混合波束形成的射频毫米波发射机建模

这个示例使用:

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本例说明了66 GHz QPSK射频收发系统的系统级建模和仿真方法，该系统采用32元混合波束形成天线。该系统包括射频缺陷、发射阵列辐射效应、窄带接收阵列和基带接收机，并对系统缺陷和消息解码进行校正。使用方位角和仰角定义天线波束形成方向，并在射频接收天线中使用Root Music DOA算法进行估计。

在接下来的部分中，您将看到关于系统设计的更多细节。

模型描述

本例的顶层由五个子系统块组成，一个块用于控制发射机和接收机之间的相对角度，以及两个显示:

QPSK基带发射机对消息“Hello World ###”进行编码。
一种具有IQ调制、混合、放大和混合波束形成控制电路的射频发射机。射频发射机模型包括射频缺陷，如噪声、非线性效应和天线单元耦合。
用自由空间路径损耗模型衰减传输信号的理想信道。
一个射频接收器，有两个窄带接收阵列天线，接收机增益和信噪比，有限动态范围的12位ADC，和两个根MUSIC算法，沿方位角和仰角估计到达角。
一种QPSK接收机，包括载波和帧同步、解调和数据解码。
用户在其中设置发射器和接收器之间的相对角度的块。
比较规范化发射和接收信号的频谱分析仪范围和接收消息的显示器。

模型=“simrfV2_qpsk”；open_system(模型)sim(模型)

正交相移编码发射机

QPSK发射机包括位生成子系统、QPSK调制器块、用于脉冲整形的凸起余弦发射滤波器块和增益块。位生成子系统生成帧。每帧包含26个报头位，后面是174位的有效载荷，105位用于消息“Hello world ###”和69个随机位。负载被打乱，以保证零和1的平衡分布，用于接收机模型中的定时恢复操作。

open_system([模型' / QPSK TX '),“力”）

射频发射机

该射频发射机由三部分组成:阵列波束形成器、混合波束形成天线和窄带发射阵列块。32元混合波束形成天线分为4个子阵列。每个子阵列由8个工作在66 GHz的射频发射器组成。天线是微带贴片。这些天线单元和子阵列已经设计和验证了MATLAB脚本使用天线工具箱™。

远场天线阵列增益由相控阵系统工具箱™窄带发射阵列块计算。计算得到的辐射图是由孤立的微带贴片所产生的场的叠加。

open_system([模型“/发射阵列混合波束形成”])

传送阵Beamformers

发射阵列被导向接收器估计的方向。为了演示目的，使用了两种不同的波束形成算法来计算应用于四个子阵列和每个子阵列元素的权重。

用MVDR波束形成器计算子阵列权值。MVDR波束形成器中的复乘法将发射信号和子阵列权值组合在一起，使发射信号沿方位角方向定向。采用渐变来减小光栅叶的影响。

应用于八个子阵列单元的相移用移相器波束形成算法计算。四个子阵列应用相同的相移，引导发射机沿仰角方向。

open_system([模型'/发射阵列混合波束形成/波束形成'])

传播子串

四个发射子阵列是相同的。每个子阵列使用一个正交调制器和一个5 GHz本振执行上转换到66 GHz，后面是一个由61 GHz本振、一个图像滤波器和一个通道选择滤波器组成的超调制器。噪声、I/Q不平衡、LO泄漏和非线性等缺陷都包含在适当的子阵列组件中。非线性功率放大器增加发射机增益，威尔金森1- 8型功率分压器后面跟着可变移相器将PA连接到8个天线。八个可变移相器被用来引导光束。天线子阵的加载和天线单元间的耦合是由其s参数模拟的。

open_system([模型'/发射阵列混合波束形成/subarray1'])

接收阵列

与发射机相比，接收器在更高的抽象级别上建模。接收器使用两个正交线性阵列，每个阵列有4个各向同性天线单元。该阵列用于提供空间分集，以识别到达角。接收器不实现任何波束形成算法。

接收机有限增益和信噪比为每个接收信号建模，然后是一个12位ADC，动态范围有限，包括饱和和量化效应。

采用两种根MUSIC算法利用线性阵列信号估计到达方向。每一种算法都是跨一维进行运算的，因此可以根据方位角和仰角来估计发射机的位置。

open_system([模型/接收阵列的])

QPSK接收机

通信工具箱™示例中的QPSK接收器QPSK发射机和接收机(通信工具箱)在本例中使用，并进行了修改。当信号损害不存在时，这些修改会从接收器上移除阻塞。

AGC控制和稳定接收信号的幅值，影响载波符号同步器的精度。
凸起余弦接收滤波器为传输波形提供匹配的滤波。
载波同步器块执行良好的频率补偿。
Preamble Detector块使用已知的帧报头(QPSK调制的巴克码)与接收到的QPSK符号相关联，以找到帧报头的位置。
帧同步器块使用来自前导检测器的帧位置信息来对齐帧边界。块的第二个输出是一个布尔标量，指示第一个输出是否是具有所需报头的有效帧，如果是，则启用数据解码子系统运行。
启用数据解码的子系统执行相位模糊分辨、解调和文本消息解码。

open_system([模型' / QPSK接收机'])

bdclose(模型)清晰模型；

另请参阅

智商解调器|混合机|功率放大器