主要内容

射频卫星链路

该模型显示了一个卫星链路,使用通信工具箱™中的块来模拟以下损伤:

  • 无记忆非线性

  • 自由空间路径损耗

  • 多普勒误差

  • 接收机热噪声

  • 相位噪声

  • 同相位和正交不平衡

  • 直流偏移量

该模型可选择性地修正了这些损伤中的大部分。

该模型通过对链路上的增益和损失建模,实现了链路预算计算,以确定下行链路是否能在给定的误码率(BER)下关闭。增益和损失块,包括自由空间路径损失块和接收机热噪声块,决定了在加性高斯白噪声信道中链路上可以支持的数据速率。金宝app

示例的结构

该示例突出显示了卫星链路模型及其信号范围。该模型由卫星下行发射机、下行路径和地面站下行接收器组成。

对应于每个部分的块是

卫星下行发射机

  • 伯努利二进制信号发生器—创建随机二进制数据流。

  • 矩形QAM调制器基带—将数据流映射到16-QAM星座。

  • 上升余弦发射滤波器-使用平方根提高余弦脉冲形状对调制信号进行上采样和整形。

  • 带有可选数字预失真的HPA非线性(高功率放大器)-模型行波管放大器(TWTA)使用萨利赫模型选项无记忆非线性并可选地校正AM/AM和AM/PM与数字预失真块。

  • 获得(Tx碟形天线增益)-应用发射机抛物面碟形天线的增益。

下行之路

地面站下行接收器

  • 获得(Rx碟形天线增益)-应用接收机抛物面碟形天线的增益。

  • 接收机热噪声(卫星接收系统温度)-增加高斯白噪声,表示接收机的有效系统温度。

  • 相位噪声-引入由1/f或相位闪烁噪声引起的随机相位扰动。

  • I / Q不平衡—引入信号的直流偏置、幅度不平衡或相位不平衡。

  • 采用多次(低噪声放大器)-应用低噪声放大器增益。

  • 上升余弦接收滤波器-使用平方根上升余弦脉冲形状对调制信号应用匹配滤波器。

  • 直流阻断剂—补偿I/Q不平衡块中的直流偏置。

  • 自动增益控制—将信号功率设置为需要的水平。

  • I / Q不平衡补偿器-通过盲自适应算法估计和去除信号的I/Q不平衡。

  • 多普勒校正——使用载波同步器阻塞以补偿由于多普勒引起的载波频率偏移。

  • 矩形QAM解调器基带-对来自16-QAM星座空间的数据流进行Demaps。

探索的例子

双击标记为模型参数查看模型的参数设置。所有这些参数都是可调的。要在模型运行时更改参数,请在对话框中应用它们,然后通过ctrl+d更新模型。的参数是:

卫星高度(公里)-卫星与地面站之间的距离。更改此参数将更新空闲空间路径丢失块。默认设置为35600。

频率(MHz)—链路的载波频率。更改此参数将更新空闲空间路径丢失块。默认值为4000。

发射和接收天线直径(m)-矢量中的第一个元素表示发射天线直径,用于计算Tx Dish天线增益块中的增益。第二个元素表示接收天线直径,用于计算Rx碟形天线增益块中的增益。默认设置为[。4。4)。

噪声温度(K)-允许您从四个有效的接收系统噪声温度中选择。所选噪声温度改变噪声温度接收器热噪声块。默认设置为20k。的选择是

  • 0(没有声音)-使用此设置查看其他射频损伤,而不受噪声的干扰影响。

  • 20(噪音极低)-使用此设置来查看低水平的噪声,当结合其他射频损伤时,如何容易降低链路的性能。

  • 290(典型噪音声级)-使用此设置可查看典型静音卫星接收器的工作方式。

  • 500(高噪音级)—当系统噪声值为2.4 dB,天线噪声温度为290K时,使用此设置查看接收机行为。

HPA补偿水平-允许您从三个后退级别中选择。这个参数用于确定卫星高功率放大器被驱动到饱和的距离。所选回退用于设置无记忆非线性块的输入和输出增益。默认设置为30 dB(非线性可忽略不计)。的选择是

  • 30 dB(非线性可忽略不计)-将平均输入功率设置为低于导致放大器饱和(即增益曲线变平的点)的输入功率30分贝。这可以忽略am到am和am到pm的转换。AM-to-AM转换是振幅非线性随信号幅度变化的指示。am - pm转换是相位非线性随信号幅度变化的一种度量。

  • 7 dB(中等非线性)—将平均输入功率设置为低于导致放大器饱和的输入功率7分贝。这导致适度的AM-to-AM和AM-to-PM转换,这是可以用数字预失真校正的。

  • 1 dB(严重非线性)—将平均输入功率设置为比导致放大器饱和的输入功率低1分贝。这将导致严重的AM-to-AM和AM-to-PM转换,并且不能用数字预失真来校正。

多普勒误差-允许您选择两个多普勒值之一。选择更新相位/频率偏移(多普勒误差)块。默认设置为0赫兹.的选择是

  • 0赫兹-链路上没有多普勒信号

  • 3赫兹-增加3hz的载波频率偏移。

相位噪声-允许您选择三个值的相位噪声在接收器。选择更新相位噪声块。默认设置为可忽略(-100 dBc/Hz @ 100 Hz).的选择是

  • 可忽略(-100 dBc/Hz @ 100 Hz)-几乎没有相位噪声。

  • 低(-55 dBc/Hz @ 100 Hz)-足够的相位噪声在频谱和I/Q域都可见,当与热噪声或其他射频损伤结合时,会导致比特错误。

  • 高(-48 dBc/Hz @ 100 Hz)-足够的相位噪声导致误差,而不增加热噪声或其他射频损伤。

I/Q不平衡和直流偏置-允许您从五种类型的同相和正交不平衡接收机。选择更新I/Q失衡块。默认设置为没有一个.的选择是

  • 没有一个——不失衡。

  • 振幅不平衡(3db)-对同相信号施加1.5 dB增益,对正交信号施加-1.5 dB增益。

  • 相位不平衡(20℃)-旋转同相信号10度和正交信号-10度。

  • 同相直流偏置(1e-8)-在同相信号振幅上增加1e-8的直流偏置。这种偏移会改变接收到的信号星座图,但不会造成链路上的误差,除非与热噪声或其他射频损伤相结合。

  • 正交直流偏置(5e-8)-在正交信号振幅上增加5e-8的直流偏置。即使没有与热噪声或其他射频损伤结合,这种偏移也会导致链路上的错误。这种偏移也会在接收的信号频谱中引起直流尖峰。

数字预失真—启用/禁用数字预失真子系统。默认设置为禁用

直流偏置校正—开启/关闭直流阻塞子系统。默认设置为禁用

多普勒校正—启用或禁用多普勒校正子系统。默认设置为禁用

I / Q不平衡校正—启用/禁用I/Q失衡校正子系统。默认设置为禁用

并显示结果

当您运行此模型时,以下显示是活动的:

功率谱-双击此Open Scopes块,可以查看调制/过滤信号(黄色)和解调前接收信号(蓝色)的频谱。

比较两个频谱可以让你查看以下射频损伤的影响:

  • 由于无记忆非线性块引起的HPA非线性,光谱再生

  • 由接收器热噪声块引起的热噪声

  • 相位闪烁(即1/f噪声)由相位噪声块引起

HPA AM/AM和AM/PM-双击此打开范围块使您可以查看AM/AM和AM/PM转换后的HPA。这些图使您可以查看数字预失真块和HPA对信号线性度的影响。

HPA前后星座-双击此Open Scopes块,您可以比较发射信号在HPA之前(黄色)和之后(蓝色)的星座。放大器增益导致HPA输出信号大于HPA输入信号。这张图可以让你看到HPA非线性和数字预失真的综合效果。

端到端星座-双击此Open Scopes块,您可以将参考16-QAM星座(红色)与解调前接收的QAM星座(黄色)进行比较。通过比较这些星座图,您可以查看所有射频损伤对接收信号的影响和补偿的有效性。

显示误码率(BER)—在模型的右下角会显示该模型的误码率。通过双击绿色的“双击复位误码”按钮,可以手动复位误码计算。这允许您在模型运行时查看参数更改的影响。

使用示例进行实验

本节描述了一些可以更改模型参数的方法,以试验RF impair库中的块和模型中其他块的效果。您可以双击模型中标有“模型参数”的块,并尝试以下一些场景:

链路损益-改变噪声温度290(典型噪音声级)0(没有声音)500(高噪音级).的值卫星高度(公里)卫星频率(MHz)参数更改自由空间路径损失。此外,增加或减少发射和接收天线直径(m)参数来增加或减少接收信号的功率。您可以在接收信号星座图范围内查看接收星座的变化情况,在频谱分析仪中查看接收功率的变化情况。

上升余弦脉冲整形-确保噪声温度被设置为0(没有声音).打开星座前后HPA范围。观察平方根提高余弦滤波会导致符号间干扰(ISI)。这导致点松散地分散在理想星座点周围,这可以在After HPA星座图中看到。接收端平方根提升余弦滤波器与发射滤波器一起控制ISI,这在接收信号星座图中可以看到。

HPA am - am转换和am - pm转换——改变HPA补偿水平参数7 dB(中等非线性)将发射RRC滤波后的信号星座图与HPA星座图后的RRC信号进行比较,观察am到am和am到pm的转换情况。注意AM-to-AM转换是如何根据不同的信号幅度而变化的。您还可以在接收信号星座图中查看此转换对接收信号的影响。此外,还可以在接收到的信号频谱分析仪中观察光谱再生。也可以在接收信号星座图范围内查看接收信号的相位变化情况。

数字预失真选中数字预失真复选框后,更改HPA补偿水平参数30 dB(非线性可忽略不计)7 dB(中等非线性),1 dB(严重非线性)来观察数字预失真对HPA非线性的影响。

相位噪声加上AM-to-AM转换——设置相位噪声参数并观察接收信号星座图中切向方差的增大。还需要注意的是,这种水平的相位噪声足以在无误差的信道中引起误差。

直流偏置和直流偏置补偿——设置I/Q不平衡和直流偏置参数同相直流偏置(1e-8)并查看所接收信号星座图中星座的移位情况。集直流偏置校正启用并查看接收的信号星座图,以查看直流偏置块如何估计直流偏置值并将其从信号中移除。集直流偏置补偿禁用和改变I / Q不平衡正交直流偏置(5e-8).查看接收信号星座图中的大直流偏移和接收信号频谱中的直流尖峰的变化。请注意,LNA放大了小的直流偏移,使它们在星座图上可见,轴的限制要大得多。集直流偏置补偿启用并查看接收到的信号星座图和频谱分析仪,查看直流分量是如何被移除的。

幅度不平衡——I / Q不平衡校正残疾人,设置I/Q不平衡和直流偏置参数振幅不平衡(3db)查看接收信号星座图中不平衡I增益和Q增益的影响。启用I / Q不平衡校正来补偿振幅的不平衡。

多普勒和多普勒补偿-禁用多普勒校正通过取消检查多普勒校正复选框。集多普勒误差3赫兹显示未经校正的多普勒对接收信号星座图的影响。启用多普勒校正说明载波同步器恢复接收星座。使用不同的I/Q不平衡和DC偏移量重复这个练习。

选定的参考书目

[1] Saleh, Adel上午,“频率无关和频率相关的行波管放大器非线性模型”,IEEE通信学报,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);幂律噪声的产生,《IEEE论文集》,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] Sklar,伯纳德,数字通信:基础与应用, Englewood Cliffs, n.j., Prentice Hall, 1988。