主な機能

  • 任意のトポロジでの、マルチキャリア周波数 RF モデルの回路エンベロープ シミュレーション
  • RF システム モデルおよび測定テスト ベンチを生成するための RF Budget Analyzer アプリ
  • ノイズ、メモリ、非線形効果、インピーダンス不整合を取り入れたミキサーとアンプの拡張モデル
  • S パラメーター データ ファイル、RLC 素子、伝送線路、フィルター、ジャンクション、汎用インピーダンス ブロックを含む受動コンポーネント
  • 制御可能な時変 RF システム用のアンプ、アッテネータ、スイッチ、RLC 素子、フェーズ シフターのチューナブルなコンポーネント
  • Simscape™ 言語を使用したモデルのオーサリング
  • カスケード接続された RF システムにおけるシングルキャリアでの離散時間シミュレーションのための等価低域技術

RF Blockset™ (旧称 SimRF™) により、Simulink® の機能が拡張され、RF システムの設計とパフォーマンスのシミュレーションのためのブロックを使用することにより、標準的な信号、デジタル信号処理アルゴリズム、制御ロジックと共に、インピーダンスの不整合、広帯域スペクトル リグロース、干渉信号とブロッキング信号の影響を考慮したシミュレーションが可能です。

RF Blockset を使用してモデル化されたダイレクトコンバージョン受信機の例 (上)。RF 入力には目的の広帯域信号および隣接する干渉波形が含まれます (左下)。復元された復調出力信号のコンスタレーション (右下) は、受信部において RF の影響で劣化した信号の様子を示しています。


RF バジェットとトップダウン設計

RF Blockset により、レーダー システムや通信システムなどの無線アプリケーションを対象とする RF 送信機および受信機のモデル化と迅速なシミュレーションを行うことができます。

RF Blockset コンポーネント ライブラリのブロックを接続することで RF 受信機と送信機を設計できます。また RF Budget Analyzer アプリを使用することで、RF Blockset モデルを自動的に生成できます。RF Budget Analyzer アプリを使用すると、ノイズ、パワー、ゲイン、3 次非線形性の観点から、RF コンポーネントのカスケード解析をグラフィカルに作成したり、MATLAB® で作成したりすることが可能です。

このアプリを使用すると、カスタム スプレッドシートと複雑な計算に頼らずに、RF トランシーバーのシステムレベルの仕様を判断し、各種メトリクスをプロットすることで結果を数値またはグラフで調査できます。

また、マルチキャリア回路エンベロープ シミュレーションのための RF Blockset モデルおよびテスト ベンチも生成可能です。自動的に生成されるモデルを、RF アーキテクチャをさらに詳細化する際のベースラインとし、漏れや干渉、MIMO アーキテクチャなど、解析的には考慮することができない不完全性の影響のシミュレーションに展開することができます。

RF Toolbox を使用して RF コンポーネントのカスケードを作成し、ノイズ指数、ゲイン、IP3 の観点からリンク バジェットを解析します。

RF Budget Analyzer アプリで設計および解析された受信機の例 (上)バジェット解析の結果は、アプリ内で可視化したり、各種オプションを使用してプロット可能 (下)


RF およびデジタル無線通信システムのモデリング

RF Blockset を使用すると、適応 RF 送信機と受信機、アナログ フロント エンド、デジタル信号処理アルゴリズム、制御ロジックを含む無線通信システムをモデル化できます。

RF Blockset を使用すると、システムレベルの実行可能な仕様書を構築し、各種 RF フロントエンド アーキテクチャを使用して最適なIF周波数の 解析を実行できます。また、特定のアーキテクチャについて、シミュレーションを行うことにより、パフォーマンスを制御または各種障害の低減のためのデジタル信号処理アルゴリズムを開発します。

RF Blockset モデルを使用すると、RF サブシステムの実行可能な仕様書の精度を向上させることができ、市販の商用コンポーネントのパフォーマンスを評価して、システム設計者、アナログ/アンテナ/RF エンジニア間のコミュニケーションを改善できます。

RF Blockset モデルを通信アルゴリズムと統合することで、ネストされたフィードバック ループに基づいて、適応自動ゲイン制御 (AGC) を使用する RF 受信機や、デジタル プリディストーション (DPD) アーキテクチャを使用する RF 送信機などのデジタルアシスト システムをモデル化できます。

Analog Devices® AD9361 アジャイル レシーバーのラボで検証された RF Blockset モデル。RF フロント エンドは、自動ゲイン制御ステート マシンによって制御されます。このモデルでは、タイミング アスペクト、RF 障害および RF フロント エンドからデジタル ダウンコンバートフィルターへの量子化の影響等を評価しています。


ラピッド RF シミュレーション

RF Blockset には、RF システムを異なる抽象度でシミュレーションするための 2 つの手法が用意されています。これにより、デジタル信号処理のエンジニアは Equivalent Baseband ライブラリを使用して、RF 現象の全体的なシステム パフォーマンスへの影響を簡単に見積ることができます。また、RF 設計者は Circuit Envelope ライブラリを使用して、モデリングの抽象度を高めることで、トランシーバー アーキテクチャを改良します。

高抽象度表現によるモデリングにおいては、Equivalent Baseband ライブラリのブロックを使用して RF送信機/受信機をモデル化できます。バジェット解析およびノイズや奇数次の非線形性などの RF 不完全性を含むシステムのシミュレーションが実行可能です。Equivalent Baseband ライブラリのブロックを使用する場合、シミュレーションは RF 送信機/受信機のベースバンド等価モデルを使用して実行されます。これにより、帯域内スペクトル リグロース、ノイズおよびブロック間のインピーダンスの不整合を考慮した、スーパー ヘテロダイン トランシーバーのシングルキャリア シミュレーションが可能です。

より精度の高い低抽象表現を用いたモデリングにおいては、Circuit Envelope ライブラリのブロックによって任意トポロジでのモデル化が可能となり、RF システムの直交アーキテクチャを評価し、モデルを介して RF 障害の影響を解析できます。Circuit Envelope ライブラリのブロックを使用する場合、RF Blockset モデル内の信号は電圧と電流として表されます。つまり、インピーダンスの不整合、反射および有限なアイソレーション特性が正確に考慮されています。

SimRF を使用してマルチキャリア回路エンベロープ シミュレーションを設定します。

RF Blockset によりサポートされる各種シミュレーション手法。これらの手法により、シミュレーション速度とモデルの忠実性の間で望ましいトレードオフを選択できます。


RF コンポーネント モデリング

RF Blockset には、アンプ、ミキサー、インピーダンス、伝送線路、フィルターおよびその他の RF コンポーネントが備わっています。アンプとミキサーについては、偶数次および奇数次の非線形性などの線形/非線形特性を指定できます。測定データを使用して、非線形動作とパワー アンプのメモリを特徴付けることが可能です。

電力混合器、分配器、サーキュレーターおよび変圧器などのコンポーネントを使用して、データ シート パラメーターに基づいて任意の RF ネットワークを作成し、トップダウン アプローチによるシステム仕様を定義できます。周波数依存コンポーネントにより、インピーダンスの不整合、反射、有限のアイソレーションおよび漏れの影響を評価できます。

可変ゲイン アンプ、減衰器およびフェーズ シフターなどの調整可能なコンポーネントを使用して、時変 Simulink 信号によって直接制御可能な特性をもつ適応 RF システムを構築できます。これにより、制御ロジックおよび信号処理アルゴリズムを RF フロント エンドのシミュレーションに組み込んで、たとえば適応インピーダンス調整、ゲイン制御、ハイブリッド ビームフォーミングまたはデジタル プリディストーションなどを開発できます。

Simscape 言語を使用して独自の RF モデルを作成し、カスタム RF コンポーネントを作成できます (Simscape が必要)。たとえば、入出力電圧と電流との任意の関係を表す代数方程式と微分方程式を定義できます。

RF Blockset を使用すると、以下の信号劣化をモデル化することができます。

  • 偶数次および奇数次の非線形性
  • 熱雑音、ローカル発振器の位相雑音および有色雑音
  • インピーダンスの不整合、反射、有限のアイソレーション特性および漏れの影響
  • ミキサーのイメージ成分に起因する I/Q 振幅および位相のミスマッチ
  • 位相オフセット、可変群遅延、時間遅延
  • DC 変換および DC のオフセット

RF システムの回路エンベロープ シミュレーション用のブロック サブセット


RF アンプ

データシート仕様または特性データを使用して、RF Blockset でアンプをモデル化できます。

アンプ ブロックについては、ゲイン、ノイズ指数/スポット ノイズ データ、2 次および 3 次インターセプト ポイント (IP2 および IP3)、1 dB 圧縮点および飽和出力を指定できます。

測定データをインポートすることで、ボトムアップ アプローチによりモデルの精度を向上させることができます。Touchstone ファイルをインポートして S パラメーターを使用すると、入出力インピーダンス、ゲイン、逆結合量をモデル化できます。

パワー アンプについては、AM/AM-AM/PM などの非線形特性を使用したり、メモリ多項式を使用して時間領域入出力狭帯域/広帯域特性を適合させたりして、非線形およびメモリ効果をモデル化できます。MATLABによるフィッティング手順はオープンであり、カスタマイズされたワークフローに対応するように変更できます。

アンプの正確なモデリングにより、デジタル プリディストーション (DPD) などの適応線形化アルゴリズムを開発し、さまざまな動作条件で送信機のパフォーマンスの早期テストを実行できます。

非線形性およびメモリ効果を含むパワーアンプのモデル化に加え、デジタル信号処理および RFセクションを含む通信システムの革新的な適応DPDアルゴリズムの開発と検証ができます。

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ノイズ

RF Blockset を使用すると、ノイズの影響をシステム レベルでシミュレーションできます。抵抗器、減衰器、S パラメーターなどの受動コンポーネントは、減衰に比例して熱ノイズを生成します。

能動コンポーネントについては、ノイズ指数とスポットノイズ データを指定したり、周波数に依存するノイズ データを Touchstone ファイルから読み取ったりすることができます。局部発振器に任意の周波数依存ノイズ分布を指定することもでき、特に位相ノイズのモデル化に役立ちます。

各コンポーネントの入出力インピーダンスを指定できるため、インピーダンス 不整合は実際の信号とノイズの出力伝送に影響を及ぼし、低ノイズ システムのシミュレーションと最適化が可能です。

フィルター、アンプ、ミキサー、局所発振器から発生するノイズの 2 トーン信号 (上) の刺激を受けるシンプルな受信機における熱ノイズと位相ノイズの影響 (下)


S パラメーター

RF Blockset Circuit Envelope ライブラリを使用すると、最大 8 端子の S パラメーター データのインポートおよびシミュレーションが可能です。S パラメーター ブロックを他の RF コンポーネントに接続して任意のネットワークを構築し、インピーダンス不整合とフィルタリングの影響を考慮できます。

Touchstone ファイルを直接インポートしたり、MATLAB ワークスペースから S パラメーター データを読み取ることも可能です。S パラメーターの適合には、周波数データへの有理関数の適合に基づいた時間領域アプローチか、周波数データの変換に基づいた周波数領域アプローチを使用します。これら 2 つのアプローチを使用すると、周波数に依存する振幅および位相を発生させる受動/能動データを含め、多種多様なユースケースをモデル化できます。

受動 S パラメーターにより生成されるノイズは、シミュレーション中に自動的に取り込まれます。また、能動 S パラメーターについては、Touchstone ファイルで周波数に依存するノイズ指数を指定できます。

また、S パラメーター ブロックを使用すると、振幅特性によって排他的に定義されるデータもモデル化できます。S パラメーターを使用すると、理想的な通過帯域フィルターをモデル化したり、上位レベルの仕様によりブロックを定義したりすることができます。

Model of an RF receiver using an eight-element antenna array. The coupling in between the antenna elements is modeled using the 8-port S-parameters (in orange) computed with Antenna Toolbox™.


テスト ベンチ

RF Blockset テスト ベンチを使用すると、RF 送信機と受信機のパフォーマンスを検証できます。テスト ベンチを使用すると、システムのゲイン、ノイズ指数、IP2、IP3 をさまざまな動作条件で測定できます。テスト ベンチは必要な刺激を生成し、システム応答を評価して目標の測定値を計算します。

テストベンチ ブロックは、解析的な手法以外では推定が難しい信号劣化が存在する条件で、ネットワークのパフォーマンスを検証する際に役立ちます。テスト ベンチ結果を予想解析結果と比較することで、シミュレーション結果の信頼性を高め、回路エンベロープ手法の使用方法を学び、システムが正しくモデル化されていることを検証できます。

テスト ベンチは、RF Budget Analyzer アプリから直接生成することもでき、ヘテロダインおよびホモダイン両方式のアーキテクチャをサポートします。

ノイズが存在する条件でシンプルな受信機の非線形性を検証するために OIP3 測定テスト ベンチを使用する方法 (上) の例と、スペクトル アナライザーによって報告された結果 (下)