此模型显示卫星链接,使用来自Communications Toolbox™的块来模拟以下损伤:
记忆非线性
自由空间路径损耗
多普勒错误
接收器热噪声
相位噪声
同期和正交不平衡
直流抵消
该模型可选择校正这些损伤的大部分。
通过对链接上的增益和损耗进行建模,该模型实现了链路预算计算,该计算可以用给定的比特错误率(BER)确定是否可以关闭下行链路。增益和损耗块,包括自由空间路径损耗块和接收器热噪声块,确定可以在添加白色高斯噪声通道中的链路上支持的数据速率。金宝app
该示例突出显示卫星链路模型及其信号范围。该模型包括卫星下行链路发送器,下行路径和地面站下行接收器。
对应于这些部分中的每条部分的块是
卫星下行链路发送器
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。
凸起余弦传输过滤器-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) - 使用SaleH型号选项造型的行驶波管放大器(TWTA)记忆非线性并且可选地将AM / AM和AM / PM与数字预失真块校正。
获得
(TX Dish Antenna Gain) - 应用变送器抛物线碟天线的增益。
下行路径
地面站下行接收器
获得
(RX Dish Antenna Gain) - 应用接收器抛物线碟天线的增益。
接收器热噪声(卫星接收器系统TEMP) - 增加代表接收器有效系统温度的白色高斯噪声。
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- 向信号引入直流偏移,幅度不平衡或相位不平衡。
LNA
(低噪声放大器) - 应用低噪声放大器增益。
凸起余弦接收过滤器- 使用平方根升高的余弦脉冲形状将匹配的滤波器应用于调制信号。
直流阻拦- 补偿I / Q不平衡块中的DC偏移量。
AGC块- 将信号功率设置为所需的级别。
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。
多普勒矫正
——使用运营商同步器块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- 从16-QAM星座空间中解开数据流。
双击标记为的块模型参数要查看模型的参数设置。所有这些参数都是可调调谐的。要更改模型正在运行的参数,请在对话框中应用它们,然后通过Ctrl + D更新模型。参数是:
卫星海拔高度(km)- 卫星和地面站之间的距离。更改此参数更新可用空间路径丢失块。默认设置为35600。
频率(MHz)- 链路的载波频率。更改此参数更新可用空间路径丢失块。默认设置为4000。
发送和接收天线直径(M)- 矢量中的第一元件表示发射天线直径,用于计算TX碗天线增益块中的增益。第二元件表示接收天线直径,用于计算RX Dish天线增益块中的增益。默认设置是[.4 .4]。
噪声温度(k)- 允许您从四个有效的接收器系统噪声温度中进行选择。所选的噪声温度变化噪音温度接收器热噪声块。默认设置为20k。选择是
0(没有噪音)
- 使用此设置可查看其他RF损伤,而无需噪声的扰动效果。
20(噪音极低)
- 使用此设置可以在与其他RF损伤结合时,查看噪音水平较低的噪音如何降低链路性能。
290(典型噪音声级)
- 使用此设置查看典型的静静电接收器如何运行。
500(高噪音级)
- 当系统噪声数字为2.4 dB时,使用此设置可查看接收器行为,并且天线噪声温度为290k。
HPA补偿水平- 允许您从三个退避级别中选择。该参数用于确定卫星高功率放大器是否驱动到饱和度的接近。所选退避操作用于设置内存非线性块的输入和输出增益。默认设置为30 dB(可忽略不计的非线性)。选择是
30 dB(可忽略不计的非线性)
- 将平均输入电源设置为30分贝,低于输入功率,导致放大器饱和度(即增益曲线变平的点)。这导致了可忽略不计的AM-TO-AM和AM-to-PM转换。AM-to-AM转换是幅度非线性如何随信号幅度而变化的指示。AM-to-PM转换是衡量相位非线性如何因信号幅度而变化的尺寸。
7 dB(中等非线性)
- 将平均输入电源设置为7分贝,低于输入电源,导致放大器饱和度。这导致中度AM-to-AM和AM-to-PM转换,这是数字预失真的可校正。
1 dB(严重非线性)
- 将平均输入功率设置为1分贝,低于输入电源,导致放大器饱和度。这会导致严重的AM-to-AM和AM-to-PM转换,并且不可纠正数字预失真。
多普勒错误- 允许您选择多普勒的两个值之一。选择更新相位/频率偏移(多普勒错误)块。默认设置是0 Hz.
.选择是
0 Hz.
- 链接上没有多普勒。
3 Hz.
-增加3hz的载波频率偏移。
相位噪声- 允许您从接收器处选择三个相位噪声的值。选择更新相位噪声块。默认设置是忽略不计(-100 dbc / hz @ 100 hz)
.选择是
忽略不计(-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添加热噪声或其他RF损伤。
I / Q不平衡和DC偏移量- 允许您从接收器中选择五种类型的同相和正交不平衡。选择更新I / Q不平衡块。默认设置是没有任何
.选择是
没有任何
- 没有不平衡。
幅度不平衡(3 dB)
- 将1.5 dB的增益应用于同相信号,A -1.5 DB增益到正交信号。
相位不平衡(20°)
- 将同相信号旋转10度,正交信号旋转-10度。
同相直流偏置(1e-8)
- 将1E-8的直流偏移量添加到相位信号幅度。此偏移量改变所接收的信号星座图,但除非结合热噪声或其他RF损伤,否则不会导致链路上的错误。
正交直流偏移(5E-8)
- 将5E-8的直流偏移量添加到正交信号幅度。即使不与热噪声或其他RF损伤组合,也会导致链接上的错误导致链路错误。该偏移也使接收信号频谱中的直流峰值峰值。
数字预失真- 允许您启用或禁用数字预失真子系统。默认设置是禁用
.
直流偏置校正- 允许您启用或禁用DC阻塞子系统。默认设置是禁用
.
多普勒矫正- 允许您启用或禁用多普勒校正子系统。默认设置是禁用
.
I / Q不平衡校正- 允许您启用或禁用I / Q不平衡校正子系统。默认设置是禁用
.
运行此模型时,以下显示屏都处于活动状态:
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。
比较两个光谱允许您查看以下RF损伤的效果:
由于无记忆非线性块引起的HPA非线性,光谱再生
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HPA后的AM / AM和AM / PM转换。这些曲线使您可以查看数字预失真块和HPA对信号线性的影响。
HPA之前和之后的星座- 双击此打开范围块使您可以比较(黄色)和(蓝色)HPA之前的传输信号的星座。放大器增益使HPA输出信号大于HPA输入信号。此绘图使您可以查看HPA非线性和数字预失真的组合效果。
结束星座- 双击此打开范围块使您可以在解调(黄色)之前将参考16-QAM星座(红色)与接收的QAM星座进行比较。比较这些星座图允许您查看所有RF损伤对接收信号的影响和补偿的有效性。
位错误率(BER)显示- 在模型的右下角,是模型的BER的显示。可以通过双击绿色“双击重置BER”按钮手动重置BER计算。这允许您在模型运行时查看参数更改的影响。
本节介绍某种方式可以更改模型参数,以便在模型中的RF损伤库和其他块中的块的效果进行实验。您可以双击模型中标记为“型号参数”的块并尝试以下某些方案:
链路损益- 改变噪声温度到290(典型噪音声级)
那0(没有噪音)
或500(高噪音级)
.改变价值卫星海拔高度(km)或卫星频率(MHz)参数更改自由空间路径损失。此外,增加或减少发送和接收天线直径(M)参数增加或减少接收信号功率。您可以在接收的信号星座图范围内查看所接收的星座中的更改以及频谱分析仪中接收功率的变化。
凸起余弦脉冲整形- 确保噪声温度被设置为0(没有噪音)
.在HPA范围之前和之后打开星座。观察方形升高的余弦滤波导致符号间干扰(ISI)。这导致点散射围绕理想的星座点,您可以在HPA星座图之后看到。接收器中的平方根凸起余弦滤波器与发射过滤器一起控制ISI,您可以在接收信号星座图中看到。
HPA AM-TO-AM转换和AM-TO-PM转换- 改变HPA补偿水平参数到7 dB(中等非线性)
通过在HPA星座图之后将发射RRC滤波信号星座图与RRC信号进行比较,观察AM-TO-AM和AM-TO-PM转换。注意AM-TO-AM转换如何根据不同的信号幅度而变化。您还可以在接收信号星座图中查看此转换对接收信号的效果。此外,您可以观察到接收信号频谱分析仪中的光谱再生。您还可以在接收信号星座图范围内查看接收信号中的相位变化。
数字预失真使用数字预失真复选框检查,更改HPA补偿水平参数到30 dB(可忽略不计的非线性)
那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- 设置相位噪声参数到高
并在接收信号星座图中观察切线方向上的增加的变化。另请注意,此级别的相位噪声足以导致无差错通道中的错误。
直流偏置和直流偏置补偿- 设置I / Q不平衡和DC偏移量参数到同相直流偏置(1e-8)
并在接收信号星座图中查看星座的偏移。放直流偏置校正到启用
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。放直流偏置补偿到禁用
并改变I / q失衡到正交直流偏移(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。放直流偏置补偿到启用
并查看接收的信号星座图和频谱分析仪以查看DC分量的删除方式。
幅度不平衡——I / Q不平衡校正禁用,设置I/Q不平衡和直流偏置参数到幅度不平衡(3 dB)
在接收信号星座图中查看不平衡I和Q增益的效果。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- 通过取消选中禁用多普勒校正多普勒矫正复选框。放多普勒错误到3 Hz.
显示未矫正多普勒对接收信号星座图的影响。使能够多普勒矫正要示出载波同步器恢复所接收的星座。用不同的I / Q不平衡和DC偏移重复练习。
[1] Saleh,Adel A.M.,“TWT放大器的频率无关和频率依赖性非线性型号”,Communications上的IEEE®事务,Vol。COM-29,1981年11月11日。
[2] Kasdin,N.J.,“彩色噪声和随机过程的离散模拟和1 /(F ^ alpha);权力法噪声产生,”IEEE的程序,Vol。1995年5月83日,53日。
[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:基础和应用, Englewood Cliffs, n.j., Prentice Hall, 1988。