端到端的QAM模拟与射频损伤和修正
本例提供了可视化功能,以查看卫星下行链路中射频损伤和校正的影响。该链路在AWGN的存在下采用16-QAM调制,并使用高功率放大器(HPA)来克服与卫星通信相关的损耗。HPA引入非线性行为,当与其他射频损伤结合时,需要使用缓解技术。
这个例子包括:
matlab®gui,QAMwithRFImpairmentsExample.
一个基于matlab的模拟器函数,QAMwithRFImpairmentsSim.m,它从GUI接收输入参数。
关键词:QAM,射频损伤,I/Q不平衡,非线性,射频校正。
简介
模拟允许您配置GUI中显示的参数。
打开GUI到:
修改参数
用MATLAB进行仿真
可视化信号星座和频谱
查看底层MATLAB代码
生成C代码并运行模拟(使用有效的MATLAB Coder™许可证)
QAMwithRFImpairmentsExample
的模拟按钮模拟配置的链接使用解释的MATLAB代码。在运行模拟时,您可以使用GUI修改一些模拟参数。参数设置更新的影响可以立即在Results面板或图表上观察到。在模拟运行时不可调的参数将显示为灰色。若要修改不可调参数,必须停止模拟。
的查看MATLAB代码按钮在编辑器中打开模拟器代码,允许可视化检查和进一步研究模拟中使用的底层函数。
的运行生成的代码button将MATLAB函数编译为可执行的mex文件,并在编译过程完成后运行模拟。模拟的MEX版本运行得更快,尽管编译过程本身会造成时间损失。您可以在从解释模式或从mex文件运行时修改相同的参数。
的停止仿真按钮在执行过程中停止模拟。这适用于解释MATLAB和mexfile。该按钮仅在模拟运行时激活。
的帮助按钮会弹出这个HTML页面。
模拟概述
模拟执行以下步骤:
生成随机整数
用16-QAM调制
根凸起余弦(RRC)发射滤波器
通过HPA
应用发射天线增益
根据大气条件应用路径损失
将信号通过带有射频损伤的AWGN通道传递
应用接收天线增益
移除直流偏置
采用自动增益控制
接收滤波器
应用ADC效果
补偿I/Q振幅和相位不平衡
多普勒频移是正确的
解调16-QAM
计算误码率
下面的方框图显示了系统的架构。
您可以指定以下信号损害:
接收机噪声温度在[0,600]K范围内
多普勒误差在[- 3,3]Hz范围内
直流偏置,表示为最大信号电压的百分比,范围为[0,20]
相位噪声范围[-100,-48]dBc/Hz
I/Q振幅不平衡范围[- 5,5]dB
I/Q相位不平衡范围[- 30,30]度
HPA回退水平在[1,30]dB范围内
通过改变[2 16]位范围内ADC位数的量化错误
在[0.1 2]幅值单位(AUs)范围内ADC满量程电压导致的饱和
HPA回调30 dB对应的失真可以忽略不计,因为放大器工作在其线性区域内,而1 dB对应的失真严重。采用Saleh模型对HPA的行为进行了模拟。进一步的信息可在comm.MemorylessNonlinearity
页面。
GUI提供了启用或禁用多普勒误差,I/Q不平衡和直流偏移校正的能力。这些修正由三个System对象提供。的comm.CarrierSynchronizer
补偿了多普勒引起的频率偏移comm.IQImbalanceCompensator
修正振幅和相位不平衡,和dsp。DCBlocker
补偿直流偏置。
结果和显示
您可以使用GUI控件显示:
在发射RRC滤波器输出处测量的发射信号的频谱。
在接收RRC滤波器的输入端测量的接收信号的频谱。
接收信号的星座图。
HPA输入信号星座图。
HPA输出信号星座图
一个典型的频谱图,使用默认参数,显示。AWGN的影响在带外信号频谱中最为明显,接收信号的噪声底限比发射信号的频谱高20 dB。接收到的信号频谱还显示了通过信道的传播损耗的影响。
在禁用I/Q不平衡校正的情况下,显示了星座图的图。红色的+
符号表示16-QAM参考星座。星座被未校正的不平衡所缩放和旋转。
非线性HPA行为的影响表现为下丘脑-垂体-肾上腺轴的输入而且下丘脑-垂体-肾上腺轴的输出使用相同的星座图。图中显示了当放大器工作在饱和度以下7 dB时AM/AM和AM/PM失真的影响。AM/AM失真导致HPA输出信号星座的“圆形”外观,而AM/PM导致星座旋转。
结果面板直接显示误码率、错误数、传输符号总数、路径损耗和Eb/No。
进一步的探索
使用GUI更改下面列出的参数。
联系得失:将噪声温度在0到290 K(典型)之间变化,以查看对接收信号频谱分析仪图的影响。同样,改变链路距离、大气条件和载波频率,可以查看对接收信号频谱的影响。链路余量的变化也反映在计算的路径损耗和Eb/No中。
HPA am - am和am - pm转换:改变HPA倒扣介于30 dB(可忽略非线性)到1 dB(严重非线性)之间。7 dB的值对应中等非线性。查看对频谱图、HPA输出星座、接收信号星座图和误码率的影响。增加非线性增加了光谱再生,并导致HPA输出星座变得“更圆”和旋转。的HPA倒扣参数可以在模拟执行时进行调整。
相位噪声:设置相位噪声到- 48dbc /Hz(高),并观察接收信号星座图中切向方差的增加。这种水平的相位噪声足以在无错误的信道中引起错误。设置相位噪声到-55 dBc/Hz(低),并观察到切向上的方差减小了。这种水平的相位噪声不会显著增加错误率。现在,设置HPA倒扣电平参数为7 dB(中等非线性)。请注意,即使适度的HPA非线性和适度的相位噪声单独应用时不会引起很多误码,但当它们一起应用时,会引起明显更多的误码。的相位噪声参数只能在模拟停止时进行调整。
直流偏置及直流偏置校正:设置直流偏置来
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和禁用直流偏移校正通过取消检查直流偏置复选框。星座图发生明显变化。启用直流偏置校正并查看接收信号星座图和信号频谱,验证直流偏置已消除。直流偏置和直流偏置校正参数都可以在仿真执行过程中进行修改。I / Q不平衡:禁用振幅和相位不平衡框查看I/Q不平衡对接收到的星座图的影响。修改幅值和相位不平衡场,观察不同值对接收信号星座图的影响。重新启用I/Q不平衡校正,以验证接收星座与其参考点对齐。这些参数可以在执行过程中修改。
多普勒和多普勒补偿:集多普勒误差0.7 Hz,并禁用多普勒误差以显示未校正的多普勒对接收信号的影响。请注意,误码率接近0.5。启用多普勒误差校正多普勒误差。验证误码率是否降低。这些参数仅在模拟停止时可用。
ADC效应:减少ADC位的数量,以查看增加量化误差对接收信号的影响。降低ADC满量程电压,对接收信号施加饱和,并查看其对系统性能的影响。
代码生成:控件运行模拟运行生成的代码按钮。第一次这样做时,模拟在执行之前进行编译,这使得该过程比使用解释MATLAB进行模拟时花费的时间更长。改变HPA倒扣升级并重新运行模拟。注意,结果面板更新非常快。现在,更改相位噪声然后点击运行生成的代码按钮。代码被重新编译,因为相位噪声是一个不可调参数。启用Rx星座选项并重新运行模拟。您可以看到,当作用域被激活时,误码结果积累得更慢,但作用域更新得比使用插值MATLAB时快得多。
误码率估算:默认情况下,误码数参数设置为
正
因此,损伤和矫正的效果可以很容易地在范围上可视化。对于误码率估计,通常足以收集50到200个错误;因此,禁用作用域并更改误码数参数从正
到100年。在模拟运行时,保持可修改参数不变以获得有效的误码率估计是很重要的。
选定的参考书目
[1] Saleh, Adel a.m.,“行波管放大器的频率无关和频率相关非线性模型”,IEEE®通讯汇刊,COM-29卷,第11期,1981年11月。
[2] Kasdin, n.j.,“有色噪声和随机过程的离散模拟和1/(f^alpha);幂律噪声产生”,《IEEE学报》,第83卷,第5期,1995年5月。
[3] Kasdin, N. Jeremy和Todd Walter,“幂律噪声的离散模拟”,1992年IEEE频率控制研讨会。
[4]斯克拉,伯纳德,数字通信:基础与应用,恩格尔伍德悬崖,新泽西州,普伦蒂斯大厅,1988年。