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Phase Noise

受信側の位相ノイズの複素ベースバンド信号への適用

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ライブラリ:
Communications Toolbox / RF Impairments

説明

Phase Noise ブロックは位相ノイズを複素信号に追加します。このブロックは無線通信の送信機または受信機のローカルの発振器によって生じた損失をエミュレートします。ブロックは、指定されたスペクトル マスクに従ってフィルター処理された位相ノイズを生成し、それを入力信号に追加します。位相ノイズ モデリングについては、アルゴリズムを参照してください。

例

Simulink における 16-QAM への位相ノイズの影響

16-QAM 信号に位相ノイズ ベクトルと周波数オフセット ベクトルを追加します。コンスタレーションを表示します。

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信号スペクトルへの位相ノイズの影響の表示

この例では、スペクトルおよび位相ノイズが 100 kHz 正弦波に与える影響について説明します。

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通信システム パフォーマンスにおける RF 効果の影響

この例では、Communications Toolbox™ ブロックを使用して RF トランシーバーの熱ノイズ、位相ノイズ、および非線形性損失をモデル化する方法について説明します。このモデルは、損失が通信システムのビット エラー レート (BER) に及ぼす影響を測定します。

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端子

入力

In — 入力信号

ベクトル | 行列

入力信号。N_S 行 1 列の数値ベクトルとして指定するか、または N_S 行 M 列の数値行として指定します。N_S は、サンプルの数を表します。M は、チャネルの数です。

データ型: double | single
複素数のサポート: あり

出力

Out — 出力信号

ベクトル | 行列

出力信号は複素数値信号として返され、データ型とサイズは入力信号と同じです。

パラメーター

Phase noise level (dBc/Hz) — 位相ノイズ レベル

[-80 -100] (既定値) | 負のスカラーのベクトル

ヘルツあたりの搬送波に対するデシベル単位の位相ノイズ レベル (dBc/Hz)。負のスカラーのベクトルとして指定します。[Phase noise level (dBc/Hz)] パラメーターおよび [Frequency offset (Hz)] パラメーターは同じ長さでなければなりません。

調整可能: Yes

Frequency offset (Hz) — Frequency offset

[2000 20000] (既定値) | 正の増加する値のベクトル

Hz 単位の周波数オフセット。正の増加する値のベクトルとして指定します。最大周波数オフセット値は F_S / 2 未満でなければなりません。ここで、F_S は [Sample rate (Hz)] パラメーター値を表します。

[Phase noise level (dBc/Hz)] パラメーターおよび [Frequency offset (Hz)] パラメーターは同じ長さでなければなりません。

調整可能: Yes

データ型: double

Sample rate (Hz) — サンプルレート

1e6 (既定値) | 正のスカラー

Hz 単位のサンプル レート。[Frequency offset (Hz)] パラメーターで指定した最大値の 2 倍より大きい正のスカラーとして指定します。

調整可能: Yes

データ型: double

Initial seed — ノイズ ジェネレーターの初期シード

2137 (既定値) | 正のスカラー

ノイズ ジェネレーターの初期シード。正のスカラーとして指定します。

このブロックは Random Source ブロックを使用してノイズを生成します。ブロックは、Ziggurat メソッド (V5 RANDN アルゴリズム) を使用して、乱数を生成します。シミュレーションを再実行するたびに、ブロックは同じ初期シードを再利用します。この方法で、シミュレーションを再実行するたびに、ブロックは同じ信号を出力します。

調整可能: Yes

データ型: double

フィルター応答の表示 — フィルターの振幅応答の表示

ボタン

Phase Noise ブロックによって定義されたフィルターの振幅応答を表示します。ブロックは、関数 FVTool を使用して振幅応答を表示します。

シミュレーション実行方法 — 実行するシミュレーションのタイプ

インタープリター型実行 (既定値) | コード生成

実行するシミュレーションのタイプ。[インタープリター型実行] または [コード生成] として指定します。

• インタープリター型実行 — MATLAB^® インタープリターを使用してモデルをシミュレートします。このオプションを使用すると、[コード生成] オプションよりも必要な起動時間が短縮されますが、以降のシミュレーションの速度が遅くなります。このモードで、ブロックのソース コードをデバッグできます。

• コード生成 — 生成された C コードを使用してモデルをシミュレートします。シミュレーションの初回実行時、Simulink^® は対象ブロックの C コードを生成します。この C コードは、モデルが変更されない限り以降のシミュレーションで再利用されます。このオプションを使用すると、シミュレーションの起動時間は長くなりますが、以降のシミュレーションの速度は [インタープリター型実行] よりも速くなります。

ブロックの特性

データ型	double | single
多次元信号	なし
可変サイズの信号	なし

アルゴリズム

出力信号 y_k は、y_k=x_ke^jφ_k により入力シーケンス x_k に関連付けられています。ここで、φ_k は位相ノイズです。位相ノイズはフィルター処理されたガウス ノイズで、次のようになります。φ_k=f(n_k)。ここで、n_k はノイズ シーケンスで、f はフィルター処理操作を表します。

位相ノイズをモデル化するには、周波数オフセットと位相ノイズ レベルのスカラーまたはベクトルの値を指定することで、パワー スペクトル密度 (PSD) マスクの特性を定義します。

• スカラー周波数オフセットと位相ノイズ レベルの仕様では、IIR デジタル フィルターがスペクトル マスクを計算します。スペクトル マスクは、指定された点を通過する 1 / f の特性をもちます。詳細については、IIR デジタル フィルターを参照してください。

• ベクトル周波数オフセットと位相ノイズ レベルの仕様では、FIR フィルターがスペクトル マスクを計算します。スペクトル マスクは、log10(f) にわたって内挿されます。詳細については、FIR フィルターを参照してください。

IIR デジタル フィルター

IIR デジタル フィルターでは、分子係数は次のようになります。

$$\lambda =\sqrt{2\pi f_{offset}{10}^{L/10}},$$

ここで、f_offset は周波数オフセット (Hz) で、L は位相ノイズ レベル (dBc/Hz) です。分母係数 γ_i は次のように再帰的に決定されます。

$${\gamma }_i=\left(i-2.5\right)\frac{{\gamma }_{i-1}}{i-1},$$

ここで、γ₁ = 1、i = {1, 2,..., N_t} であり、N_t はフィルター係数の数です。N_t は範囲 [2⁷, 2¹⁹] 内の 2 のべき乗です。N_t の値は、位相ノイズ オフセットが 0 Hz まで減少するにつれて増加します。

FIR フィルター

FIR フィルターでは、位相ノイズ レベルは、[df, f_s / 2] の範囲にある周波数オフセットに対する log10(f) 内挿により決定されます。ここで、df は周波数分解能で、f_s はサンプル レートです。位相ノイズは、[0, df] Hz の範囲と、最大周波数オフセットから f_s / 2 までフラットです。位相ノイズは、df から最小周波数オフセットまで、1 / f³ の特性をもちます。位相ノイズは、最小周波数オフセットと最大周波数オフセットの間で線形内挿されます。周波数分解能は、(f_s / 2)(1 / N_t) と等しくなります。ここで N_t は係数の数であり、2¹⁶ 以下の 2 のべき乗です。N_t < 2⁸ の場合、時間領域 FIR フィルターが使用されます。そうでない場合、周波数領域 FIR フィルターが使用されます。

アルゴリズムは、これらのすべての条件が満たされるまで、N_t を増やします。

• 周波数分解能は、周波数オフセット ベクトルの最小値未満です。

• 周波数分解能は、周波数オフセット ベクトル内の 2 つの連続する周波数間の最小差異未満です。

• FIR フィルター タップの最大数は 2¹⁶ です。

参照

[1] Kasdin, N. J., "Discrete Simulation of Colored Noise and Stochastic Processes and 1/(f^alpha); Power Law Noise Generation." The Proceedings of the IEEE. Vol. 83, No. 5, May, 1995, pp 802–827.

拡張機能

C/C++ コード生成
Simulink® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

R2006a より前に導入

参考

ブロック

• Phase/Frequency Offset

関数

• plotPhaseNoiseFilter

オブジェクト

• comm.PhaseNoise