Этот пример использует:
- 5G Toolbox
- Instrument Control Toolbox
- Пакет поддержки Instrument Control Toolbox для Keysight (Agilent) IO библиотеки и интерфейс VISA
Скрипт Open Live Script
В этом примере показано, как сгенерировать 5G тестовая модель NR (NR-TM) форма волны с помощью приложения 5G Waveform Generator и загрузить сгенерированную форму волны на векторный генератор сигнала Keysight™ для беспроводной передачи с помощью программного обеспечения Instrument Control Toolbox™. Пример затем получает переданный беспроводной сигнал с помощью сигнала Keysight анализатор и анализирует сигнал в MATLAB®.
Введение
Этот пример генерирует 5G форма волны NR-TM с помощью приложения 5G Waveform Generator, загружает и передает форму волны на генератор сигнала вектора Keysight, и затем получает форму волны с помощью сигнала Keysight анализатор для анализа формы волны в MATLAB. Эта схема показывает общий рабочий процесс.
Требования
Чтобы запустить этот пример, вам нужны эти инструменты:
Вектор Keysight E4438C ESG сигнализирует о генераторе
Сигнал Keysight N9030A PXA анализатор
Сгенерируйте основополосную форму волны Используя приложение 5G Waveform Generator
В MATLAB, на вкладке Apps, кликают по приложению 5G Waveform Generator.
В разделе Waveform Type нажмите NR Test Models. В крайней левой панели приложения можно установить параметры для выбранной формы волны. Для этого примера:
Установите Частотный диапазон как
FR1 (410 MHz - 7.125 GHz)Установите Тестовую модель как
NR-FR1-TM3.1 (Full band, uniform 64 QAM)Установите полосу пропускания Канала (МГц) как
10Установите Расстояние между поднесущими (kHz) как
30Установите Дуплексный режим как
FDD.
На панели инструментов приложения нажмите Generate.
% Set the NR-TM parameters for the receivernrtm = "NR-FR1-TM3.1"; % Reference channelbw = "10MHz"; % Channel bandwidthscs = "30kHz"; % Subcarrier spacingdm = "FDD"; % Duplexing mode
Этот рисунок показывает 5G на 10 МГц форму волны NR, видимую в основной полосе.
Передайте беспроводной сигнал
Загрузите сгенерированный сигнал на генератор сигнала RF по одному из поддерживаемых коммуникационных интерфейсов (требует Instrument Control Toolbox). Приложение автоматически находит генератор сигнала, который соединяется по интерфейсу TCP/IP. На вкладке Transmitter приложения выберите Agilent/Keysight Signal Generator SCPI из списка Драйверов. Установите Центральную частоту (GHz) параметр к 3.4 и Выходная мощность (dBm) параметр к -15. Приложение автоматически получает основополосную частоту дискретизации из сгенерированной формы волны. Чтобы запустить передачу, нажмите Transmit в панели инструментов.
Считайте данные IQ из Signal Analyzer по TCP/IP
Чтобы считать синфазное и квадратуру (IQ) данные в MATLAB для анализа, сконфигурируйте сигнал Keysight N9030A анализатор с помощью программного обеспечения Instrument Control Toolbox.
Задайте инструментальные параметры конфигурации на основе сигнала, который вы измеряете.
% Set parameters for the spectrum analyzercenterFrequency = 3.4e9; sampleRate = 15.36e6;measurementTime = 20e-3;mechanicalAttenuation = 0; %dBstartFrequency = 3.39e9; stopFrequency = 3.41e9;resolutionBandwidth = 220e3; videoBandwidth = 220000;
Выполните эти шаги прежде, чем соединить со спектром анализатор.
Найдите, что ID ресурса Keysight N9030A сигнализирует об анализаторе.
Свяжите с инструментом с помощью интерфейса виртуальной инструментальной программной архитектуры (VISA).
Настройте размер входного буфера, чтобы содержать данные, которые возвращает инструмент.
Установите тайм-аут позволять достаточное количество времени для измерения и передачи данных.
foundVISA = visadevlist;resourceID = foundVISA(foundVISA.Model == "N9030A",:).ResourceName;resourceID = resourceID(contains(resourceID,"N9030A")); % Extract resourceID which contains "N9030A"sigAnalyzerObj = visadev(resourceID);sigAnalyzerObj.ByteOrder = "big-endian";configureCallback(sigAnalyzerObj,"byte",85e6,@callbackFcn) sigAnalyzerObj.Timeout = 20;
Сбросьте инструмент к известному состоянию с помощью соответствующей стандартной команды для программируемых инструментов (SCPI). Запросите инструментальную идентичность, чтобы гарантировать, что правильный инструмент соединяется.
writeline(sigAnalyzerObj,"*RST");instrumentInfo = writeread(sigAnalyzerObj,"*IDN?");fprintf("Instrument identification information: %s",instrumentInfo);
Instrument identification information: Agilent Technologies,N9030A,US00071181,A.14.16
X-серийный сигнал и спектр анализаторы выполняют измерения IQ, а также измерения спектра. В этом примере вы получаете область времени данные IQ, визуализируете данные с помощью MATLAB и выполняете анализ сигнала полученных данных. Команды SCPI конфигурируют инструмент и задают формат передачи данных после того, как измерение будет завершено.
% Set up signal analyzer mode to basic IQ modewriteline(sigAnalyzerObj,":INSTrument:SELect BASIC");% Set the center frequencywriteline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:FREQuency:CENTer ",num2str(centerFrequency)));% Set the capture sample ratewriteline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:WAVeform:SRATe ",num2str(sampleRate)));% Turn off averagingwriteline(sigAnalyzerObj,":SENSe:WAVeform:AVER OFF");% Set the spectrum analyzer to take one single measurement after the trigger line goes highwriteline(sigAnalyzerObj,":INIT:CONT OFF"); % Set the trigger to external source 1 with positive slope triggeringwriteline(sigAnalyzerObj,":TRIGger:WAVeform:SOURce IMMediate");writeline(sigAnalyzerObj,":TRIGger:LINE:SLOPe POSitive");% Set the time for which measurement needs to be madewriteline(sigAnalyzerObj,strcat(":WAVeform:SWE:TIME ",num2str(measurementTime)));% Turn off electrical attenuation writeline(sigAnalyzerObj,":SENSe:POWer:RF:EATTenuation:STATe OFF");% Set the mechanical attenuation levelwriteline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:POWer:RF:ATTenuation ",num2str(mechanicalAttenuation)));% Turn IQ signal ranging to autowriteline(sigAnalyzerObj,":SENSe:VOLTage:IQ:RANGe:AUTO ON");% Set the endianness of returned datawriteline(sigAnalyzerObj,":FORMat:BORDer NORMal");% Set the format of the returned datawriteline(sigAnalyzerObj,":FORMat:DATA REAL,64");
Инициируйте инструмент, чтобы сделать измерение. Ожидайте операции измерения, чтобы завершиться, и затем читать - в форме волны. Прежде, чем обработать данные, разделите меня и компоненты Q из чередованных данных, которые получены от инструмента, и создайте комплексный вектор в MATLAB.
% Trigger the instrument and initiate measurementwriteline(sigAnalyzerObj,"*TRG");writeline(sigAnalyzerObj,":INITiate:WAVeform");% Wait until measure operation is completemeasureComplete = writeread(sigAnalyzerObj,"*OPC?");% Read the IQ datawriteline(sigAnalyzerObj,":READ:WAV0?");data = readbinblock(sigAnalyzerObj,"double");% Separate the data and build the complex IQ vectorinphase = data(1:2:end);quadrature = data(2:2:end);rxWaveform = inphase+1i*quadrature;
Получите и отобразите информацию о последний раз полученных данных.
writeline(sigAnalyzerObj,":FETCH:WAV1?");signalSpec = readbinblock(sigAnalyzerObj,"double");% Display the measurement informationcaptureSampleRate = 1/signalSpec(1);fprintf("Sample Rate (Hz) = %s",num2str(captureSampleRate));
Sample Rate (Hz) = 15360000
fprintf("Number of points read = %s",num2str(signalSpec(4)));Number of points read = 307201
fprintf("Max value of signal (dBm) = %s",num2str(signalSpec(6)));Max value of signal (dBm) = -39.0019
fprintf("Min value of signal (dBm) = %s",num2str(signalSpec(7)));Min value of signal (dBm) = -107.9755
Постройте спектр полученной формы волны, чтобы подтвердить полосу пропускания полученного сигнала.
% Ensure rxWaveform is a column vectorif ~iscolumn(rxWaveform) rxWaveform = rxWaveform.';end% Plot the power spectral density (PSD) of the acquired signalspectrumPlotRx = dsp.SpectrumAnalyzer;spectrumPlotRx.SampleRate = captureSampleRate;spectrumPlotRx.SpectrumType = "Power density";spectrumPlotRx.PowerUnits = "dBm";spectrumPlotRx.Window = "Hamming";spectrumPlotRx.SpectralAverages = 10;spectrumPlotRx.YLimits = [-140 -90];spectrumPlotRx.YLabel = "PSD";spectrumPlotRx.ShowLegend = false;spectrumPlotRx.Title = "Received Signal Spectrum: 10 MHz 5G NR-TM Waveform";spectrumPlotRx(rxWaveform);
Переключите инструмент на спектр режим анализатора и сравните представление спектра, сгенерированное в MATLAB с представлением об анализаторе сигнала. Используйте дополнительные команды SCPI, чтобы сконфигурировать инструментальное измерение и настройки отображения.
% Switch back to the spectrum analyzer viewwriteline(sigAnalyzerObj,":INSTrument:SELect SA");% Set the mechanical attenuation levelwriteline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:POWer:RF:ATTenuation ",num2str(mechanicalAttenuation)));% Set the center frequency, RBW, and VBWwriteline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:FREQuency:CENTer ",num2str(centerFrequency)));writeline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:FREQuency:STARt ",num2str(startFrequency)));writeline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:FREQuency:STOP ",num2str(stopFrequency)));writeline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:BANDwidth:RESolution ",num2str(resolutionBandwidth)));writeline(sigAnalyzerObj,strcat(":SENSe:BANDwidth:VIDeo ",num2str(videoBandwidth)));% Enable continuous measurement on the spectrum analyzerwriteline(sigAnalyzerObj,":INIT:CONT ON"); % Begin receiving the over-the-air signalwriteline(sigAnalyzerObj,"*TRG");
Для инструментальной очистки очистите соединение КИП:
clear sigAnalyzerObj;Чтобы остановить 5G передача формы волны NR-TM, в разделе Instrument по панели инструментов приложения, нажимают Stop Transmission.
Выполните измерения полученной формы волны 5G
Используйте generateWaveform функция hNRReferenceWaveformGenerator файл помощника, чтобы извлечь информацию о форме волны для определенного TM.
tmwavegen = hNRReferenceWaveformGenerator(nrtm,bw,scs,dm);[~,tmwaveinfo,resourcesInfo] = generateWaveform(tmwavegen);
Крупная компенсация смещения частоты Используя символы ссылки демодуляции (DM-RS)
Ищите смещения с шагом 1 кГц до 100 кГц.
frequencyCorrectionRange = -100e3:1e3:100e3;[rxWaveform, coarseOffset] = DMRSFrequencyCorrection(rxWaveform,captureSampleRate,frequencyCorrectionRange,tmwavegen,resourcesInfo);fprintf("Coarse frequency offset = %.0f Hz", coarseOffset)Coarse frequency offset = 0 Hz
Прекрасная компенсация смещения частоты Используя DM-RS
Ищите смещения с шагом 5 Гц до 100 Гц
frequencyCorrectionRange = -100:5:100;[rxWaveform, fineOffset] = DMRSFrequencyCorrection(rxWaveform,captureSampleRate,frequencyCorrectionRange,tmwavegen,resourcesInfo);fprintf("Fine frequency offset = %.1f Hz", fineOffset)Fine frequency offset = -30.0 Hz
Измерения EVM
Используйте hNRPDSCHEVM функция, чтобы анализировать форму волны. Функция выполняет эти шаги.
Синхронизирует DM-RS по одной системе координат для дуплекса деления частоты (FDD) (две системы координат для дуплекса деления времени (TDD))
Демодулирует принятую форму волны
Оценивает канал
Компенсирует символы
Оценки и компенсируют общую ошибку фазы (CPE)
Задайте параметры конфигурации для hNRPDSCHEVM функция.
cfg = struct();cfg.PlotEVM = true; % Plot EVM statistics cfg.DisplayEVM = true; % Print EVM statisticscfg.Label = nrtm; % Set to TM name of captured waveformcfg.SampleRate = captureSampleRate; % Use sample rate during capture[evmInfo,eqSym,refSym] = hNRPDSCHEVM(tmwavegen.Config,rxWaveform,cfg);
RMS EVM, Peak EVM, slot 0: 2.848 19.257% RMS EVM, Peak EVM, slot 1: 2.829 15.633% RMS EVM, Peak EVM, slot 2: 2.812 15.226% RMS EVM, Peak EVM, slot 3: 2.864 14.929% RMS EVM, Peak EVM, slot 4: 2.932 14.695% RMS EVM, Peak EVM, slot 5: 2.934 16.210% RMS EVM, Peak EVM, slot 6: 2.835 17.239% RMS EVM, Peak EVM, slot 7: 2.897 16.520% RMS EVM, Peak EVM, slot 8: 2.924 16.450% RMS EVM, Peak EVM, slot 9: 2.883 16.497% RMS EVM, Peak EVM, slot 10: 2.889 17.794% RMS EVM, Peak EVM, slot 11: 2.853 16.835% RMS EVM, Peak EVM, slot 12: 2.860 19.586% RMS EVM, Peak EVM, slot 13: 2.908 16.476% RMS EVM, Peak EVM, slot 14: 2.947 17.077% RMS EVM, Peak EVM, slot 15: 2.950 15.162% RMS EVM, Peak EVM, slot 16: 2.940 20.989% RMS EVM, Peak EVM, slot 17: 2.927 16.974% RMS EVM, Peak EVM, slot 18: 2.876 14.606% RMS EVM, Peak EVM, slot 19: 2.860 19.478%Averaged RMS EVM frame 0: 2.889%Averaged overall RMS EVM: 2.889%Overall Peak EVM = 20.9891%
Измерения показывают, что демодуляция принятой формы волны успешна. Интерференция от компонента DC спектра анализатор к поднесущей DC вызывает высокие значения EVM в измерениях.
Локальные функции
Эти функции помогают в обработке полученной формы волны 5G.
function [correctedWaveform,appliedFrequencyCorrection] = DMRSFrequencyCorrection(waveform,sampleRate,frequencyCorrectionRange,tmwavegen,resourcesInfo) % waveform - Waveform to be corrected. Needs to be a Nx1 column vector. % sampleRate - Sample rate of waveform % frequencyCorrectioRange - Range and granularity at which frequency % correction is inspected % tmwavegen and resourcesInfo - Outputs of generateWaveform method [pdschArray,~,carrier] = hListTargetPDSCHs(tmwavegen.Config,resourcesInfo.WaveformResources); bwpCfg = tmwavegen.Config.BandwidthParts{1,1}; nSlots = carrier.SlotsPerFrame; % Generate a reference grid spanning 10 ms (one frame). This grid % contains only the DM-RS and is used for synchronization. refGrid = referenceGrid(carrier,bwpCfg,pdschArray,nSlots); % Apply frequency offsets to the waveform as specified by % freuqnecyCorrectionRange. nSamples = (0:length(waveform)-1)'; frequencyShift = (2*pi*frequencyCorrectionRange.*nSamples)./sampleRate; % Each column represents an offset waveform. offsetWaveforms = waveform.*exp(1j*frequencyShift); [~,mag] = nrTimingEstimate(offsetWaveforms,carrier.NSizeGrid,... carrier.SubcarrierSpacing,nSlots,refGrid, ... "SampleRate",sampleRate); % Find the frequency at which the DM-RS correlation is at a maximum. [~,index] = max(max(mag)); appliedFrequencyCorrection = frequencyCorrectionRange(index); correctedWaveform = offsetWaveforms(:,index);endfunction refGrid = referenceGrid(carrier,bwpCfg,pdschArray,nSlots) % Create a reference grid for the required number of slots. The grid % contains the DM-RS symbols specified in pdschArray. The function % returns REFGRID of dimensions K-by-S-by-L, where K is the number of % subcarriers of size carrier.NSizeGrid, S is the number of symbols % spanning nSlots, and L is the number of layers. nSubcarriers = carrier.NSizeGrid * 12; L = carrier.SymbolsPerSlot*nSlots; % Number of OFDM symbols in the reference grid nLayers = size(pdschArray(1).Resources(1).ChannelIndices,2); bwpStart = bwpCfg.NStartBWP; bwpLen = bwpCfg.NSizeBWP; refGrid = zeros(nSubcarriers,L,nLayers); % Empty grid bwpGrid = zeros(bwpLen*12,L,nLayers); rbsPerSlot = bwpLen*12*carrier.SymbolsPerSlot; % Populate the DM-RS symbols in the reference grid for all slots. Place % bwpGrid in a carrier grid (at an appropriate location) in case the % BWP size is not the same as the carrier grid for slotIdx = carrier.NSlot + (0:nSlots-1) [~,~,dmrsIndices,dmrsSymbols] = hSlotResources(pdschArray,slotIdx); if ~isempty(dmrsIndices) for layerIdx = 1:nLayers if layerIdx <= size(dmrsIndices,2) dmrsIndices(:,layerIdx) = dmrsIndices(:,layerIdx) - rbsPerSlot*(layerIdx -1) + (L*bwpLen*12*(layerIdx-1)); bwpGrid(dmrsIndices(:,layerIdx)+(slotIdx-carrier.NSlot)*rbsPerSlot) = dmrsSymbols(:,layerIdx); end end refGrid(12*bwpStart+1:12*(bwpStart+bwpLen),:,:) = bwpGrid; end endend
Смотрите также
Приложения
- 5G Waveform Generator
Открытый пример
У вас есть модифицированная версия этого примера. Вы хотите открыть этот пример со своими редактированиями?
