主要内容

射频卫星链路

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该模型显示了一个卫星链路，使用通信工具箱™中的模块来模拟以下损伤:

  • 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

  • 同相和正交不平衡

  • 直流偏移量

该模型可选择性地纠正这些损伤中的大部分。

通过对链路上的增益和损失进行建模，该模型实现了链路预算计算，以确定是否可以在给定的误码率(BER)下关闭下行链路。增益和损耗块，包括自由空间路径损耗块和接收机热噪声块，决定了链路在加性高斯白噪声信道中可以支持的数据速率。金宝app

实例结构

这个例子强调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机组成。

对应于这些部分的块是

卫星下行发射机

  • 伯努利二进制发生器—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。

  • 凸起余弦发射滤波器-上采样和形状调制信号使用平方根提高余弦脉冲形状。

  • 可选数字预失真的HPA非线性(高功率放大器)-建模一个行波管放大器(TWTA)使用萨利赫模型选项无记忆非线性并可选地纠正AM/AM和AM/PM与数字预失真块。

  • 获得(Tx碟形天线增益)-应用发射机抛物线碟形天线的增益。

下行之路

地面站下行链路接收器

  • 获得(Rx碟形天线增益)-应用接收器抛物线碟形天线的增益。

  • 接收机热噪声(卫星接收机系统温度)-添加高斯白噪声，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-对信号引入直流偏置、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。

  • 凸起余弦接收滤波器-对使用平方根凸起余弦脉冲形状的调制信号应用匹配滤波器。

  • 直流阻断剂—补偿I/Q失衡块中的直流偏移。

  • 自动增益控制—设置需要的信号功率。

  • I/Q不平衡补偿器-通过盲自适应算法估计并消除信号中的I/Q不平衡。

  • 多普勒校正—使用载波同步器块来补偿多普勒引起的载波频率偏移。

  • 矩形QAM解调器基带—demap来自16-QAM星座空间的数据流。

案例探究

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。要在模型运行时对参数进行更改，请在对话框中应用它们，然后通过ctrl+d更新模型。参数为:

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。默认值为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。缺省值为4000。

收发天线直径(m)-矢量中的第一个元素表示发射天线直径，用于计算Tx碟形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。默认值为[。4。4)。

噪声温度(K)-可从四种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的接收器热噪声块。默认设置为20k。选项是

  • 0(无噪音)—使用此设置可以在没有噪声干扰的情况下查看其他射频损伤。

  • 20(极低噪音)-使用此设置可查看低水平噪声与其他射频损伤结合时如何容易降低链路性能。

  • 290(典型噪音声级)-使用此设置查看典型的静音卫星接收机如何工作。

  • 500(高噪音)—当系统噪声值为2.4 dB，天线噪声温度为290K时，查看接收机的行为。

HPA后退水平-可从三种回退级别中选择。该参数用于确定卫星高功率放大器被驱动到饱和的接近程度。所选的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(可忽略的非线性)。选项是

  • 30 dB(非线性可忽略)-将平均输入功率设置为比导致放大器饱和(即增益曲线变得平坦的点)的输入功率低30分贝。这会导致微不足道的am到am和am到pm转换。AM-to-AM转换是振幅非线性随信号幅度变化的一种指示。AM-to-PM转换是相位非线性随信号幅度变化的度量。

  • 7 dB(中等非线性)—将平均输入功率设置为比导致放大器饱和的输入功率低7分贝。这会导致适度的am - am和am - pm转换，这是可以通过数字预失真纠正的。

  • 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。这会导致严重的am - am和am - pm转换，并且无法通过数字预失真进行校正。

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．选项是

  • 0赫兹-没有多普勒信号

  • 3赫兹—增加3hz载波频偏。

相位噪声-允许您从接收机的三个相位噪声值中进行选择。选择更新相位噪声块。默认设置为可忽略不计(-100 dBc/Hz @ 100 Hz)．选项是

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

  • 低(- 55dbc /Hz @ 100hz)-足够的相位噪声在光谱和I/Q域都可见，并在与热噪声或其他射频损伤结合时造成误码。

  • 高(- 48dbc /Hz @ 100hz)-在没有热噪声或其他射频损伤的情况下，有足够的相位噪声引起误差。

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

  • 没有一个-没有不平衡。

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

  • 相位不平衡(20度)-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)-在同相信号振幅上增加1e-8的直流偏置。这种偏移量改变了接收到的信号星座图，但不会在链路上引起错误，除非与热噪声或其他射频损伤结合。

  • 正交直流偏置(5e-8)-在正交信号振幅上增加5e-8的直流偏移量。即使没有结合热噪声或其他射频损伤，这种偏移也会导致链路上的误差。这种偏移也会导致接收信号频谱中的直流峰值。

数字预失真—启用或禁用数字预失真子系统。默认设置为禁用．

直流偏置校正—可开启或关闭DC阻塞子系统。默认设置为禁用．

多普勒校正-允许您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—开启/关闭I/Q失衡校正子系统。默认设置为禁用．

结果和显示

当您运行此模型时，以下显示是活动的:

功率谱-双击“打开作用域”块，可以查看调制/滤波信号(黄色)和解调前接收信号(蓝色)的频谱。

比较两个频谱可以让您查看以下射频损伤的影响:

  • 无记忆非线性块引起的HPA非线性引起的光谱再生

  • 由接收器热噪声块引起的热噪声

  • 由相位噪声块引起的相位闪烁(即1/f噪声)

HPA上午/上午和下午-双击此Open Scopes块使您可以查看HPA之后的AM/AM和AM/PM转换。这些图使您能够查看数字预失真块和HPA对信号线性度的影响。

HPA前后星座-双击这个“打开范围”块，可以比较HPA之前(黄色)和之后(蓝色)传输信号的星座。放大器增益导致HPA输出信号大于HPA输入信号。此图使您能够查看HPA非线性和数字预失真的组合效果。

端到端星座-双击此Open Scopes块，可以将参考16-QAM星座(红色)与解调前接收到的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以及补偿的有效性。

误码率显示—模型右下角显示模型的误码率。可通过双击绿色“双击重置误码率”按钮手动重置误码率计算。这允许您在模型运行时查看参数更改的影响。

用例子做实验

本节描述了更改模型参数的一些方法，以试验RF损伤库中的块和模型中的其他块的效果。你可以在模型中双击标记为“Model Parameters”的块，并尝试以下场景:

联系得失-改变噪声温度来290(典型噪音声级)，0(无噪音)或500(高噪音)．的值卫星高度(公里)或卫星频率(MHz)参数来更改空闲空间路径损耗。此外，增加或减少收发天线直径(m)参数来增加或减少接收的信号功率。在接收信号星座图范围内可以看到接收星座的变化，在频谱分析仪中可以看到接收功率的变化。

凸起余弦脉冲整形-确保噪声温度设置为0(无噪音)．打开星座之前和之后HPA范围。观察平方根提升余弦滤波导致符号间干扰(ISI)。这导致点松散地分散在理想星座点周围，这可以在HPA后星座图中看到。接收机中的平方根凸起余弦滤波器与发射滤波器一起控制ISI，这可以在接收信号星座图中看到。

HPA am - am转换和am - pm转换-更改HPA后退水平参数7 dB(中等非线性)通过将Transmit RRC滤波后的信号星座图与HPA星座图后的RRC信号进行对比，观察am - am和am - pm的转换情况。注意调幅到调幅的转换如何根据不同的信号振幅而变化。您还可以在接收信号星座图中查看此转换对接收信号的影响。此外，您还可以在频谱分析仪中观察到接收信号的频谱再生。还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后退水平参数30 dB(非线性可忽略)，7 dB(中等非线性),1 dB(严重非线性)观察数字预失真对HPA非线性的影响。

相位噪声加上am - am转换—设置相位噪声参数高观察接收信号星座图中切向方差的增大。还要注意，这种水平的相位噪声足以在无错误的信道中引起错误。

直流偏置和直流偏置补偿—设置I/Q不平衡和直流偏移参数同相直流偏置(1e-8)并在接收信号星座图中查看星座的移位。集直流偏置校正来启用以及查看所述接收信号星座图，以查看所述直流偏置块如何估计所述直流偏置值并将其从所述信号中移除。集直流偏置补偿来禁用和改变I / Q不平衡来正交直流偏置(5e-8)．查看接收信号星座图中较大的直流偏置和接收信号频谱中的直流峰值的变化。请注意，LNA放大了小的直流偏移量，以便它们在具有更大轴限制的星座图上可见。集直流偏置补偿来启用以及查看所接收的信号星座图和频谱分析仪，以了解如何去除直流分量。

幅度不平衡-使用I/Q不平衡校正禁用，设置I/Q不平衡和DC偏移参数振幅不平衡(3分贝)查看接收信号星座图中不平衡I和Q增益的影响。启用I/Q不平衡校正来补偿振幅不平衡。

多普勒和多普勒补偿-取消检查禁用多普勒校正多普勒校正复选框。集多普勒误差来3赫兹以显示未校正多普勒对接收信号星座图的影响。启用多普勒校正显示载波同步器恢复接收到的星座。重复不同的I/Q不平衡和DC偏移练习。

选定的参考书目

[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®通讯汇刊，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);幂律噪声产生”，《IEEE学报》，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]斯克拉，伯纳德，数字通信:基础与应用，恩格尔伍德悬崖，新泽西州，普伦蒂斯大厅，1988年。