Нисходящий проект приемника RF
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
Спроектируйте и проверьте основополосный передатчик
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.
Определите требование ОСШ приемника
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.
Добавьте ADC и определите общий доход приемника и Шумовую фигуру (NF)
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.
Совершенствуйте архитектурное описание приемника RF
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.
Используйте конверт схемы, чтобы симулировать дополнительные ухудшения RF
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.
Добавьте широкополосную интерференцию, утечку LO и отмену смещения DC
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.
Заключение
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.