Этот пример проектирует приемник RF для приложения ZigBee®-like с помощью нисходящей методологии. Это проверяет BER проекта без ухудшений, затем анализирует эффективность BER после сложения моделей ухудшения. Пример использует RF Budget Analyzer Приложение, чтобы оценить элементы, способствующие шуму и бюджету нелинейности.
Технические требования проекта:
Скорость передачи данных = 250 Кбит/с
Модуляция OQPSK с половиной формирования импульса синуса, как задано в IEEE® 802.15.4 для физического уровня ZigBee
Прямая последовательность распространила спектр с уровнем чипа = 2 Макхипс/са
Спецификация чувствительности =-100 dBm
Спецификация Частоты ошибок по битам (BER) = 1e-4
Аналого-цифровой преобразователь (ADC) с 10 битами и степень 0 dBm насыщения
Чтобы создать полностью стандартно-совместимые формы волны ZigBee, можно пользоваться Библиотекой Communications Toolbox для Дополнения Протокола ZigBee.
Этот пример проводит вас по следующим шагам:
Разработайте основополосную модель передатчика для генерации сигналов
Решите, что спецификация ОСШ, чтобы достигнуть 1e-4 BER от уровня ссылки идеализировала основополосную модель
Выведите технические требования подсистемы RF из эквивалентно-основополосной модели приемника RF и ADC
Выведите прямые технические требования преобразования из модели конверта схемы приемника RF
Выполните симуляцию мультинесущей включая вмешивающиеся сигналы и выведите технические требования алгоритма компенсации смещения DC
Чтобы оценить эффективность проекта приемника RF, это необходимо и достаточно использовать сигнал, спектрально представительный для 802.15.4 форм волны.
Основополосная модель передатчика создает и иллюстрирует спектрально представительную форму волны ZigBee в спектральных областях и областях созвездия. Эта модель и все последующие модели используют коллбэки, чтобы создать переменные рабочего пространства MATLAB, которые параметрируют системы.
Чтобы спроектировать приемник, сначала решите, что ОСШ должен был достигнуть заданного BER меньше, чем 1e-4. вычисленный в полосе пропускания симуляции 4 МГц. Запустите модель уровня ссылки, чтобы симулировать обработку приемника, требуемую достигнуть целевого BER.
Вычисление BER точно требует выравнивания передачи, и получите сигналы. Симуляция должна компенсировать 2D демонстрационную задержку полученного сигнала по сравнению с переданным сигналом. Кроме того, чтобы гарантировать правильный чип символу к битному отображению, симуляция должна выровнять микросхемы, чтобы структурировать контуры во входе с блоком Chips to Symbol на контуре системы координат. Составление получить задержки сигнала и выравнивания границ системы координат требует сложения набора блока Delay к 32-2=30 задержка на ветви приемника прежде, чем восстановить полученные символы.
Модель достигает 1e-4 BER в ОСШ-2.7 дБ, которые могут быть проверены путем сбора 100 битовых ошибок.
В модели уровня ссылки блок AWGN составляет полный канал и бюджет ОСШ приемника RF.
Этот раздел использует традиционные эвристические деривации, чтобы определить высокоуровневые технические требования приемника RF и ADC.
B = 4 МГц = полоса пропускания симуляции = частота дискретизации симуляции
kT = 174 dBm/Hz = степень пола теплового шума
Чувствительность =-100 dBm = чувствительность приемника
ОСШ =-2.7 дБ
Шумовая мощность в полосе пропускания симуляции = Pn = ОСШ чувствительности =-100 dBm - (-2.7 дБ) =-97.3 dBm
При симуляции идеализированной основополосной модели Приемника RF проверьте предварительные технические требования приемника RF (NF = 10,7 дБ и усиление приемника = 53,4 дБ). Это может быть сделано путем сбора 100 ошибок.
Анализатор спектра показывает, что полученный спектр с ADC примерно идентичен в форме спектру предыдущего раздела без ADC.
В этом разделе приемник RF, и его шумовая фигура и бюджетные технические требования усиления, моделируются при помощи четырех дискретных субкомпонентов с этими характеристиками:
ВИДЕЛ Фильтр: Шумовая фигура = 2,5 дБ, Усиление =-3 дБ
LNA: Шумовая фигура = 6 дБ, Усиление = 22 дБ
Пассивный Микшер: Шумовая фигура = 10 дБ, Усиление =-5 дБ
VGA: Шумовая фигура = 14 дБ, Усиление = 40 дБ
ВИДЕЛ, что эффективность фильтра выведена из файла Пробного камня, который задает характеристики S-параметров. Можно проверить усиление путем визуализации параметра S21 в плоскости X-Y на рабочей частоте 2,45 ГГц. Можно проверить шумовую фигуру путем визуализации параметра NF в плоскости X-Y на рабочей частоте 2,45 ГГц. Как правило, LNA с низким шумом и высоким усилением следует, ВИДЕЛ фильтр, который значительно уменьшает удар шумовой фигуры компонентов после LNA. Кроме того, пассивный микшер задан с высоким IP2. Подобно ВИДЕЛ фильтр, можно проверить усиление микшера путем визуализации параметра S21 в плоскости X-Y по заданному пользователями частотному диапазону [2e9 3e9].
Эквивалентная основополосная модель симулирует усовершенствованный приемник RF.
Запустите симуляцию и проверьте бюджет ссылки приемника RF при помощи панели визуализации выходного порта. Общая шумовая фигура и усиление через четыре этапа были разделены согласно следующему бюджету:
NF компонента (дБ) = [2.5, 6, 10, 14]
Шумовой фактор компонента F (линейный) = 10^ (NF/10) = [1.78 3.98 10.0 25.1]
Усиление степени (дБ) = [-3, 22,-5, 40] = 54 дБ> 53,4 дБ
Усиление напряжения VG (линейный) = 10^ (Усиление/20 степени) = [0.71 12.59 0.56 100.0]
Системный шум факторный Fsys (линейный) = ![$$1 + [F(1) - 1] + {{[F(2) - 1]} \over {VG(1)}} + {{[F(3) - 1]} \over {VG(1) \times VG(2)}} + {{[F(4) - 1]} \over {VG(1) \times VG(2) \times VG(3)}} = 11.8$](../../examples/comm_simrf/win64/TopDownRFReceiverDesignExample_eq10225274897878144414.png)
Системная фигура шума Нфсис (дБ) = 10*log10 (Fsys) = 10,7 дБ
С этой моделью можно проверить, что BER <1e-4 соответствует Коэффициенту ошибок Чипа (ChER) приблизительно 7%. Путем вычисления ChER можно запустить последующие модели в течение меньшего количества времени и все еще собрать точные статистические данные BER.
Эквивалентная основополосная техника моделирования, используемая в предыдущем разделе, не может смоделировать истинный прямой приемник преобразования. Та модель использовала микшер с входной частотой 2,45 ГГц и частотой LO 2,4 ГГц, которые привели к спектру частоту центра анализатора 50 МГц. Это ограничение моделирования мотивирует изменение в методе конверта схемы.
Используя подход моделирования конверта схемы, продолжите совершенствовать архитектуру приемника RF путем добавления более реалистических ухудшений.
Модель конверта схемы Приемника RF отличается от эквивалентной основополосной модели как он:
Заменяет эквивалентный основополосный микшер на квадратурный модулятор, состоя из parameterizable я и микшеры Q и блок фазовращателя и LO с ухудшениями
Использование широкополосно передает импедансы (50 Ом), чтобы явным образом смоделировать передачу степени между блоками
Сравнивая спектры, измерения мощности, и ChER к эквивалентной основополосной модели, нет никаких значительных различий в производительности. Однако с моделью конверта схемы, можно включать даже эффекты нелинейности порядка, разбаланс I/Q и технические требования цветных шумовых распределений для каждого из компонентов.
Можно вручную создать модель конверта схемы Приемника RF при помощи блоков из библиотеки Circuit Envelope, или это может быть автоматически сгенерировано с помощью Приложения RF Budget Analyzer.
Приложение RF Budget Analyzer
Уравнения Friis использования, чтобы определить шум, усиление и бюджет нелинейности цепи RF
Позволяет вам исследовать пробел проекта приемника и определять, как сломать технические требования через элементы цепи
Помогает вам определить, какой элемент имеет самый большой вклад в бюджет нелинейности и шум
Может сгенерировать модель приемника RF, с которой можно выполнить симуляцию мультинесущей и далее изменить.
Этот раздел изменяет модель конверта схемы, чтобы создать этот конверт схемы с interferer моделью. Конверт схемы с interferer моделью включает широкополосный вмешивающийся сигнал и эти ухудшения:
Изоляция LO-RF 90 дБ в квадратурном демодуляторе
OIP2 равняются 70 dBm в квадратурном демодуляторе
Подобный WCDMA блокировщик-30 dBm на уровне 2 500 МГц
Это имитационные модели нестандартно-совместимый вмешивающийся сигнал, который имеет силу и спектральные характеристики распределения, реалистичные для сигнала WCDMA. Симуляция широкополосного вмешивающегося сигнала требует большей полосы пропускания симуляции 16 МГц. Поэтому сигнал OQPSK на 1 МГц сверхдискретизирован 16, и полоса пропускания Моделирования огибающей схемы также увеличена до 16 МГц.
Проект требует, чтобы алгоритм компенсации смещения DC достиг желаемого ChER из-за смещения DC, которое следует из утечки LO и нелинейности в демодуляторе, вызванном высокой внеполосной вмешивающейся степенью сигнала. В этом случае вы включаете очень селективный фильтр, который начинает длинную задержку с соответствующих увеличений задержки расчета блока измерения ChER.
Спектр, сосредоточенный на уровне 0 Гц, показывает компенсацию смещения DC, уменьшающую смещение DC. Когда вы запускаете модель, отмечаете, что смещение DC в конечном счете полностью удалено.
После нисходящей методологии проектирования были выведены технические требования компонентов приемника RF. Ухудшение, interferer, и модели субкомпонента приемника RF были итеративно усовершенствованы, чтобы увеличить точность и подтверждены на каждом этапе, чтобы подтвердить, что полные цели производительности системы были достигнуты.
