другими ухудшениями RF.

  • Quadrature DC offset (5e-8) - Добавляет, что смещение DC 5e-8 к квадратуре сигнализирует об амплитуде. Это смещение вызывает ошибки на ссылке даже когда не объединенный с тепловым шумом или другим ухудшением RF. Это смещение также вызывает скачок DC в полученном спектре сигнала.

Цифровое предварительное искажение - Позволяет вам включать или отключать Цифровую подсистему Перед искажением. Настройкой по умолчанию является Disabled.

DC возместил коррекцию - Позволяет вам включать или отключать подсистему Блокирования DC. Настройкой по умолчанию является Disabled.

Доплеровская коррекция - Позволяет вам включать или отключать Доплеровского Коррекшна подсистему. Настройкой по умолчанию является Disabled.

Коррекция разбаланса I/Q - Позволяет вам включать или отключать подсистему Коррекции Разбаланса I/Q. Настройкой по умолчанию является Disabled.

Результаты и отображения

Когда вы запускаете эту модель, следующие отображения активны:

Спектр мощности - Дважды кликающий этот блок Open Scopes включает, вы, чтобы просмотреть спектр модулировали/фильтровали (желтый) сигнал и полученный сигнал перед (синей) демодуляцией.

Сравнение этих двух спектров позволяет вам просматривать эффект следующих ухудшений RF:

  • Спектральный перерост из-за нелинейности HPA вызывается блоком Memoryless Nonlinearity

  • Тепловой шум вызывается блоком Receiver Thermal Noise

  • Мерцание фазы (то есть, 1/f шум) вызванный блоком Phase Noise

HPA AM и AM/PM - Двойной клик по этому блоку Open Scopes позволяет вам просмотреть AM и преобразование 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 - Дважды кликающий этот блок Open Scopes позволяет вам сравнить созвездие переданного сигнала перед (желтым) и после (синего) HPA. Усиление усилителя заставляет Выходной сигнал HPA быть больше, чем Входной сигнал HPA. Этот график позволяет вам просмотреть совместное воздействие и нелинейности HPA и цифрового предварительного искажения.

Вплотную Созвездие - Дважды кликающий этот блок Open Scopes позволяет вам сравнить ссылочное 16-QAM созвездие (красное) с полученным созвездием QAM перед (желтой) демодуляцией. Сравнение этих схем созвездия позволяет вам просматривать удар всех ухудшений RF на полученном сигнале и эффективности компенсаций.

Отображение частоты ошибок по битам (BER) - В правом нижнем углу модели является отображением BER модели. Расчет BER может быть сброшен вручную путем двойного клика по зеленой кнопке "Double-click to reset BER". Это позволяет вам просматривать удар изменений параметра, когда модель запускается.

Экспериментирование с примером

В этом разделе описываются некоторые способы, которыми можно изменить параметры модели, чтобы экспериментировать с эффектами блоков из библиотеки RF Impairments и других блоков в модели. Можно дважды кликнуть, блок пометил "Model Parameters" в модели, и попробуйте некоторые следующие сценарии:

Соедините прибыли и убытки - температура Шума Изменения к 290 (typical noise level), 0 (no noise) или 500 (high noise level). Измените значение Спутниковой высоты (км) или Спутниковой частоты (МГц) параметры, чтобы изменить потери при распространении в свободном пространстве. Кроме того, увеличьте или уменьшите диаметры Передающей и приемной антенны (m) параметр, чтобы увеличить или уменьшить принимаемую мощность сигнала. Можно просмотреть изменения в полученном созвездии в полученном осциллографе схемы сигнального созвездия и изменения в мощности приемника в спектре анализатор.

Повышенный импульс косинуса, формирующий - Убеждается, что Шумовая температура установлена в 0 (no noise). Включите Созвездие До и после осциллографов HPA. Заметьте, что квадратный корень повысил результаты фильтрации косинуса в интерференции межсимвола (ISI). Это приводит к точкам, рассеиваемым свободно вокруг идеальных точек созвездия, которые вы видите в После схемы созвездия HPA. Фильтр приподнятого косинуса квадратного корня в приемнике, в сочетании с фильтром передачи, управляет ISI, который вы видите в полученной схеме сигнального созвездия.

Преобразование HPA AM-AM и К PM преобразование - Изменение параметр уровня возврата HPA к 7 dB (moderate nonlinearity) и наблюдайте AM-AM, и К PM преобразования путем сравнения Передачи, RRC отфильтровал схему сигнального созвездия с сигналом RRC после схемы созвездия HPA. Отметьте, как преобразование AM-AM варьируется согласно различным амплитудам сигнала. Можно также просмотреть эффект этого преобразования на полученном сигнале в полученной схеме сигнального созвездия. Кроме того, можно наблюдать спектральный перерост в полученном спектре сигнала анализатор. Можно также просмотреть фазовый переход в полученном сигнале в полученном осциллографе схемы сигнального созвездия.

Цифровое предварительное искажение С Цифровым проверяемым флажком перед искажением, измените параметр уровня возврата HPA в 30 dB (negligible nonlinearity), 7 dB (moderate nonlinearity), и 1 dB (severe nonlinearity) просмотреть эффект цифрового предварительного искажения на нелинейности HPA.

Шум фазы плюс преобразование AM-AM - Установленный параметр Шума Фазы на High и наблюдайте увеличенное отклонение в тангенциальном направлении в полученной схеме сигнального созвездия. Также обратите внимание, что этот уровень шума фазы достаточен, чтобы вызвать ошибки в в противном случае безошибочном канале.

Смещение DC и DC возмещают компенсацию - Набор разбаланс I/Q и параметр смещения DC к In-phase DC offset (1e-8) и просмотрите сдвиг созвездия в полученной схеме сигнального созвездия. Установите коррекцию смещения DC на Enabled и просмотрите полученную схему сигнального созвездия, чтобы просмотреть, как блок смещения DC оценивает значение смещения DC и удаляет его из сигнала. Установите компенсацию смещения DC Disabled и измените разбаланс I/Q в Quadrature DC offset (5e-8). Просмотрите изменения в полученной схеме сигнального созвездия для большого смещения DC и скачка DC в полученном спектре сигнала. Обратите внимание на то, что LNA усиливает маленькие смещения DC так, чтобы они отобразились на схеме созвездия с намного большими пределами по осям. Установите компенсацию смещения DC Enabled и просмотрите полученную схему сигнального созвездия и спектр анализатор, чтобы видеть, как компонент DC удален.

Амплитудная неустойчивость - С отключенной коррекцией разбаланса I/Q, установила Разбаланс I/Q и параметр смещения DC к Amplitude imbalance (3 dB) чтобы просмотреть эффект несбалансированных, я и Q получаем в полученной схеме сигнального созвездия. Позвольте коррекции разбаланса I/Q компенсировать амплитудную неустойчивость.

Доплер и Доплеровская компенсация - Отключают Доплеровскую коррекцию путем снятия выделения с Доплеровским флажком коррекции. Установите Доплеровскую ошибку на 3 Hz показать эффект неоткорректированного Доплера на полученной схеме сигнального созвездия. Позвольте Доплеровской коррекции показать, что синхронизатор несущей восстанавливает полученное созвездие. Повторите осуществление с различным разбалансом I/Q и смещения DC.

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.

Документация Communications Toolbox

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте