基于模型的设计

基于模型的设计在开发过程的中心使用一个系统级模型。在将系统级模型划分到各个设计团队之前，由系统工程师开发的初始系统模型要根据需求和标准进行验证。有了经过验证的无错误可执行规范，设计和实现就会顺利进行。随着设计的进行，验证可以包括联合仿真和使用硬件在环的测试。

图2:基于模型的设计——系统级模型是开发过程的中心

本示例不是讨论开发流程中的所有元素，而是关注基于模型的设计如何帮助您的工程团队。其思想是使系统工程师能够最初以Simulink模型的形式创建一个可执行的规范，该规范可以分发给设计团队。一个团队，例如射频团队，将设计一个子系统，提取一个验证模型，并将其导入射频工具箱。然后，射频团队将解决方案返回给系统工程师，由系统工程师根据射频子系统的缺陷重新评估系统的总体性能。设计团队可以来来回回，在设计过程中不断迭代以找到最优解决方案。如果改变信号处理算法，也许射频部分可以使用更有效或更便宜的设备。或者，稍微增加定点字长可以减少预算中的实现损失，并使用成本更低的RF组件。这种基于模型的设计方法增强了跨域优化的机会。

基线模型:没有射频建模的通信工具箱™

打开(“rfb_receiver_0.slx”）

rfb_receiver_0模型。slx展示了一种通信系统工具箱模型，它启发了RF块集等效基带库的创建。注意，这是一个简单的模型，用于说明目的。通信工具箱包括WCDMA, 802.11, DVB-S2等更复杂的模型。然而，所提出的概念也可以应用于更复杂的模型。

该简单无线通信系统由消息源、QAM调制器、根凸余弦滤波器和AWGN信道组成。该模型是一个可执行的规范，并用于根据要求和验收标准验证规范，“在误码为1e-3时，Eb/No必须不大于16QAM理论界限的1dB。”

为了验证规范，您可以使用以前保存的BERTool会话文件rfb_receiver_0.ber．要查找此文件，在MATLAB提示符处输入以下命令

哪一个rfb_receiver_0.ber

使用MATLAB命令打开BERToolbertool．从File==>Open Session…对话框，导航到已保存的会话rfb_receiver_0.ber．现在单击Monte Carlo选项卡，然后单击Run按钮。生成如下图所示:

图3:BER vs Eb/No图，无射频损伤

由于实现损失，给定BER值的Eb/No略高于理论界限。(在目前的情况下，主要损失是由于根凸起余弦滤波器的有限长度。)但是退化在可接受的标准之内。

在基线模型中添加射频规格

打开(“rfb_receiver_1.slx”）

让我们详细说明基线模型，并看看它如何随着使用RF Blockset组件的进一步细化而变化。第一步是将AWGN块替换为路径丢失块(如上图青色所示);这将降低接近量程值末端的信号电平。将单位功率(1W)降低到给定Eb/No(也以dB为单位)所需的路径损耗(以dB为单位)为:

path_loss = 10*log10(k*T_ref*B*M) + EbNo + NF

在哪里k为玻尔兹曼常数(~1.38e-23 J/K)，T_ref为IEEE®标准噪声参考温度(290K)，B是噪声带宽(在这种情况下~50 MHz)，和NF为接收机噪声值，单位为dB。

接下来，包括青色射频接收子系统和AGC块。AGC块是使用解调器所要求的实际信号电平的结果。

射频接收机子系统检查

打开(“rfb_receiver_1.slx”) open_system (“rfb_receiver_1 /射频接收机”）

现在检查射频接收器子系统，它是一个超级外差接收器的级联模型。接收器使用射频块集等效基带库中的块。Simulink信号通过网关“输入端口”块进入射频域。注意，网关后面的连接器是不同的。标准的Simulink箭头已被射频连接线取代。这是为了提醒我们RF信号是双向的。接收器是一个级联组件，每个组件表示为一个2端口网络:一个滤波器，一个LNA，一个混合器和一个中频带。在这种情况下，输出端口不仅是返回Simulink的网关，而且代表了一个理想的正交下转换混合器。这是一个尚未设计的接收器的框架或架构。为射频工程师创建了一个可执行的规范。 Each stage of the RF subsystem includes a budget for the overall gain, noise and nonlinearities, as shown in the following figure.

图4:放大器块参数规范

作为预算的一个例子，考虑上图中的前端过滤器。参数使用gainVec数组的第一个元素在单个频率点指定s参数，该数组使用PostLoadFcn在模型属性面板的回调选项卡下。数组的每个元素都指向一个阶段，因此索引1指向第一个阶段。非线性数据选项卡上的OIP3值和噪声数据选项卡上的噪声图值也有类似的指定。

图5:复杂基带等效仿真参数规范

现在打开Input Port块。该端口包含应用于整个RF子系统的参数。窄带建模方法用于捕获影响下游信号处理块的带内效应。方法指定频率范围中心频率参数,样品时间参数(即1/Bandwidth)和有限脉冲响应滤波器长度参数(这是用于建模RF组件的脉冲响应滤波器的长度)。较长的时域滤波器将在指定带宽内提供较好的频域分辨率。为了在第一个分量的输入处建模失配，这里还指定了源阻抗。注意“添加噪声”复选框。要在模拟中包含噪声，必须选中“添加噪声”复选框。

图6:用射频块集等效基带库进行噪声建模

AWGN块将总体噪声建模为信噪比。相比之下，通过分别添加每个块的噪声贡献，射频块集等效基带库模型中的块产生噪声。对于每个块，使用由该块提供的噪声参数集确定的适当公式对噪声进行建模。一旦计算出每个块的噪声，整个系统的噪声模型就建立起来了。这个整体模型包括级联中每个块的位置(即，包括后续级的增益)。

图7:射频损伤的BER与Eb/No图

对比理论模型、基线模型和基线模型与射频损伤模型的误码率与Eb/No的曲线图如图7所示。这是一个简单的例子，说明了基于模型的设计方法所提供的便利。在此过程中，已经开发了一个可执行的规范。这个规范将被团队用来设计他们的子系统。在射频子系统的情况下，抽象的射频块将被离散的组件所取代。随着每个射频块的实现，可以评估其对系统设计标准的影响。

bdclose (“rfb_receiver_0”）;bdclose (“rfb_receiver_1”）;

另请参阅

的参数放大器

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