Main Content

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。

概要

次の図に示されているモデルには、送信機、チャネル、受信機をシミュレートするためのブロックと、通信リンクのパフォーマンスを測定および可視化するためのブロックが含まれています。

送信機は以下をモデル化します。

  • ランダムなビットの 16QAM 変調された波形

  • スペクトル漏れを制限し、干渉 (ISI) を最小限に抑えるためのルート レイズド コサイン (RRC) パルス整形フィルター

  • 理想的 (無限) な 3 次インターセプト (IIP3) をもつ無記憶パワー アンプ (PA)。IIP3 値を変更することで、より現実的な PA をモデル化できます。リンクの最後で生じる劣化の主要な発生源であるため、送信機 PA は 3 次の非線形性をモデル化します。

チャネルは 138 dB の自由空間パス損失をモデル化します。

RF 受信機のフロント エンドは、アナログからデジタルへの変換前に、受信機のアナログ部分をモデル化します。以下が含まれます。

  • 0 dB の理想的なノイズ指数 (NF) と 20 dB の電力ゲインをもつ低ノイズ増幅器 (LNA)。NF を変更することで、より現実的な LNA をモデル化できます。リンクの終端で、ノイズは非線形性よりもはるかに重要な劣化の発生源になります。

  • 最小の位相ノイズをもつ RF 復調器 (RFD)。この値を変更することで、より現実的な RFD をモデル化することもできます。16QAM リンクの場合、位相ノイズが劣化の重要な発生源になる可能性があります。

  • 量子化の前に信号を適切にスケーリングする自動ゲイン制御 (AGC)。

残りの受信機は以下をモデル化します。

  • 12 ビットの量子化を使用する理想的なアナログ デジタル コンバーター (ADC)

  • ノイズ除去および ISI 最小化のための RRC フィルター

  • 硬判定 16QAM 復調器

モデルのテストベンチには次が含まれます。

  • 送信機 PA の前後の電力計

  • ADC の前後のパワー スペクトル スコープ (非線形増幅、ノイズ追加、位相ノイズ、量子化のスペクトル効果を示します)

  • エラー ベクトル振幅 (EVM) 計算をオンにした、受信フィルター後のコンスタレーション ダイアグラム

  • リセット可能な BER 計算

モデルはプリロード関数にベース ワークスペース変数を作成することで、いくつかのパラメーター値を設定します。Model Parameters ブロックの初期化を通じて追加のベース ワークスペース変数を作成することで、追加の値を設定します。

シミュレーションの実行

既定のモデル コンフィギュレーションでは EVM は非ゼロで、下のコンスタレーション ダイアグラムに、送信と受信の FIR フィルターの有限長が原因で発生する信号の歪みが示されています。

同じ既定のコンフィギュレーションで、下に示す受信パワー スペクトルにはノイズが含まれず、非線形の歪みもありません。スペクトルのサイドローブは送信および受信フィルター応答から得られます。

Error Rate Calculation (ERC) ブロックはシステムの BER を計算します。シミュレーションの開始時に過渡的な影響を破棄する ERC ブロックを使用する既定のコンフィギュレーションでは、BER は 0 です。

例の検証

Model Parameters ブロックを使用することで、複数の RF 効果を調査できます。既定では、Model Parameters ブロック マスクの既定設定に、送信機の IIP3、LNA ノイズ指数、RF 復調器の位相ノイズ、ADC のビット数に関する歪みのない値が適用されます。一般的な degraded 値レベルは、ブロック マスクのこれらの各パラメーターの '%' の後に示されます。これらの劣化した値セットのいずれか 1 つを使用してシミュレーションを実行した場合、その効果をコンスタレーション、スペクトル、または BER で確認できます。

シミュレーションを実行しながら、Model Parameters ブロックの次のパラメーターをリセットできます。

  • 送信機の IIP3

  • LNA ノイズ指数

  • ADC のビット数

  • ADC フル スケール電圧

新しい位相ノイズ値を指定するには、最初にモデルを停止します。

たとえば、送信機の IIP3 が 15 dBm に設定されている場合、信号のスペクトルおよびコンスタレーション ダイアグラムは劣化した信号を示し、BER は約 2.8e-3 に劣化します。

手動スイッチを 2 回ダブルクリックすることで、シミュレーションの実行中に BER カウンターをリセットできます。これは、シミュレーション中にパラメーター値を変更するときに、BER 効果を調べるのに役立ちます。

まとめ

この例では、さまざまな RF フロント エンド損失 (増幅器の非線形性および位相ノイズなど) が通信システムのスペクトル、EVM、BER にどのように影響を及ぼす可能性があるかについて説明しました。

参考

ブロック

関連するトピック