射频卫星链路
该模型显示了一个卫星链接，使用通信工具箱™中的块来模拟以下缺陷:
无记忆非线性
自由空间路径损耗
多普勒误差
接收机热噪声
相位噪声
同相和正交失衡
直流偏移量
该模型可选择性地纠正大多数这些缺陷。
通过对链路上的增益和损失建模，该模型实现了链路预算计算，以确定下行链路是否可以在给定的比特误码率(BER)下关闭。增益和损耗块，包括自由空间路径损耗块和接收器热噪声块，决定了在加性高斯白噪声通道中链路上可以支持的数据速率。
例的结构
该例子强调了卫星链路模型及其信号范围。该模型由卫星下行发射机、下行路径和地面站下行接收器组成。
对应于这些区段的块分别为
卫星下行发射机
伯努利二进制信号发生器-创建一个随机二进制数据流。
矩形QAM调制器基带-将数据流映射到16-QAM星座。
凸起余弦发射滤波器-使用平方根凸起余弦脉冲形状对调制信号进行上采样和整形。
HPA非线性可选数字预失真(高功率放大器)-模型行波管放大器(TWTA)使用萨利赫模型选项无记忆非线性和可选地纠正AM/AM和AM/PM与数字预失真块。获得(Tx碟形天线增益)-应用发射机抛物面碟形天线的增益。
下行之路
地面站下行接收器
获得(Rx碟形天线增益)-应用接收机抛物面碟形天线的增益。接收机热噪声(卫星接收机系统温度)-添加白色高斯噪声，表示接收机的有效系统温度。
相位噪声-引入由1/f或相位闪烁噪声引起的随机相位扰动。
I / Q不平衡-引入直流偏移，振幅不平衡，或相位不平衡的信号。
采用多次(低噪声放大器)-应用低噪声放大器增益。凸起余弦接收滤波器-使用平方根凸起余弦脉冲形状对调制信号应用匹配滤波器。
直流阻断剂-补偿I/Q失衡块中的DC偏移。
自动增益控制-将信号功率设置到所需的水平。
I / Q不平衡补偿器-通过盲自适应算法从信号中估计并去除I/Q不平衡。
多普勒校正——使用载波同步器块来补偿多普勒引起的载波频率偏移。矩形QAM解调器基带-绘制来自16-QAM星座空间的数据流。
探索的例子
双击标签为模型参数查看该型号的参数设置。所有这些参数都是可调的。要在模型运行时对参数进行更改，可以在对话框中应用它们，然后通过ctrl+d更新模型。的参数是:
卫星高度(公里)-卫星和地面站之间的距离。更改此参数将更新空闲空间路径丢失块。默认设置为35600。
频率(MHz)-链路的载波频率。更改此参数将更新空闲空间路径丢失块。默认设置为4000。
发射和接收天线直径(m)-向量中的第一个元素表示发射天线直径，用于计算Tx Dish天线增益块中的增益。第二个元素表示接收天线直径，用于计算Rx碟形天线增益块中的增益。默认设置为[。4。4)。
噪声温度(K)-允许您从四种有效的接收系统噪声温度中选择。所选噪声温度改变噪声温度的接收器热噪声块。默认设置为20 K。的选择是
0(没有声音)-使用此设置可以查看其他射频损伤，而不受噪声的干扰影响。20(非常低的噪音水平)-使用此设置可以查看低水平的噪声在与其他射频损伤结合时，如何容易降低链路的性能。290(典型噪音级)-使用此设置查看典型的安静卫星接收器如何工作。500(高噪声级)-当系统噪声值为2.4 dB，天线噪声温度为290K时，使用此设置查看接收机行为。
HPA补偿水平-允许您从三个后退水平进行选择。该参数用于确定卫星高功率放大器被驱动到饱和的接近程度。所选回退用于设置无记忆非线性块的输入和输出增益。默认设置为30 dB(可忽略非线性)。的选择是
30 dB(可忽略非线性)-将平均输入功率设置为30分贝，低于导致放大器饱和的输入功率(即增益曲线变平的点)。这导致可以忽略的am - am和am - pm转换。am - am转换是振幅非线性随信号幅值变化的指示。am到pm转换是相位非线性如何随信号大小变化的一种度量。7 dB(中度非线性)—将平均输入功率设置为比导致放大器饱和的输入功率低7分贝。这导致适度的am - am和am - pm转换，这是可以通过数字预失真校正的。1 dB(严重非线性)-将平均输入功率设置为1分贝，低于导致放大器饱和的输入功率。这会导致严重的am - am和am - pm转换，并且无法通过数字预失真进行校正。
多普勒误差-允许你从两个多普勒值中选择一个。选择更新相位/频率偏移(多普勒误差)块。默认设置为0赫兹。的选择是
0赫兹-链路上没有多普勒信号。3赫兹-增加3hz载频偏移。
相位噪声-允许你从接收器相位噪声的三个值中选择。选择更新相位噪声块。默认设置为可以忽略不计(-100 dBc/Hz @ 100 Hz)。的选择是
可以忽略不计(-100 dBc/Hz @ 100 Hz)-几乎没有相位噪声。低(-55 dBc/Hz @ 100 Hz)-足够的相位噪声在光谱和I/Q域都可见，并在结合热噪声或其他射频损害时造成误码。高(-48 dBc/Hz @ 100 Hz)-足够的相位噪声导致误差，而不添加热噪声或其他射频损害。
I/Q不平衡和DC偏移-允许您从接收器的五种类型的同相和正交不平衡选择。选择更新I/Q不平衡块。默认设置为没有一个。的选择是
没有一个——不失衡。振幅不平衡(3 dB)-对同相信号应用1.5 dB增益，对正交信号应用-1.5 dB增益。相位不平衡(20度)-将同相信号旋转10度，将正交信号旋转-10度。同相直流偏移(1e-8)-在同相信号幅值上增加1e-8的直流偏移量。该偏移量改变了接收到的信号星座图，但不会造成链路上的错误，除非结合热噪声或其他射频损害。正交DC偏移(5e-8)-增加一个5e-8的直流偏移到正交信号振幅。即使没有结合热噪声或其他射频损伤，该偏移也会导致链路上的错误。这种偏移也会导致接收信号频谱中的直流峰值。
数字预失真-允许您启用或禁用数字预失真子系统。默认设置为禁用。
直流偏置校正-允许您启用或禁用DC Blocking子系统。默认设置为禁用。
多普勒校正-允许您启用或禁用多普勒校正子系统。默认设置为禁用。
I / Q不平衡校正-允许您启用或禁用I/Q失衡校正子系统。默认设置为禁用。
并显示结果
当你运行这个模型时，以下显示是活动的:
功率谱-双击这个Open Scopes块，可以查看调制/滤波信号(黄色)和解调前接收信号(蓝色)的频谱。
比较两个光谱可以让你查看以下射频损伤的影响:
由于无记忆非线性块引起的HPA非线性导致的光谱再生
由接收器热噪声块引起的热噪声
相位噪声块造成的相位闪烁(即1/f噪声)
HPA AM/AM和AM/PM-双击此Open Scopes块，可以查看HPA后的AM/AM和AM/PM转换。这些图使您能够查看数字预失真块和HPA对信号线性度的影响。
星座前后HPA-双击此Open Scopes块使您能够比较在HPA之前(黄色)和之后(蓝色)传输信号的星座。放大器增益导致HPA输出信号大于HPA输入信号。这个图可以让你看到HPA非线性和数字预失真的综合效应。
端到端星座-双击这个Open Scopes块可以让你比较参考16-QAM星座(红色)和解调前收到的QAM星座(黄色)。通过比较这些星座图，您可以查看所有RF损伤对接收信号的影响以及补偿的有效性。
误码率(BER)显示-在模型的右下角是模型的BER显示。通过双击绿色的“双击重置BER”按钮，可以手动重置误码率计算。这可以让你在模型运行时查看参数变化的影响。
用例子做实验
本节描述了您可以更改模型参数的一些方法，以实验来自RF受损库的块和模型中的其他块的效果。你可以在模型中双击标签为“模型参数”的块，尝试以下一些场景:
链路增益和损耗-改变噪声温度来290(典型噪音级),0(没有声音)或500(高噪声级)。的值卫星高度(公里)或卫星频率(MHz)参数改变自由空间路径损耗。此外，增加或减少发射和接收天线直径(m)参数增加或减少接收的信号功率。可以在接收信号星座图范围内查看接收星座的变化情况，在频谱分析仪中查看接收功率的变化情况。
凸起余弦脉冲整形-确保噪声温度被设置为0(没有声音)。打开星座前后HPA瞄准镜。观察到平方根提升余弦滤波的结果是符号间干扰(ISI)。这导致点被松散地分散在理想星座点周围，你可以在After HPA星座图中看到这一点。接收器中的平方根上升余弦滤波器，与发射滤波器一起控制ISI，你可以在接收信号星座图中看到。
HPA AM-to-AM和AM-to-PM转换——改变HPA补偿水平参数7 dB(中度非线性)并通过比较传输RRC滤波信号星座图和HPA星座图后的RRC信号，观察am - am和am - pm转换。注意AM-to-AM转换如何根据不同的信号振幅而变化。你也可以在接收信号星座图中查看这种转换对接收信号的影响。此外，还可以在接收信号频谱分析仪中观察到光谱再生。还可以在接收信号星座图范围内查看接收信号的相位变化情况。
数字预失真选中“数字预失真”复选框后，更改HPA补偿水平参数30 dB(可忽略非线性),7 dB(中度非线性),1 dB(严重非线性)查看数字预失真对HPA非线性的影响。
相位噪声加am - am转换——设置相位噪声参数高并观察接收到的信号星座图中切向方差的增加。还要注意，这个级别的相位噪声足以在一个没有错误的信道中造成错误。
DC偏移和DC偏移补偿——设置I/Q不平衡和DC偏移参数同相直流偏移(1e-8)并在接收到的信号星座图中查看星座的偏移。集直流偏置校正来启用以及查看接收信号星座图，以查看直流偏移块如何估计直流偏移值并将其从信号中移除。集直流偏置补偿来禁用和改变I / Q不平衡来正交DC偏移(5e-8)。查看接收信号星座图中较大DC偏置和接收信号频谱中的DC峰的变化情况。注意，LNA放大了小的DC偏移量，因此它们在轴限大得多的星座图上是可见的。集直流偏置补偿来启用查看接收信号星座图和频谱分析仪，查看直流组件是如何被移除的。
幅度不平衡——I / Q不平衡校正残疾人,设置I/Q失衡和DC偏移参数振幅不平衡(3 dB)查看接收信号星座图中不平衡I和Q增益的影响。启用I / Q不平衡校正补偿振幅不平衡。
多普勒和多普勒补偿禁用多普勒校正取消勾选多普勒校正复选框。集多普勒误差来3赫兹显示未校正多普勒对接收信号星座图的影响。启用多普勒校正显示载波同步器恢复接收到的星座。用不同的I/Q不平衡和DC偏移量重复这个练习。
选定的参考书目
[1] Saleh, Adel a.m. .，“行波管放大器的频率无关和频率相关非线性模型”，IEEE®通信汇刊，COM-29卷，第11期，1981年11月。
[2] Kasdin, n.j.，“彩色噪声和随机过程的离散模拟和1/(f^alpha);幂律噪声的产生”，《IEEE学报》，第83卷第5期，1995年5月。
[3] Kasdin, N. Jeremy，和Todd Walter，“幂律噪声的离散模拟”，1992年IEEE频率控制研讨会。
[4] Sklar,伯纳德,数字通信:基础和应用，恩格尔伍德悬崖，新泽西州，普伦蒂斯霍尔，1988年。
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