Receiver Thermal Noise
複素信号への受信機の熱ノイズの適用
ライブラリ:
Communications Toolbox /
RF Impairments and Components
説明
Receiver Thermal Noise ブロックは受信機の熱ノイズを複素信号に適用します。ブロックは、複素信号の熱ノイズの影響をシミュレートします。[Specification method] パラメーターは、ノイズ温度、ノイズ指数、ノイズ ファクターに基づいた熱ノイズの指定を有効にします。
例
cm_receiver_thermal_noise_qam モデルは、受信機の熱ノイズを 16-QAM 信号に適用し、その信号をコンスタレーション ダイアグラムに表示します。このモデルは、Receiver Thermal Noiseブロックでノイズ指数を指定して受信機の熱ノイズを適用します。
Random Integer Generatorブロックでサンプル時間を毎秒 1e-3 サンプルに設定し、サンプル レート 1 kHz でシミュレーションを実行します。Rectangular QAM Modulator Basebandブロックの正規化方式は平均電力に設定されており、平均電力レベルは 3e-13 ワット (-92.5 dBm) に設定されています。Receiver Thermal Noise ブロックでノイズ指数のレベルを 20 dB に設定し、16-QAM 信号のコンスタレーション ダイアグラムを表示します。
ノイズ指数を小さくすると、シミュレートされた受信ノイズのレベルが減少し、コンスタレーション ダイアグラムで各点のサンプルがより密集するようになります。このことを示すには、ノイズ指数のレベルを 10 dB に設定して 16-QAM 信号のコンスタレーション ダイアグラムを表示します。
この例では、差動直交位相偏移変調 (DQPSK) 方式によって変調された信号に RF 劣化要因を適用します。RF 劣化要因を示すために、この例では、現代の無線機の一般的なレベルとは異なる誇張されたレベルを適用しています。
この例では、slex_rcvrimpairments_dqpsk モデルがランダムな信号を DQPSK 変調し、信号にさまざまな RF 劣化要因を適用します。モデルでは、RF Impairments ライブラリから劣化要因ブロックを使用します。コールバック関数 InitFun はシミュレーション変数を初期化します。詳細については、モデル コールバック (Simulink)を参照してください。
劣化要因ブロックの後、信号は 2 つのパスに分岐します。1 つのパスは、復調の前に信号に DC ブロッキング、自動ゲイン制御 (AGC)、および I/Q 不均衡補正を適用します。補正パス上の信号は、DC Blocker、AGC、およびI/Q Imbalance Compensatorブロックによって調整されます。信号は DQPSK 変調されているため、搬送波同期は必要ありません。2 番目のパスは、復調に直接進みます。復調後、両方の信号でエラー レートの計算が行われます。モデルには、コンスタレーションを解析できるように、変調の後、補正の前、および補正の後にConstellation Diagramブロックが含まれています。
モデルが実行されると、シミュレーションの以下の段階で信号がコンスタレーション ダイアグラムにプロットされます。
After Modulationコンスタレーション ダイアグラムは、基準の DQPSK 変調信号コンスタレーションを示しています。Before Correctionコンスタレーション ダイアグラムは、減衰して歪んだ信号コンスタレーションを示しています。After Correctionコンスタレーション ダイアグラムは、補正ブロック後に信号が増幅および改善されたことを示しています。
AGC を使用しない復調済み信号のエラー レートは主に自由空間パス損失と I/Q 不均衡によって発生します。QPSK 変調は他の劣化要因の影響を最小限に抑えます。
Error rate for corrected signal: 0.000 Error rate for uncorrected signal: 0.042
モデルを検証するには、次のことを試します。
RF 劣化要因の設定を調整し、モデルを再実行して、コンスタレーション ダイアグラムとエラー レートの変化に注目します。
復調の前にイコライザー段階を追加するためにモデルを変更します。イコライズには、劣化要因によって発生する歪みの一部を低減するための固有の機能があります。詳細については、イコライズを参照してください。
マルチチャネル信号に熱ノイズを適用し、各チャネルの分散を計算します。各チャネルの分散を比較してそれらがほぼ等しいことを確認し、Receiver Thermal Noise ブロックによって個々のチャネルに熱ノイズが均等に適用されることを確認します。各チャネルの分散を計算し、Receiver Thermal Noise によって同じノイズ フロアが適用されることを確認します。
multichan_thermal_noise.slx モデルは、チャネルごとの電力が等しいマルチチャネル信号を作成し、マルチチャネル信号に受信機の熱ノイズを適用します。
モデルを実行し、各チャネルについて計算された分散を出力します。
Ch1 Ch2 Ch3 Variance: 10.347 10.015 9.905
拡張例
RF 衛星リンク
Memoryless Nonlinearity ブロックを使用して、増幅器の劣化要因をモデル化する衛星リンクをシミュレートする。
制限
このブロックを For Each Subsystem (Simulink) で使用するには、
Random number sourceを[グローバル ストリーム]に設定し、モデルのシミュレーション モードを[標準]または[アクセラレータ]に設定しなければなりません。これにより、実行のたびに独立したノイズ サンプルが必ず生成されます。
端子
入力
出力
パラメーター
ブロックの特性
データ型 |
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多次元信号 |
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可変サイズの信号 |
|
アルゴリズム
無線受信機のパフォーマンスは、しばしばノイズ ファクターまたはノイズ指数で表されます。ノイズ ファクター F は入力の S/N 比 Si/Ni と出力の S/N 比 So/No の比率として定義され、次のようになります。
受信機のゲイン G、受信機のノイズ パワー Nckt が与えられると、ノイズ ファクターは次のように表現できます。
IEEE® はノイズ ファクターを定義する際に、入力のノイズ温度が T0 であると仮定しています。ここで、T0 = 290 K です。このとき、ノイズ ファクターは次のようになります。
k はボルツマン定数です。B は信号帯域幅です。Tckt は受信機の等価入力ノイズ温度で、次のように表されます。
アンテナと受信機の全体的なノイズ温度 Tsys は次のようになります。
ここで、Tant はアンテナのノイズ温度です。
ノイズ指数 NF はノイズ ファクターの dB 換算と等価であり、次のように表現できます。
ノイズ パワーは次のように表現できます。
ここで、V は次のように表現されるノイズ電圧です。
また、R は参照負荷です。
