В рамках этого доклада мы продемонстрируем преимущества сквозного моделирования систем связи, рассмотрим методики повышения точности описания компонентов модели, а также познакомимся с платформами программно-определяемого радио (SDR).

1. 1© 2016 The MathWorks, Inc.
Проектирование систем связи
Алексей Судьбин
инженер

2. 2
Instrument Control Toolbox
Позволяет MATLAB настраивать, управлять и обмениваться
данными с такими приборами как осциллографы, генераторы
и анализаторы сигналов
§ Связь приборов с приложениями MATLAB
§ Интерактивный поиск и управление
приборами
§ Автоматическая генерация MATLAB кода
для автоматизации измерений
§ Поддержка драйверов индустриальных
драйверов
§ Поддержка распространенных протоколов
связи

3. 3
Устройства с GPIB
Agilent Technologies Capital Equipment Corporation (CEC)
CONTEC IOTech
Keithley Measurement Computing
National Instruments ICS Electronics
Интерфейс VISA (includes Serial, GPIB, VXI, GPIB-VXI, TCP/IP, USB)
Agilent National Instruments
Rohde & Schwarz Tektronix
Сетевые интерфейсы и другие протоколы
TCP/IP, UDP, Bluetooth, I2C
Последовательный порт (входит в базовый MATLAB)
RS-232, RS-422, RS-485
Расширенные возможности с Instrument Control Toolbox
Весь список поддерживаемого оборудования можно посмотреть на сайте:
www.mathworks.com/products/instrument
Instrument Control Toolbox
Протоколы

4. 4
Instrument Control Toolbox
Работа с драйверами
§ Драйверы для инструментов
– LAN eXtensions for Instrumentation (LXI)
– Interchangeable Virtual Instrument (IVI™)
– VXIplug&play™
§ Несколько сотен поддерживаемых инструментов
– Драйверы можно запросить у производителей
§ Драйверы для инструментов не требуют знания
низкоуровневых команд
fwrite(obj, ‘TRIG:MAI:EDGE:SLO RIS’);
set(obj, ‘TriggerSlope’, ‘Rising’);

5. 5
Instrument Control Toolbox:
Драйвер
производителя
(IVI or VXIplug&play)
§ Автоматическое создание MATLAB instrument driver
§ Модификация MATLAB драйвера
§ Создание собственного MATLAB драйвера для любого
прибора
§ MATLAB instrument driver доступны здесь:
www.mathworks.com/products/instrument/drivers
MATLAB Instrument
Driver

6. 6
§ Моделирование физического уровня систем связи
§ Проектирование LTE и WLAN систем
§ Моделирование РЧ такта
§ Применение программного-определяемого радио (SDR)
Программа

7. 7
§ Моделирование физического уровня систем связи
§ Проектирование LTE и WLAN систем
§ Моделирование РЧ такта
§ Применение программного-определяемого радио (SDR)
Программа

8. 8
Communications System Toolbox
§ Модуляция
§ Кодирование
§ Модели каналов связи
§ RF искажения
§ Синхронизация, эквалайзеры
Communications System Toolbox расширяет возможности MATLAB и Simulink для
проектирования и симуляции физического уровня систем связи.

9. 9
Посторенние модели на нулей частоте (Baseband)
Simulink Library Browser Модель Simulink
Визуализация

10. 10
Пример: MIMO приёмник с цифровым управлением ДН
Сигнал + Помеха
Расчёт направления
прибытия сигнала
Цифровое
управление ДН
Сигнал/Шум
Управляющая логика
выбора угла

11. 11
§ Моделирование физического уровня систем связи
§ Проектирование LTE и WLAN систем
§ Моделирование РЧ такта
§ Применение программного-определяемого радио (SDR)
Программа

12. 12
§ LTE и LTE-Advanced (с Rel-8 до Rel-12)
§ Возможность моделировать
– Восходящий и нисходящий каналы
– FDD/TDD
– Передатчик и приёмные
§ Почти 200 функций для моделирования
физического уровня
§ ACLR/EVM измерения
LTE System Toolbox

13. 13
Передатчик
Тестовый сигнал
СВЧ генератор
Тестирование пропускной
способности
Эталонный образец
Генерация сигналов
Приём и демодуляция
сигналов из эфира
Типовые способы применения

14. 14
Стандарт Полоса (MHz) Режим MIMO Режим
802.11ac 20,40,80,160 До 8 потоков,
MU-MIMO
VHT
Very High Throughput
802.11n 20,40 До 4 потоков HT
High Throughput
802.11g 20 N/A Non-HT
802.11a 5,10,20 N/A
802.11b 20 N/A
802.11p 5,10 N/A
802.11j 10 N/A
WLAN System Toolbox

15. 15
Сквозное моделирование
Измерения
Генерация сигналов
Packet successfully decoded!
Packet detected
VHT-SIGA Decoded
Детектирование сигналов
Zynq
SDR
RF Signal
Generator
Передача сигнала в эфир
Типовые способы применения

16. 16
Особенности WLAN System Toolbox:
§ Открытый MATLAB код
§ Различные уровни детализации
§ Поддержка генерации C, С++ кода
– требует MATLAB Coder®
wlanWaveformGenerator
wlanHTSig wlanLSTF …

17. 17
§ Моделирование физического уровня систем связи
§ Проектирование LTE и WLAN систем
§ Моделирование РЧ такта
§ Применение программного-определяемого радио (SDR)
Программа

18. 18
Проектирование ВЧ тракта на системном уровне
Основные цели моделирования ВЧ тракта на системном уровне:
§ Проектирование общий архитектуры и тестирование параметров ВЧ компонентов
§ Разработка алгоритмов цифрового пред искажения (DPD), АРУ и формирование ДН
§ Тестирование и доработка приёмопередатчика на уровне модели
§ Использование модели приёмопередатчика для синхронизации между отделами

19. 19
Что требуется от ВЧ симулятора:
§ Достаточная точность модели ВЧ каскада
§ Возможность подключения к модели алгоритмов цифровой обработки сигналов на
«нулевой частоте» (Baseband) и алгоритмов управления
§ Быстрая симуляция
РЧ Сигнал
Очень
маленький шаг
симуляции
Медленная
симуляция
~10пс
~5ГГц

20. 20
RF Blockset - компромисс между точностью и скоростью
SimRF позволяет
моделировать
ВЧ тракты:
§ Применяя разные уровни
абстракции
§ Используя различные
решатели
Точность
Скорость
моделирования True
Pass-Band
Circuit
Envelope
Equivalent
Baseband
Carrier
Полоса
сигнала
freq
Spectrum
Carrier 1 freq
Spectrum
Carrier 2DC
freq
Spectrum

21. 21
Circuit Envelope – С чего начать?
RF Budget Analyzer App
§ Аналитический расчёт ВЧ каскада по усилению, шуму и IP3
§ Загрузка файлов с S-параметрами
§ Формирование модели и тестовой модели в Simulink (в RF домене)
§ Подтверждение аналитических расчётов результатами симуляции

22. 22
ВЧ компоненты Экспорт в Simulink
Расчёт цепиПараметры компонентов
ВЧ цепь

23. 23
§ Моделирование физического уровня систем связи
§ Проектирование LTE и WLAN систем
§ Моделирование РЧ такта
§ Применение программного-определяемого радио (SDR)
Программа

24. 24
RF Signal Generator
Zynq/FPGA SDR
USRP SDR
RF Spectrum Analyzer
Zynq/FPGA SDR
USRP SDR
RTL SDR
Передатчик Приёмник
Передача сигнала через реальный эфир

25. 25
ТрансиверЦОС
Тестовая
обвязка
MATLAB and Simulink
Процесс проектирования с использованием SDR

26. 26
Процесс проектирования с использованием SDR
ЦОС
Тестовая
обвязка
MATLAB and Simulink

27. 27
Процесс проектирования с использованием SDR
Тестовая
обвязка
MATLAB and Simulink
Z7035

28. 28
Процесс проектирования с использованием SDR
Z7035

29. 29
Xilinx Zynq/FPGA-Based Radio USRP
ADALM-PLUTO RTL-SDR
Поддерживаемые SDR платформы: