此示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:
一个MATLAB®GUI,QAMwithRFImpairmentsExample.
基于matlab的模拟器功能,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。
模拟允许您配置GUI中显示的参数。
打开GUI:
修改参数
用MATLAB运行仿真
可视化信号星座和频谱
查看底层MATLAB代码
生成C代码并运行仿真(使用有效的MATLAB Coder™许可证)
QAMwithRFImpairmentsExample
的模拟按钮使用解释的MATLAB代码模拟配置的链接。当模拟运行时,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面板或图中观察到。在模拟运行时不可调优的参数将变为灰色。要修改不可调参数,必须停止模拟。
的视图MATLAB代码按钮将在编辑器中打开模拟器代码,允许对仿真中使用的底层函数进行视觉检查和进一步探索。
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仿真。模拟的MEX版本运行得更快,尽管编译过程本身会消耗一些时间。当从解释模式或从mex文件运行时,您可以修改相同的参数。
的停止仿真按钮在执行过程中停止模拟。这工作的解释MATLAB和mex文件。该按钮只有在模拟运行时才激活。
的帮助按钮将弹出此HTML页面。
仿真执行以下步骤:
生成随机整数
调节与16-QAM
根上升余弦(RRC)发送滤波器
通过HPA
应用发射天线增益
应用基于大气条件的路径损耗
通过带有射频损伤的AWGN通道传递信号
应用接收天线增益
消除直流偏置
应用自动增益控制
RRC接收滤波器
应用ADC的影响
补偿I/Q振幅和相位不平衡
纠正多普勒频移
解调16-QAM
计算误码率
下面的框图显示了系统的架构。
您可以指定以下信号损害:
接收机噪声温度范围[0,600]K
距离[- 3,3]Hz的多普勒误差
在[0,20]范围内,用最大信号电压的百分比表示的直流偏置
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[- 3030]度
HPA回退电平在[1,30]dB范围内
通过在[2 16]位范围内改变ADC的位数来量化误差
由于ADC满量程电压[0.1 2]振幅单位(AUs)范围内的饱和
30 dB的HPA后退对应的是可忽略的失真,因为放大器是在它的线性区域内工作的,而1 dB对应的是严重的失真。使用Saleh模型来模拟HPA的行为。更多信息请参见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
补偿了由于多普勒,频率偏移comm.IQImbalanceCompensator
纠正振幅和相位不平衡,并dsp。DCBlocker
补偿直流偏置。
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滤波器输入处测量的接收信号的频谱。
接收信号的星座图。
HPA输入信号的星座图。
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的影响在带外信号谱中最为明显,接收信号的噪声底比发射信号谱高20 dB。接收到的信号频谱也显示了信道传输损耗的影响。
图中显示了I/Q不平衡校正被禁用的情况下的星座图。红色的+
符号表示16-QAM参考星座。星座是由未校正的不平衡缩放和旋转的。
非线性HPA行为的影响如下所示下丘脑-垂体-肾上腺轴的输入和下丘脑-垂体-肾上腺轴的输出使用相同的星座图。图显示了AM/AM和AM/PM失真的影响,当放大器工作7db低于饱和。AM/AM失真会导致HPA输出信号星座的“圆整”外观,而AM/PM则会导致星座旋转。
在图形界面的结果面板上直接显示误码率、误码数、传输符号总数、路径损耗和Eb/No。
使用GUI更改下面列出的参数。
链接收益和损失:改变噪声温度在0到290 K(典型)之间,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来查看对接收信号频谱的影响。链路裕度的变化也反映在计算的路径损耗和Eb/No上。
HPA am - am和am - pm转换:改变HPA倒扣介于30 dB(非线性可忽略)到1 dB(严重非线性)之间。7 dB值对应中度非线性。查看对频谱图、HPA输出星座、接收信号星座图、误码率的影响。增加非线性会增加光谱再生,导致HPA输出星座变得“更圆”并旋转。的HPA倒扣参数可在仿真执行时进行调整。
相位噪声:设置相位噪声至-48 dBc/Hz(高),观察接收信号星座图中切向方差的增大。这种水平的相位噪声足以在一个没有错误的信道中引起错误。设置相位噪声至-55 dBc/Hz(低),观察到切向的变化已经减小。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7db(中等非线性)。请注意,即使中等的HPA非线性和中等的相位噪声单独应用时不会造成很多的比特错误,但当它们一起应用时,会造成明显更多的比特错误。的相位噪声参数只有在模拟停止时才能调整。
直流偏置和直流偏置校正:设置直流偏置来10
和禁用直流偏置校正通过取消检查直流偏置复选框。星座图发生了显著变化。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。在仿真执行过程中,可以修改直流偏置和直流偏置校正参数。
I / Q不平衡:禁用振幅和相位不平衡框,以查看I/Q不平衡对接收星座图的影响。修改幅相不平衡场,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:集多普勒误差到0.7 Hz,并禁用多普勒误差校正以显示未经校正的多普勒对接收信号的影响。注意,误码率接近0.5。启用多普勒误差修正多普勒误差。验证BER是否降低。这些参数只有在模拟停止时才可用。
ADC效应:减少ADC的位数,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,使接收信号饱和,并观察其对系统性能的影响。
代码生成:单击。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,这使得这个过程比使用解释的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,改变相位噪声并单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优的参数。启用Rx星座选项并重新运行模拟。你可以看到,当范围被激活时,比特错误结果积累得更慢,但范围更新比运行内插MATLAB时快得多。
误码率估算:默认情况下,位错误数参数设置为正
这样,损伤和矫正的效果就可以很容易地在范围上显示出来。对于误码估计,通常收集50到200个错误就足够了;因此,禁用范围并更改位错误数参数从正
到100年。在仿真过程中,为了获得有效的误码率估计,保持可修改参数不变是很重要的。
[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。