主要内容

具有RF损伤和校正的端到端QAM仿真

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。

该示例包括:

关键词:QAM,射频损伤,I/Q不平衡,非线性,射频校正。

介绍

模拟允许您配置GUI中显示的参数。

打开GUI:

  • 修改参数

  • 用matlab运行模拟

  • 可视化信号星座和光谱

  • 查看底层的matlab代码

  • 生成C代码并运行仿真(使用有效的MATLAB编码器™ 许可证)

QAMwithRFImpairmentsExample

这个模拟按钮使用解释的MATLAB代码模拟配置的链接。仿真运行时,可以使用GUI修改某些仿真参数。参数设置更新的影响可在结果面板或绘图上立即观察到。模拟运行时不可用的参数将灰显。若要修改无法修改的参数,必须停止模拟。

这个查看MATLAB代码按钮在编辑器中打开模拟器代码,允许目视检查,并进一步探索模拟中使用的基础功能。

这个运行生成的代码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。

这个停止模拟按钮在执行期间停止模拟。这适用于解释的MATLAB和MEX文件。该按钮仅在模拟运行时激活。

这个帮助按钮会带来此HTML页面。

仿真概述

仿真执行以下步骤:

  • 生成随机整数

  • 用16-QAM调制

  • 根上升余弦(RRC)发送滤波器

  • 通过HPA

  • 应用发射天线增益

  • 基于大气条件应用路径损耗

  • 通过具有RF损伤的AWGN通道通过信号

  • 应用接收天线增益

  • 删除DC偏移量

  • 应用自动增益控制

  • RRC接收过滤器

  • 应用ADC效果

  • 补偿I/Q振幅和相位不平衡

  • 正确的多普勒班次

  • 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伤:

  • 接收器噪声温度范围[0,600] k

  • 距离[- 3,3]Hz的多普勒误差

  • DC偏移,表示为最大信号电压的百分比,在范围内[0,20]

  • 相位噪声范围[-100,-48] dbc / hz

  • I / Q幅度不平衡在[-5,5] db范围内

  • I/Q相位不平衡范围[- 3030]度

  • HPA退避电平在[1,30]dB范围内

  • 通过改变[2 16]位范围内的ADC位数来量化误差

  • 由于ADC全尺度电压在[0.1 2]幅度单位(AU)范围内,饱和度

30 dB的HPA退避对应于可忽略的失真,因为放大器在其线性区域中操作,而1 dB对应于严重的失真。Saleh模型用于模拟HPA的行为。进一步的信息Comm.MemoryLessnoninearity.页。

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功能。这些校正由三个系统对象提供。这个comm.carriersynchronizer补偿多普勒引起的频率偏移comm.iqimbalanceCompensator.纠正振幅和相位不平衡,以及dsp。DCBlocker补偿DC偏移量。

并显示结果

您可以使用GUI控件显示:

  • 在传输RRC滤波器的输出处测量的传输信号的频谱。

  • 在接收RRC滤波器的输入处测量的接收信号的光谱。

  • 接收信号的星座图。

  • HPA输入信号的星座图。

  • HPA输出信号的星座图

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。

为禁用I / Q不平衡校正的情况显示了星座图的图。这红色+符号表示16-QAM参考星座。通过未校正的不平衡缩放和旋转星座。

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HPA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。

进一步的探索

使用GUI更改下面列出的参数。

  • 链接收益和损失:在0到290 K(典型)之间改变噪声温度,以查看对接收信号频谱分析仪绘图的影响。同样,更改链路距离、大气条件和载波频率,以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中。

  • HPA am - am和am - pm转换:改变了HPA Backoff.在30 dB(可忽略不计的非线性)至1 dB(严重非线性)之间。值为7 dB对应于中等非线性。查看对频谱图,HPA输出星座,接收信号星座图以及误码率的影响。增加的非线性增加了光谱再生,并导致HPA输出星座变为“圆角”并旋转。这个HPA Backoff.参数可在仿真执行时进行调整。

  • 相位噪声:设定相位噪声至-48 dBc/Hz(高),并在接收信号星座图中观察切线方向上增加的方差。该相位噪声水平足以在其他无错误信道中引起错误。设定相位噪声至-55 dBc/Hz(低),观察切向上的方差已减小。这种相位噪声水平不会显著增加错误率。现在,设置HPA Backoff.电平参数为7 dB(中度非线性)。请注意,即使在单独应用时,中等HPA非线性和中等相位噪声不会导致许多位错误,但在一起应用时,它们确实会导致显著更多的位错误。这个相位噪声参数只有在模拟停止时才能调整。

  • 直流偏移和直流偏移校正:设定DC偏移10并通过取消选中来禁用直流偏移校正直流偏移复选框。星座图变化很大。重新启用直流偏移校正并查看接收信号星座图和信号频谱,以验证直流偏移是否已消除。在模拟执行期间,可以修改直流偏移和直流偏移校正参数。

  • I / Q不平衡:禁用振幅和相位不平衡框查看I/Q不平衡对接收星座图的影响。修改振幅和相位不平衡场,以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期间修改。

  • 多普勒和多普勒补偿:设置多普勒错误设置为0.7 Hz并禁用多普勒错误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。启用多普勒错误修正多普勒误差。验证BER是否降低。这些参数只有在模拟停止时才可用。

  • ADC效果:减少ADC比特的数量,以查看增加了所接收信号对量化误差的效果。降低ADC全尺度电压,以施加饱和度,并在接收信号上施加饱和度并对系统性能进行影响。

  • 代码生成:点击运行模拟运行生成的代码按钮。这是第一次完成,模拟在执行之前编译,这使得在用解释的MATLAB模拟时使过程需要的过程比它更长。改变HPA退避设置级别并重新运行模拟。请注意,“结果”面板的更新速度非常快。现在,换个颜色相位噪声并单击运行生成的代码按钮。代码被重新编译,因为相位噪声是不可运送的参数。启用接收星座选项并重新运行模拟。您可以看到当范围被激活时,位错误结果累积更慢,但在与内插MATLAB运行时,范围更新会比它更快更快。

  • 误码率估计:默认情况下,位错误数参数设置为因此,损伤和矫正的影响可以很容易地在示波器上显示出来。对于误码率估计,通常收集50到200个错误就足够了;因此,禁用作用域并更改位错误数参数从到100.当仿真运行时,将可修改的参数保持不变是重要的,以获得有效的BER估计。

选定的书目

[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®通信交易,第COM-29卷,第11期,1981年11月。

[2] Kasdin,N.J.,“色噪声和随机过程的离散模拟和1/(f^alpha);幂律噪声产生”,《IEEE会议录》,第83卷,第5期,1995年5月。

[3] Kasdin,N. Jeremy和Todd Walter,“权力法噪声的离散模拟”,1992 IEEE频率控制研讨会。

[4] Sklar,Bernard,数字通信:基础与应用, Englewood Cliffs, n.j., Prentice Hall, 1988。