主要特性

  • 可对具有任意拓扑结构的多载频模型进行电路包络仿真
  • 可从 RF Budget Analyzer 应用程序中生成射频系统模型和测量测试平台
  • 增强了混频器和放大器的模型,加入噪声、记忆和非线性效应以及阻抗失配
  • 无源元件,包括 S 参数数据文件、RLC 元件、传输线、滤波器、联接件和一般的阻抗块
  • 可调谐组件,包括用于时变可控制射频系统的放大器、衰减器、开关、RLC 元件和移相器
  • 使用 Simscape™ 语言创建模型
  • 用于单载波串联系统离散时间仿真的等效基带技术

RF Blockset™(以前的 SimRF™)将阻抗失配、宽带频谱增生、干扰和闭锁信号的影响以及标准信号、数字信号处理算法和控制逻辑考虑在内,为 Simulink® 增加了射频系统的设计及其性能仿真模块。

用 RF Blockset 进行建模的直接变换接收机的示例(顶部)。射频输入包括所需的宽带信号和相邻的干扰波形(左下)。解调输出信号的星座图(右下)已经恢复,并显示出接收机内射频缺陷的影响。


射频预算和自顶向下设计

您可以借助 RF Blockset 对雷达或通信系统等无线应用中使用的射频发射机和接收机进行建模并快速仿真。

您可以通过连接 RF Blockset 组件库的模块设计射频接收机和发射机,或者使用 RF Budget Analyzer 应用程序自动生成 RF Blockset 模型。通过使用 RF Budget Analyzer 应用程序,您可以采用图形方式创建或在 MATLAB® 中编写脚本,从噪声、功率、增益和三阶非线性角度分析一系列射频组件。

可以使用该应用程序确定射频收发机的系统级技术参数,而不用依赖于自定义电子表格和复杂的计算,还可以通过绘制不同的指标以数值方式或图形方式检查结果。

还可以针对多载波电路包络仿真生成 RF Blockset 模型和测试平台。也可将自动生成的模型作为进一步细化射频结构,和仿真那些无法通过解析手段说明的泄漏、干扰和 MIMO 架构等缺陷所带来的影响之基准。

使用 RF Toolbox 构建一系列视频组件,并从噪声系数、增益和 IP3 角度分析链路预算。

使用 RF Budget Analyzer 应用程序设计并分析的接收器的示例(顶部)。预算分析结果可以直观显示在应用程序中,或者也可以使用不同的选项绘制在图中(底部)。


射频和数字无线系统建模

RF Blockset 可用于无线系统建模,包括自适应射频发射机和接收机、模拟前端、数字信号处理和控制逻辑。

您可以使用 RF Blockset 建立系统级可执行的技术参数,并针对不同的射频前端结构进行检验分析,或者可以针对特定结构,使用仿真开发数字信号处理算法以提升性能和减少损耗。

借助 RF Blockset 模型,您可以完善射频子系统的可执行技术参数,评估现成商用组件的性能,改善系统架构师、模拟工程师、天线工程师和射频或模拟工程师之间的沟通。

通过将 RF Blockset 模型与通信算法进行集成,您可以对数字辅助系统进行建模,如具有自适应自动增益控制 (AGC) 的射频接收机以及具有基于嵌套反馈回路的数字预失真 (DPD) 结构的射频发射机。

 

Analog Devices® AD9361 敏捷接收机的 RF Blockset 实验室验证模型。射频前端部分由自动增益控制状态机控制。该模型将对从射频前端部分到数字下变频滤波器的时序、射频损耗和量化效应进行捕获。


快速射频仿真

RF Blockset 为不同抽象级别的射频系统仿真提供了两种技术。数字信号处理工程师可以使用等效基带库来快速评估射频现象对系统整体性能的影响。射频设计师可以使用电路包络库完善收发器的架构,使其具有较高的模型逼真度。

在较高抽象级别中,您可使用“等效基带”库中的模块针对射频组件链路进行建模。也可对系统进行预算分析和仿真,包括射频损耗,如噪声和奇数阶非线性。使用“等效基带”库中的模块时,仿真则使用了射频链路的基带等效模型。这可在考虑带内频谱增生、噪声和模块之间的阻抗失配因素的同时,针对超外差收发器进行单载波仿真。

在较低且更准确的抽象级别中,您可使用“电路包络”库中的模块构建任意拓扑结构的模型、检查射频系统的正交架构,并跟踪整个模型中射频损耗的影响。在使用“电路包络”库的模块时,RF Blockset 模型中的信号由电压和电流来表示。这样,阻抗失配、反射和有限隔离因素都可正确地考虑在内。

使用 RF Blockset 建立多载波电路包络仿真。

RF Blockset 支持的不同仿真技术。这些技术能够让您在仿真速度和建模逼真度之间加以权衡。


射频组件建模

通过 RF Blockset 可构建放大器、混频器、阻抗、传输线、滤波器以及其他射频组件的模型。对于放大器和混频器,可指定其线性和非线性属性,如奇数阶和偶数阶非线性。可以使用测量数据描述非线性行为和功率放大器的记忆。

您可借助功率合成器、功分器、环行器、变压器等组件,基于参数数据表搭建任意射频网络,并按照从顶向下的方法定义系统技术参数。可将频变组件用于评估阻抗失配、反射、有限隔离、泄漏的影响。

借助可变增益放大器、衰减器和移相器等可调谐的组件,您可以构建由时变 Simulink 信号直接控制的自适应射频系统。这让您能够在射频前端的仿真中嵌入控制逻辑和信号处理算法,从而开发诸如自适应阻抗调谐、增益控制、混合波束形成或数字预失真等系统。

您可以使用 Simscape 语言创建自己的射频模型,并构建自定义射频组件(需要 Simscape)。例如,您可以定义代数和微分方程来表示输入/输出电压和电流之间的任意关系。

可借助 RF Blockset 进行以下缺陷的建模:

  • 奇数阶和偶数阶非线性
  • 热噪声、本振相位噪声和有色噪声
  • 阻抗失配、反射、有限隔离、泄漏效应
  • I/Q 振幅和相位失配导致的混频器镜像
  • 相位偏移、可变群延迟和时间延迟
  • 直流转换和直流偏移

一部分用于射频系统电路包络仿真的模块。


射频放大器

您可以在 RF Blockset 中使用数据表规范或特征化数据进行放大器建模。

对于放大器模块,可指定增益、噪声系数或点噪声数据、二阶和三阶交调点(IP2 和 IP3)、1 dB 压缩点和饱和功率。

您可以按照自底向上的方法,通过导入测量数据来提高模型的精度。通过导入 Touchstone 文件并使用 S 参数,可以对输入和输出阻抗、增益以及反向隔离进行建模。

对于功率放大器,可以使用诸如 AM/AM-AM/PM 等非线性特征,或者使用记忆多项式来拟合时域输入-输出窄带或宽带特征,从而进行非线性和记忆效应建模。MATLAB 拟合程序是开放的,可以进行修改,以适应定制的工作流程。

有了准确的放大器模型,便可以开发自适应线性化算法,例如数字预失真 (DPD),并且可以在不同的操作条件下及早对发射机的性能进行测试。

对功率放大器实现包含非线性和记忆效应的建模。开发并验证创新自适应的 DPD 算法,用于包含数字信号系统和射频部分的完整通信系统。

探索图片库 (2 images)


噪声

使用 RF Blockset,可以在系统级别进行噪声效应仿真。无源元件(例如电阻器、衰减器和 S 参数)会产生与其衰减成正比的热噪声。

对于有源元件,可以指定噪声系数和点噪声数据,或者也可以从 Touchstone 文件读取频变噪声数据。还可以为本振指定任意频变噪声分布,这对相位噪声建模特别有用。

由于可以为每个元件指定输入和输出阻抗,阻抗失配可以影响实际信号和噪声的功率传输,因此可以实现低噪声系统的仿真和优化。

热噪声和相位噪声(底部)对一台简单接收机的影响通过一个双音信号(顶部)来仿真,其中滤波器、放大器、混频器和本振会引入噪声。


S 参数

使用 RF Blockset 电路包络库,可导入并仿真多达 8 端口 S 参数数据。可以通过将 S 参数模块连接到其他射频元件来构建任意网络,并将阻抗失配和滤波效果都考虑在内。

可以直接导入 Touchstone 文件,也可以从 MATLAB 工作区读取 S 参数数据。S 参数可以通过两种方法拟合:时域方法 — 基于频率数据有理函数拟合;频域方法 — 基于频率数据卷积。这两种方法可用于各种不同使用情况的建模,包括会引入频变振幅和相位的无源和有源数据。

无源 S 参数生成的噪声会自动包含到仿真过程中。而对于有源 S 参数,用户可以在 Touchstone 文件中指定频变噪声系数。

S 参数模块还可用来对专门根据振幅特征定义的数据进行建模。可以使用 S 参数进行理想通带滤波器的建模,或借助高级别规范定义模块。

使用散射参数(S 参数)并在 MATLAB® 中导入 touchstone 文件,这样您就可以操作、可视化和保存 S 参数文件。使用矩阵和信号处理功能自动对射频数据进行分析。

使用 8 单元天线阵列进行射频接收机建模。天线单元之间的耦合使用通过 Antenna Toolbox™ 计算得出的 8 端口 S 参数(橙色)进行建模。


测试平台

借助 RF Blockset 测试平台,可以验证射频发射机和接收机的性能。可以使用测试平台测量您的系统在不同操作条件下的增益、噪声系数、IP2 和 IP3。测试平台会生成要求的激励,并评估系统响应情况以计算所需的测量结果。

测试平台模块对于验证存在缺陷情况下的网络性能很实用,否则很难对其分析性地估计。将测试平台结果与预期的分析结果对比,可以对仿真结果充满信心,了解如何使用电路包络技术,并且可以验证您系统的建模是否正确。

测试平台还可以直接从 RF Budget Analyzer 应用程序生成,且支持外差和零差两种架构。

示例显示了如何使用 OIP3 测量测试平台(顶部)来验证一台简单的接收机在存在噪声的情况下的非线性度,以及频谱分析仪(底部)报告的结果。