NR射频发射机的建模和测试
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(如IQ不平衡、相位噪声和PA非线性)对NR RF发射器性能的影响。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。
该示例在一个子帧的基础上工作，并使用Simulink模型来执行以下步骤:金宝app
使用5G工具箱功能生成基带波形。
使用FIR插值块对波形进行过采样和滤波。
将基带波形导入使用射频块组块实现的射频发射机子系统块中。该模型使用射频中频来承载射频块组中的基带信息。
通过使用射频发射机子系统模块，模拟将波形上转换为载波频率的效果。该模块模拟使用射频模块集模块的射频发射器引入的损害。
使用Spectrum Analyzer模块计算ACLR/ACPR、占用带宽和信道功率，并描绘频谱掩模。
通过CCDF和PAPR块计算CCDF和PAPR。
使用FIR抽样块对波形进行下采样和滤波。
通过对基带波形的解调，提取数据符号并进行测量。
Simu金宝applink模型使用5G工具箱和DSP系统工具箱™功能来处理基带信号(步骤1、2和5-8)，并使用RF Blockset模块来建模射频发射器(步骤3和4)。该模型支持正常和加速器仿真模式。金宝app
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NR波形
射频传输:模拟将波形上转换为载波频率的效果
NR基带接收和测量:通过解调基带波形，进行射频测量和EVM计算
modelName =“NRModelingAndTestingRFTransmitterModel”；open_system (modelName);
NR基带代
5G NR测试模型块在TS 38.141-1中定义的频率范围1 (FR1)中传输符合标准的5G NR测试模型3.1 (NR- tm3.1)波形。这个块是使用5 g波形发生器您可以在块的用户数据中访问波形配置参数。本示例使用InitFcn在模型的回调将用户数据中可用的结构存储在Base Workspace变量中，NRInfo．有关此块的更多信息，请参见从无线波形发生器应用程序的波形．
为了显示高功率放大器(HPA)对带外光谱发射的影响，FIR插值块对波形进行过采样和滤波。在射频发射机子系统模块的输出端，FIR抽取模块将波形向下采样回原始采样率。多速率参数块提供了一个接口来配置FIR插值和抽取块的参数。
Multirate Parameters块还提供了启用或禁用3GPP TS 38.141-1 ACLR测试的选项。为了可视化光谱再生，ACLR测试对波形进行采样。如果执行3GPP ACLR测量使多速率参数块的参数启用，过采样因子取决于波形配置，并设置为生成的信号能够表示第一和第二相邻通道。指定过采样因子，关闭3GPP ACLR测试。的过采样因子参数定义了插值因子在FIR插值块和大量毁灭的因素在FIR抽取块中。
射频传输
射频发射机子系统是基于超外差发射机架构。该体系结构通过描述这些射频组件，模拟将波形上转换为载波频率的效果:
IQ调制器由混频器、移相器和本振组成
带通滤波器
功率放大器
除了这些组件，这个射频发射机子系统还包括一个可变增益放大器(VGA)，以控制HPA的输入回退(IBO)水平。
set_param (modelName“开放”，“关闭”）;RFTransmitterBlock = [modelName' /射频发射机的];set_param (RFTransmitterBlock“开放”，“上”）;
使用输入缓冲块一次发送一个样本到射频发射器子系统块。
射频发射机子系统模块中的import模块将Simulink复杂基带波形转换为射频模块集电路包络仿真环境。金宝app的载波频率Inport块的参数指定射频块域中载波的中心频率。输出模块将射频模块集信号转换回Simulink复合基带。金宝app
您可以使用射频发射机子系统块掩码配置射频发射机组件。
射频发射机子系统模块模型的典型缺陷，包括:
在处理IQ信号通路的发射机链的平行部分之间，由于增益或相位不匹配而导致的I/Q不平衡。
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。
当放大器工作在饱和区域时，由于直流功率限制导致的HPA非线性。
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。
在模型中使用缓冲区会产生时间延迟。由于延迟的持续时间相当于一个子帧的传输，解码子帧块不解调第一个子帧。
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:
每个OFDM符号的EVM:每个OFDM符号上的EVM平均值。
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符号上的平均值。
根据TS 38.141-1，并不是所有的PDSCH符号都被考虑用于EVM评价。使用RNTI, helper函数hListTargetPDSCHs选取目标PDSCH符号进行分析。
频谱分析仪块提供频域测量，如ACLR(简称ACPR)和占用的带宽。如果你禁用执行3GPP ACLR测量参数的多速率参数块，您可以选择过采样因子和频谱分析仪块测量所占用的带宽。
第二个频谱分析仪模块，称为CCDF和PAPR，连接在HPA模块的输入处，描述CCDF和PAPR测量值。
由于处理延迟，解码子帧块丢弃第一个接收的子帧(1毫秒)。因此，要接收一个帧，必须模拟FDD的时间为11ms(帧的时间为10ms加上最初丢弃的子帧的时间为1ms)。如果仿真时间大于11ms，则5G NR测试模型块循环发送相同的NR帧。
功率放大器非线性效应
为了在EVM和ACLR评估中描述HPA非线性的影响，您可以测量HPA的幅值-幅值调制(AM/AM)。AM/AM指的是输入功率水平的输出功率水平。辅助函数hPlotHPACurve显示为该型号选择的HPA的AM/AM特性。
hPlotHPACurve ();figHPA = gcf;
P1dB是压缩点1db时的功率，通常在选择HPA的IBO级时作为参考。通过分析HPA不同操作点的EVM和ACLR结果，可以看到HPA对射频发射器的影响。例如，将HPA在线性区域运行时对应的IBO = 14 dB与HPA在全饱和状态运行时对应的IBO = 2 dB进行比较。VGA的增益控制着IBO的电平。为了保持VGA线性行为，选择增益值低于20 dB。
线性HPA (IBO = 14 dB)．要在14 dB的IBO水平上运行，请设置可用功率增益参数的VGA块为0 dB。运行模拟以捕获，例如，4个子帧(5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 (RFTransmitterBlock“vgaGain”，' 0 '）;sim (modelName);
根据TS 38.104，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1.2%)低于8%，因此这两项测量均在要求范围内。
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 (RFTransmitterBlock“vgaGain”，“12”）;sim (modelName);%恢复默认参数set_param (RFTransmitterBlock“vgaGain”，' 0 '）;
与前一种情况相比，星座图失真，光谱再生更高。在测量方面，第一个相邻通道ACLR不符合TS 38.104的要求，整体EVM约为3%，高于前一个案例。
总结与进一步探索
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增益失配(dB)和I/Q相位失配(Deg)参数对智商调制器页签的射频发射机子系统。
使用增加相位噪声相位噪声偏移(Hz)和相位噪声电平(dBc/Hz)参数对智商调制器页签的射频发射机子系统。
射频发射器配置为与5G NR测试模型块中选择的当前NR- tm波形参数一起工作，并以2140 MHz (FR1)为中心载波。如果你修改中心频率(MHz)RF发射器子系统模块的参数或5G NR测试模型模块的波形配置，检查是否需要更新RF发射器组件和FIR滤波器的参数，因为这些参数被设置为与当前示例配置一起工作。例如，载波频率的变化需要修改通频带的频率和阻带频率射频发射器内部带通滤波器块的参数。如果您选择的带宽大于20 MHz，请检查是否需要更新脉冲响应时间和相位噪声频率偏移(Hz)参数智商调制器(射频Blockset)块。相位噪声偏移量决定了脉冲响应持续时间的下限。如果相位噪声频率偏移分辨率对于给定的脉冲响应持续时间较高，则会出现一个警告消息，指定适合所需分辨率的最小持续时间。
您可以使用这个示例作为测试不同射频配置的NR-TM波形的基础。您可以尝试用另一个射频子系统替换射频发射器子系统块，然后相应地配置模型。
要使用不同的NR-TM波形，请打开5 g波形发生器app，选择NR-TM配置，并导出一个新块。有关如何生成和使用此块的更多信息，请参见在Simulink中使用应用生成的块生成无线波形金宝app．
参考文献
3 gpp TS 38.141 - 1。“NR;基站(BS)一致性测试。第1部分:进行一致性测试。第三代合作伙伴项目;技术规范无线电接入网。
3 gpp TS 38.104。“NR;基站(BS)无线电发射和接收。”第三代合作伙伴项目;技术规范无线电接入网。
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