NR射频发射机的建模和测试

这个示例使用:

开放式

该示例展示了如何描述RF损害的影响，如同相和正交(IQ)不平衡、相位噪声和功率放大器(PA)非线性对新无线电(NR)射频(RF)发射机性能的影响。NR射频发射器使用5G工具箱™和RF Blockset™在Simulin金宝appk®中建模。

介绍

这个例子展示了如何描述RF损害的影响，如IQ不平衡，相位噪声和PA非线性的NR RF发射器的性能。为了评估性能，本例考虑以下度量:

误差矢量大小(EVM):在给定时间内理想(发送)信号与被测(接收)信号之间的矢量差。
相邻信道泄漏比(ACLR):功率泄漏到相邻信道的量的度量，定义为以指定信道频率为中心的滤波平均功率与以相邻信道频率为中心的滤波平均功率的比值。
已占用带宽:以所分配的信道频率为中心，包含信号总综合功率的99%的带宽。
信道功率:以所分配的信道频率为中心的滤波平均功率。
互补累积分布函数(CCDF):信号的瞬时功率高于其平均功率的概率。

该模型在一个子帧的基础上工作。对于每个子框架，工作流由以下步骤组成:

使用5G工具箱函数生成基带波形。
将生成的波形上转换为通带频率，并使用RF块集应用RF滤波和放大。
将传输的波形降低到基带频率。
使用Spectrum Analyzer模块计算ACLR/ACPR、占用带宽、信道功率和CCDF。
在接收端解调波形以测量EVM。

该示例使用Simulink模型来执行这金宝app些操作。基带信号处理(步骤1和5)使用MATLAB®功能模块，而射频发射器建模(步骤2-4)使用RF模块集。该模型支持正常和加速模金宝app拟模式。

金宝app仿真软件模型结构

该模型包含三个主要组成部分:

NR基带生成:生成基带波形。
射频传输:将波形从基带上转换为通带，进行射频滤波、放大和下转换。
NR基带接收和测量:进行射频测量并解调基带波形，计算EVM。

modelName ='nrmodelingandtestingrftransmittermodel';Open_System（ModelName）;

NR基带代

NR- tm传输模块传输频率范围1 (FR1)和频率范围2 (FR2)的符合标准的5G NR测试模型(NR- tm)波形[1]。

对于NR-TM波形生成，您可以使用NR-TM传输块掩模指定NR-TM名称，通道带宽，子载波间距（SCS），双工模式，小区标识和TS 38.141版本。此外，此块提供启用或禁用ACLR测试的选项。当启用ACLR测量时，波形被过采样以可视化光谱再生。

有关如何生成nr - tcm的更多信息，请参见5G NR-TM和FRC波形生成．

由于示例工作在一个子帧接一个子帧的基础上，NR-TM传输块一次发送一个子帧。发送10个子帧(FDD双工模式下对应1帧)持续10毫秒。如果仿真时间超过10毫秒，则NR-TM传输块循环传输相同的帧。子帧计数器块存储当前传输的子帧的数目。如果模拟时间超过一个帧周期，子帧计数器块将重置为0。

射频传输

RF发射器块基于超外差发射器架构。该架构将波形上转换为通带频率，并在发送信号之前应用RF滤波和放大。超外差发射器的典型组件是：

IQ调制器由混频器，移相器和本地振荡器组成
带通滤波器
功率放大器

除了这些组件，该射频发射机块还包括一个可变增益放大器(VGA)，以控制高功率放大器(HPA)的输入后退(IBO)水平。

set_param（modelname，“开放”，'离开'）;set_param ([modelName' /射频发射机的]，“开放”，“上”）;

输入模块将复杂基带波形转换为射频信号，输出模块将射频信号转换回复杂基带。因为射频发射机每子帧最多接受1024个样本，所以在射频发射机模块之前的输入缓冲区减少了发送到射频发射机的样本数量。在当前配置中，输入缓冲区一次发送1024个样本。

在将样本发送到解码子帧块之前，输出缓冲区(在射频发射器之后)在一个子帧内缓冲所有样本。

Delay块表示由缓冲区引起的延迟。由于延迟的持续时间相当于一个子帧的传输，解码子帧块不解调在一个子帧期间收到的第一个信息。

您可以使用射频发射机块掩码配置射频发射机组件。

射频发射机块表现出典型的损伤，包括:

I / q由于发射器链的并行部分与处理IQ信号路径之间的并行部分之间的增益或相位不匹配而失衡。
相位噪声作为一种次级效应，直接与振荡器有源器件中的热噪声有关。
当放大器在饱和区域工作时，HPA非线性由于DC电源限制。

这个例子强调了HPA的非线性行为的影响。

NR基带接收和测量

解码子帧块对接收到的子帧进行OFDM解调、信道估计和均衡，恢复并绘制星座图中的PDSCH符号。该块还将EVM随时间和频率的变化取平均值，并绘制以下值:

EVM每个OFDM符号：EVM在每个OFDM符号上平均。
每个插槽的EVM:每个插槽内分配的PDSCH符号上的EVM平均值。
每副载波的EVM:在副载波内分配的PDSCH符号上的EVM平均值。
总体EVM：EVM在传输的分配PDSCH符号上平均。

根据TS 38.141-1 [1，并不是所有的PDSCH符号都被考虑用于EVM评估。使用RNTI, helper函数hlisttargetpdschs.选取目标PDSCH符号进行分析。

频谱分析仪模块提供频域测量，如ACLR(简称ACPR)、占用带宽、信道功率和CCDF。为了可视化光谱再生，ACLR测试对波形进行采样。过采样系数取决于波形配置，并且应该设置为生成的信号能够表示第一和第二相邻通道。ACLR评估遵循TS 38.141-1中的规范[1]。

模型性能

为了表征HPA非线性在EVM和ACLR评估中的影响，您可以测量HPA的幅度调节（AM / AM）。AM / AM指的是输入功率水平的输出功率水平。辅助功能hPlotHPACurve显示为该型号选择的HPA的AM/AM特性。

hPlotHPACurve ();figHPA = gcf;

P1DB是1 dB压缩点的功率，并且通常在选择HPA的IBO级别时用作参考。您可以通过分析HPA的不同操作点的EVM和ACLR结果来查看RF发射器对RF发射器的HPA影响。例如，在IBO = 15 dB的情况下比较与在线性区域中操作的HPA对应的情况，当IBO = 2 dB时，对应于在完全饱和的HPA操作时。VGA的增益控制IBO级别。要保持VGA线性行为，请选择低于20 dB的增益值。

线性HPA (IBO = 15 dB)．在15 dB的IBO级别运行，设置可用功率增益参数的VGA块为0 dB。要模拟整个帧，需要运行足够长的时间来捕获，例如，4个子帧(4毫秒)。在仿真过程中，该模型显示EVM和ACLR的测量结果和星座图。

set_param ([modelName' /射频发射机的]，'vgagain'，' 0 '）;sim (modelName);

——启动模拟——发送子帧0…发送子帧1…发射子帧2…发射子帧3…——模拟结束——

根据TS 38.104 [2]时，进行测量所需的最小ACLR为45 dB，星座为64-QAM时所需的最大EVM为8%。由于ACLR值高于45 dB，而整体EVM(约为1.3%)低于8%，所以这两项测量都在要求范围内。

非线性HPA (IBO = 2 dB)．若要在2 dB的IBO水平上运行，请设置可用功率增益将VGA模块的参数设置为12db。

set_param ([modelName' /射频发射机的]，'vgagain'，“12”）;sim (modelName);slmsgviewer.deleteinstance（）;%恢复默认参数set_param ([modelName' /射频发射机的]，'vgagain'，' 0 '）;

——启动模拟——发送子帧0…发送子帧1…发射子帧2…发射子帧3…——模拟结束——

与前一个情况相比，星座图扭曲，光谱再远足较高。就测量而言，第一相邻信道ACLR不会落在TS 38.104的要求范围内2而总体EVM约为7%，更高。

RF发射器被配置为使用NR-TM传输块的默认值，并且载波以2140 MHz（FR1）为中心。如果您更改了载波频率或波形参数块中的值，您可能需要更新射频发射器组件的参数，因为这些参数已被选择用于示例的默认配置。有关更多信息，请参阅此示例的摘要和进一步探索部分。

摘要和进一步的探索

这个例子演示了如何在Simulink中建模和测试NR射频发射机。金宝app射频发射机由IQ调制器、带通滤波器和放大器组成。为了评估性能，Simulink模型考虑ACLR和EVM测量。金宝app该实例强调了HPA非线性对射频发射机性能的影响。你也可以探索改变其他损伤的影响。例如:

增加I/Q不平衡使用I / Q增益不匹配（DB）和I / q相位错配（DEG）参数对智商调制器RF发射器块的选项卡。
通过使用增加相位噪声相位噪声偏移(Hz)和相位噪声电平(dBc/Hz)参数对智商调制器RF发射器块的选项卡。

此外，您可以通过使用频谱分析仪块检查占用带宽、信道功率和CCDF测量值。

如果您更改了载波频率或波形参数块中的值，您可能需要更新射频发射器组件的参数，因为这些参数已被选择用于示例的默认配置。例如，载波频率的变化需要修改滤波器的带宽。如果您选择的带宽超过20MHz，您可能需要更新脉冲响应持续时间和相位噪声频率偏移(Hz)IQ调制器块的参数。相位噪声偏移确定脉冲响应持续时间的下限。如果相位噪声频率偏移分辨率太高，则对于给定的脉冲响应持续时间，则会出现警告消息，指定适合于所需分辨率的最小持续时间。有关更多信息，请参阅智商调制器（rf块集）．

这个例子可以作为测试不同射频配置的NR-TM波形的基础。您可以尝试用您选择的另一个射频子系统替换射频发射机模块，并相应地配置模型。