В этом примере показано, как охарактеризовать удар ухудшений радиочастоты (RF) в передатчике LTE. Пример генерирует основополосную форму волны LTE, которая состоит из тестовой модели E-UTRA (E-TM), при помощи LTE Toolbox™ и моделирует передатчик RF при помощи RF Blockset™.
Этот пример характеризует удар ухудшений RF такой как синфазный и квадратура (IQ) неустойчивость, шум фазы и нелинейность усилителя мощности (PA) в передаче формы волны LTE. Чтобы оценить удар этих ухудшений, пример выполняет эти измерения:
Величина вектора ошибок (EVM): векторная разность в установленный срок идеала (переданный) сигнал и измеренного (полученного) сигнала. Пример выполняет измерения EVM согласно техническим требованиям в TS 36.104, Приложению E [2].
Занимаемая полоса: полоса пропускания, которая содержит 99% общей интегрированной степени сигнала, сосредоточенного на присвоенной частоте канала
Степень канала: отфильтрованная средняя степень сосредоточена на присвоенной частоте канала
Дополнительная кумулятивная функция распределения (CCDF): вероятность, что мгновенная степень сигнала на заданном уровне выше его средней степени
Отношение степени пика к среднему значению (PAPR): отношение между пиковой мощностью сигнала и его средней степенью
Пример работает на базисе подкадра подкадром. Для каждого подкадра рабочий процесс состоит из этих шагов:
Сгенерируйте основополосную форму волны E-TM с помощью LTE Toolbox.
Импортируйте основополосную форму волны как сигнал RF в блок RF Transmitter, реализованный с помощью RF Blockset. Модель использует промежуточную частоту RF, чтобы нести основополосную информацию в RF Blockset.
Upconvert форма волны к несущей частоте при помощи передатчика RF. Можно точно смоделировать ухудшения, введенные фактическим передатчиком RF при помощи компонентов RF, доступных в RF Blockset.
Вычислите занимаемую полосу, степень канала, CCDF и PAPR при помощи блока Spectrum Analyzer.
Измерьте EVM путем демодуляции основополосной формы волны.
Этот пример выполняет эти операции при помощи модели Simulink®, в которой Функциональные блоки MATLAB® выполняют обработку сгенерированного модулированного сигнала (шаги 1 и 5), и RF Blockset выполняет моделирование передатчика RF (шаги 2 и 3). Эта модель поддерживает Normal и Accelerator режимы симуляции.
Модель содержит три основных части:
Основополосная Генерация сигналов: генерирует основополосные формы волны E-TM
Передача RF: upconverts форма волны к несущей частоте
Основополосный Прием и Измерения: выполняет измерения RF и вычисляет EVM путем демодуляции основополосной формы волны
modelName = 'RFLTETransmitterModel';
open_system(modelName);
Блок E-TM Waveform генерирует совместимые стандартами формы волны E-TM [1]. Для генерации сигналов можно задать имя TM, полосу пропускания канала, режим дуплекса и идентичность ячейки в блоке E-TM Waveform.
Для получения дополнительной информации о том, как сгенерировать E-TMs, смотрите Тестовую модель Нисходящего канала LTE (E-TM) Генерация сигналов.
Когда пример работает на базисе подкадра подкадром, блок E-TM Waveform генерирует один подкадр за один раз. Передача десяти подкадров, соответствие одной системе координат в случае режима дуплекса FDD, длятся 10 мс. Если время симуляции более длинно, чем 10 мс, этот блок передает тот же кадр циклически. Блок Subframe Counter хранит количество в настоящее время переданных подкадров. Если время симуляции более длинно, чем период системы координат, сброс блока Subframe Counter к 0 для каждой новой симулированной системы координат.
Блок RF Transmitter основан на архитектуре передатчика супергетеродина. Эта архитектура upconverts принятая форма волны к несущей частоте и применяет фильтрацию полосы пропускания и усиление. Компоненты RF этого передатчика супергетеродина:
Модулятор IQ, состоящий из микшеров, фазовращателя и локального генератора
Полосовой фильтр
Усилитель мощности
В дополнение к этим компонентам этот блок RF Transmitter также включает переменный усилитель усиления (VGA), чтобы управлять уровнем входного возврата (IBO) мощного усилителя (HPA).
set_param(modelName,'Open','off'); set_param([modelName '/RF Transmitter'],'Open','on');
Inport блок в Передатчике RF преобразует комплексную основополосную форму волны в сигнал RF. Можно варьироваться центральная частота этого сигнала RF путем изменения Промежуточной частоты (МГц): параметр маски блока RF Transmitter (в этом примере, частота по умолчанию составляет 70 МГц). Блок Outport преобразует сигнал RF назад в комплексную основную полосу.
Можно использовать Входной буфер перед блоком RF Transmitter, чтобы уменьшать количество отсчетов, отправленное в Передатчик RF. Для простоты Входной буфер в текущей настройке отправляет одну выборку за один раз, приводя к Передатчику RF, являющемуся основанным на выборке, i.e. это использует одну выборку за один раз.
Прежде, чем отправить выборки на блок Decode Subframe, Буфер вывода (после Передатчика RF) собирает все выборки в подкадре.
Блок Delay, который соединяется с блоком Subframe Counter, составляет вызванные буфером задержки. Когда длительность задержки эквивалентна передаче подкадра, блок Decode Subframe не демодулирует выборки, полученные в первый период подкадра.
Можно сконфигурировать компоненты Передатчика RF при помощи маски блока RF Transmitter.
Блок RF Transmitter показывает типичные ухудшения, включая:
Разбаланс I/Q в результате усиления или фазы не соответствует между параллельными разделами цепи передатчика контакту с путями прохождения сигнала IQ
Шум фазы как эффект, непосредственно связанный с тепловым шумом в активных устройствах генератора
Нелинейность усилителя мощности (УМ) из-за ограничения мощности постоянного тока, когда усилитель работает в области насыщения
Блок Decode Subframe восстанавливает и строит символы PDSCH в Схеме Созвездия путем выполнения демодуляции OFDM полученного подкадра, оценки канала и эквализации. Этот блок также выполняет измерения EVM согласно техническим требованиям в TS 36.104, Приложению E [2]. Эти технические требования предлагают измерить EVM в двух местах вовремя (низко и высоко), где низкие и высокие места соответствуют выравниванию окна FFT в начале и конце циклического префикса, соответственно. Для получения дополнительной информации относительно того, как измерить EVM, см. Измерение Величины вектора ошибок (EVM) PDSCH.
Этот пример выполняет измерения EVM, усредненные по выделенным символам PDSCH в поднесущей, блоке ресурса, символе OFDM, подкадре, системе координат и полной сетке. EVM на подкадр измеряется для высоких и низких мест вовремя, в то время как другие результаты только изображают самый высокий EVM обоих мест.
Блок Spectrum Analyzer обеспечивает дополнительные измерения, такие как занимаемая полоса, степень канала, CCDF и PAPR.
Чтобы охарактеризовать удар HPA в оценке EVM, можно измерить модуляцию от амплитуды к амплитуде (AM) HPA. AM относится к уровням выходной мощности в терминах уровней входной мощности. Функция помощника hPlotHPACurveLTE отображает характеристику AM HPA, выбранного для этой модели.
hPlotHPACurveLTE(); figHPA = gcf;
P1dB является степенью в точке сжатия на 1 дБ и обычно используется в качестве ссылки при выборе уровня IBO HPA. Вы видите удар HPA на передатчик RF путем анализа результатов EVM для различных рабочих точек HPA. Например, сравните случай когда IBO = 12 дБ, соответствуя HPA, действующему в линейной области, со случаем когда IBO = 6 дБ, соответствуя HPA, начинающему действовать в нелинейной области. Усиление VGA управляет уровнем IBO. Чтобы сохранить VGA линейным поведением, выберите значения усиления ниже, чем 20 дБ.
Линейный HPA (IBO = 12 дБ). Чтобы действовать на уровне IBO 12 дБ, установите Доступный параметр усиления степени блока VGA к 0 дБ. Чтобы симулировать целую систему координат, запустите симуляцию достаточно долго, чтобы получить 10 подкадров (Время остановки, равное 10 мс). В процессе моделирования модель отображает спектр и схему созвездия.
set_param([modelName '/RF Transmitter'],'vgaGain','0'); sim(modelName);
Low edge EVM, subframe 0: 1.653% High edge EVM, subframe 0: 1.688% Low edge EVM, subframe 1: 1.451% High edge EVM, subframe 1: 1.486% Low edge EVM, subframe 2: 1.591% High edge EVM, subframe 2: 1.617% Low edge EVM, subframe 3: 1.574% High edge EVM, subframe 3: 1.605% Low edge EVM, subframe 4: 1.349% High edge EVM, subframe 4: 1.365% Low edge EVM, subframe 5: 1.144% High edge EVM, subframe 5: 1.184% Low edge EVM, subframe 6: 1.348% High edge EVM, subframe 6: 1.384% Low edge EVM, subframe 7: 2.081% High edge EVM, subframe 7: 2.086% Low edge EVM, subframe 8: 2.179% High edge EVM, subframe 8: 2.187% Low edge EVM, subframe 9: 1.890% High edge EVM, subframe 9: 1.901% Averaged low edge EVM, frame 0: 1.659% Averaged high edge EVM, frame 0: 1.681% Averaged EVM frame 0: 1.681% Averaged overall EVM: 1.681%
Согласно TS 36.104 [2], максимальный EVM, когда созвездие 64-QAM, составляет 8%. Когда полный EVM составляет приблизительно 1,5%, эта архитектура находится в пределах требований TS 36.104 [2].
Нелинейный HPA (IBO = 6 дБ). Чтобы действовать на уровне IBO 6 дБ, установите Доступный параметр усиления степени блока VGA к 6 дБ.
set_param([modelName '/RF Transmitter'],'vgaGain','6'); sim(modelName); slmsgviewer.DeleteInstance(); % Restore to default parameters set_param([modelName '/RF Transmitter'],'vgaGain','0');
Low edge EVM, subframe 0: 2.926% High edge EVM, subframe 0: 2.950% Low edge EVM, subframe 1: 2.662% High edge EVM, subframe 1: 2.678% Low edge EVM, subframe 2: 2.675% High edge EVM, subframe 2: 2.695% Low edge EVM, subframe 3: 2.664% High edge EVM, subframe 3: 2.683% Low edge EVM, subframe 4: 2.593% High edge EVM, subframe 4: 2.598% Low edge EVM, subframe 5: 2.344% High edge EVM, subframe 5: 2.362% Low edge EVM, subframe 6: 2.556% High edge EVM, subframe 6: 2.576% Low edge EVM, subframe 7: 3.650% High edge EVM, subframe 7: 3.650% Low edge EVM, subframe 8: 3.620% High edge EVM, subframe 8: 3.618% Low edge EVM, subframe 9: 3.188% High edge EVM, subframe 9: 3.190% Averaged low edge EVM, frame 0: 2.923% Averaged high edge EVM, frame 0: 2.934% Averaged EVM frame 0: 2.934% Averaged overall EVM: 2.934%
По сравнению с предыдущим случаем более искажена схема созвездия. В терминах измерений полный EVM, приблизительно 2,8%, все еще находится в пределах требований TS 36.104 [2].
Если вы захотите продвинуть HPA действовать далее в нелинейной области, необходимо будет сверхдискретизировать сигнал (приблизительно 5 раз его основополосная полоса пропускания) так, чтобы полоса пропускания симуляции была достаточно большой, чтобы получить внутриполосный спектральный перерост.
Этот пример демонстрирует, как смоделировать и протестировать передачу формы волны LTE. Передатчик RF состоит из полосового фильтра, усилителей и модулятора IQ. Пример подсвечивает эффект нелинейности HPA на эффективности Передатчика RF. Можно исследовать удар изменения других ухудшений также. Например:
Увеличьте разбаланс I/Q при помощи несоответствия усиления I/Q (дБ) и несоответствие фазы I/Q (Градус) параметры на вкладке IQ Modulator блока RF Transmitter.
Увеличьте шум фазы при помощи смещения шума Фазы (Гц) и уровень шума Фазы (дБн/Гц) параметры на вкладке IQ Modulator блока RF Transmitter.
Кроме того, можно проверять CCDF и измерения PAPR при помощи окна Spectrum Analyzer: нажмите кнопку CCDF Measurements на панели инструментов.
Передатчик RF сконфигурирован, чтобы работать со значениями по умолчанию блока E-TM Waveform и с несущей LTE, сосредоточенной на уровне 2 140 МГц. Эта несущая является в E-UTRA операционной группой 1 [3]. Если вы изменяете несущую частоту или значения в блоке E-TM Waveform, вы, возможно, должны обновить параметры компонентов Передатчика RF, когда эти параметры были выбраны, чтобы работать на настройку по умолчанию примера. Например, изменение в несущей частоте требует пересмотра полосы пропускания фильтров. Изменение полосы пропускания формы волны может потребовать обновления длительности Импульсной характеристики и смещения частоты шума Фазы (Гц) параметры блока IQ Modulator. Смещение шума фазы определяет нижний предел длительности импульсной характеристики. Если разрешение смещения частоты шума фазы слишком высоко на данное время импульсной характеристики, предупреждающее сообщение появляется, задавая минимальную длительность, подходящую для необходимого разрешения. Для получения дополнительной информации смотрите Модулятор IQ (RF Blockset).
Этим примером мог быть базис для тестирования форм волны E-TM для различных настроек RF. Можно заменить блок RF Transmitter другой подсистемой RF по вашему выбору и конфигурированием модели соответственно.
3GPP TS 36.141 "E-UTRA; Проект Партнерства третьего поколения" проверки на соответствие стандарту Базовой станции (BS); Сеть радиодоступа Technical Specification Group.
3GPP TS 36.104 "E-UTRA; передача радио Базовой станции (BS) и прием" Проект Партнерства третьего поколения; Сеть радиодоступа Technical Specification Group.
3GPP TS 36.101. "E-UTRA; передача радио Оборудования пользователя (UE) и прием". Проект Партнерства третьего поколения; Сеть радиодоступа Technical Specification Group.