|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Symulacja odbioru radiowego w warunkach szumu i zakłóceń. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Projektant radioamatorów Modelowanie komputerowe staje się dziś integralną częścią projektowania krótkofalarstwa, ponieważ pozwala uniknąć wielu błędów w obwodach na wczesnych etapach. Oczywiście modelowanie nie rozwiązuje wszystkich problemów: w każdym razie na końcowym etapie konieczne jest prototypowanie i dostosowanie prawdziwego urządzenia, ale najprawdopodobniej nie będzie wymagana poważna poprawa. Mimo ogromnych możliwości programów, zawsze są zadania, które wykraczają poza standardowe techniki opisane w instrukcji obsługi. Autor artykułu proponuje niestandardowe podejście do rozwiązania problemu symulacji odbioru sygnałów radiowych w warunkach szumu i zakłóceń z wykorzystaniem systemu PSpice. Technikę tę można dostosować do dowolnego symulatora dostępnego dla radioamatora. Symulacja urządzeń nadawczo-odbiorczych na komputerze jest bardzo trudnym zadaniem. Istotą odbioru radiowego jest wybór użytecznego sygnału na tle szumów i zakłóceń. A jeśli oddzielne badanie nadajnika i odbiornika zwykle nie sprawia trudności, to przy próbie rozważenia ich wspólnej pracy pojawia się problem odpowiedniego opisu sygnału na wejściu odbiornika, który jest mieszaniną użytecznego sygnału transmitowanego przez radio kanał z zakłóceniami i szumem. Symulacja odbioru radiowego bez zakłóceń i szumów oczywiście umożliwia ocenę działania urządzenia, ale nie pozwala na ocenę jakości zastosowanych rozwiązań technicznych, które są nieodłącznym elementem odbioru radiowego. System modelowania PSpice, zawarty np. w pakiecie oprogramowania OrCAD v.9.2, zawiera narzędzia do analizy szumów. Są one jednak przeznaczone do trybu małosygnałowego, gdy elementy urządzenia są uważane za liniowe w pobliżu punktu pracy. Ponadto można badać tylko urządzenia analogowe i obliczać tylko widmowe gęstości szumów. Zaproponowana technika umożliwia analizę łączonej transmisji sygnału użytecznego, szumu i zakłóceń w trybie dużego sygnału. Rozważmy to na przykładzie modelowania prostego systemu zdalnego sterowania z kanałem radiowym do samochodu. Oczywiście należy zacząć od zbadania specyficznych warunków odbioru radiowego i stworzenia modelu matematycznego środowiska interferencyjno-szumowego. W ogólnym przypadku model sygnału z zakłóceniami, który dochodzi z anteny do wejścia odbiornika radiowego, można przedstawić wzorem:
gdzie UΣ(t) jest całkowitym sygnałem mieszanki na wyjściu anteny odbiorczej; Uс(t,λс) - sygnał użyteczny; λc - parametr informacyjny sygnału użytecznego; Up(t,λp) - przemysłowy sygnał zakłócający; λp - parametr informacyjny interferencji; Um(t) - biały szum. Sygnał użyteczny po przejściu przez kanał radiowy ulega różnym zniekształceniom. Zakładamy, że przód sygnału jest zniekształcony, a jego amplituda maleje, co jest typowe dla transmisji kanałami komunikacyjnymi. W naszym przypadku jest to wystarczające, ponieważ transmisja odbywa się na niewielką odległość. Zakłócenia przemysłowe mogą być bardzo różnorodne, a ich poziom jest taki, że odbiór staje się całkowicie niemożliwy. Po wyeliminowaniu celowej ingerencji (choć ten temat może być bardzo interesujący dla analizy komputerowej) rozważmy przypadek, gdy źródłem zakłóceń jest samochód. Wszystkie inne szumy i zakłócenia będą reprezentowane jako biały szum. Najpotężniejszym źródłem zakłóceń radiowych w samochodzie jest obwód wtórny układu zapłonowego [1; 2]. Przyczyną występowania zakłóceń jest wyładowanie iskrowe w świecach zapłonowych, w wyniku czego powstają impulsy prądowe o stromych czołach, co tłumaczy znaczną szerokość ich widma. Częstotliwość powtarzania impulsów w zależności od prędkości obrotowej wału korbowego silnika czterocylindrowego waha się od około 20 do 200 Hz. Łącząc wszystko otrzymujemy wynikowy obwód (rys. 1) generatora mieszaniny na wyjściu anteny odbiornika.Tak więc, aby rozpocząć modelowanie odbioru radiowego w warunkach zakłóceń i szumów, potrzebujemy modeli PSpice użytecznego źródła sygnału ze zniekształceniami UС, generator obwiedni napięcia zakłócającego z samochodu Uon , źródło napięcia szumu z samochodu Un i źródło napięcia reszty szumu Ush.
MODEL ŹRÓDŁA HAŁASU PSpice Schemat generatora losowego szumu pokazano na ryc. 2.
Podczas modelowania należy zwrócić uwagę na następujące kwestie: Eout to źródło napięcia sterowane napięciem. Wprowadź go używając nazwy z literą E na początku. Działa jako bufor i wzmacniacz skalujący. Zamiast tego można użyć analogowego bloku GAIN, który jest dostępny w bibliotece dystrybucyjnej o nazwie ABM.lib i pełni podobne funkcje; Vnoise to odcinkowo liniowe źródło napięcia, którego wartości są odczytywane z pliku wejściowego przechowywanego w katalogu roboczym. Zastosowano źródło napięcia VPWL_FILE, które posiada atrybut , ponieważ wartości zostaną odczytane z pliku wejściowego. Atrybut zdefiniowany przez wpis: [ścieżka\pwlnoise.txt. Katalog powinien być tym, w którym zapisane są wszystkie pliki projektu, w tym schematyczne pliki *.dsn. Zapisz schemat w pliku o nazwie pwlnoise.dsn. Źródło Vnoise generuje losowe napięcie, którego efektywna wartość wynosi 1 V. Nazwiemy ten sygnał „RAW” - pierwotne źródło szumu (obrabiany przedmiot). Elementy Rfil i Cfil filtrują sygnał RAW, a Eout wzmacnia go do napięcia (wartości skutecznej) określonego przez użytkownika. Podstawowy sygnał szumu V(NOISE_RAW) (rys. 3, górny wykres) ma równomierny rozkład częstotliwości. Współczynnik kształtu takiego sygnału wynosi około 1,8. Napięcie szumu ma trójkątny kształt, w którym każdy róg jest nieciągłością. Ten kształt fali prowadzi do widma sin(x)/x, które zawiera harmoniczne rozciągające się do bardzo wysokich częstotliwości, a amplituda sygnału maleje wraz ze wzrostem częstotliwości.
Filtr RC eliminuje problemy ze zbieżnością spowodowane nieciągłością surowego sygnału szumu. Przefiltrowany sygnał szumu V(NOISE_FIL) (rys. 3, dolny wykres) bardziej przypomina rzeczywisty szum. PROGRAM LOSOWEJ GENERACJI NAPIĘCIA Program do generowania naprężeń losowych napisany jest w języku GW-BASIC (tab. 1). Do wpisania jego tekstu lub dokonania zmian dopuszczalne jest użycie dowolnego edytora tekstu.
Tekst programu musi być zapisany w kodach ASCII pod nazwą pwlnoise.bas (np. w Microsoft Word program musi być zapisany jako plik tekstowy). w tabeli. 2 zawiera wyjaśnienia dotyczące linii programu.
Przede wszystkim zwróć szczególną uwagę na linię 20 programu. W nim musisz zdefiniować ścieżkę do katalogu roboczego z plikami projektu. Po uruchomieniu programu w trybie dialogowym należy wprowadzić trzy wartości: TIME STEP - krok czasowy w sekundach - znaczniki czasu pomiędzy krokami w źródle PWL. Ten parametr częściowo kontroluje szerokość pasma widma i szybkość, z jaką skanowany jest plik wartości źródłowych. Na przykład, jeśli krok zostanie zmniejszony, losowe wartości szumu zmieniają się szybciej w czasie, szerokość widma szumu wzrasta, a prędkość przeglądania pliku wartości maleje; CZAS KOŃCOWY - czas końcowy w sekundach - czas pracy generatora szumu. Zwiększenie go zwiększa liczbę kroków, które są zawarte w PWL źródła szumu; RMS NOISE to efektywna wartość napięcia szumu w woltach. Parametr ten wpływa również na szybkość przeglądania pliku oraz szerokość widma generatora szumu: im jest on większy, tym większa stromość frontu, a co za tym idzie szerokość widma sygnału. Program obliczy i wyświetli cztery parametry: Punkty – ilość punktów, które zostaną uwzględnione w źródle szumu PWL; Szerokość pasma - szerokość pasma na poziomie -3 dB od maksimum obwiedni widma; Maximum Slew Rate - przybliżona maksymalna prędkość przetwarzania pliku; CFIL to pojemność kondensatora filtrującego. Gdy wszystkie niezbędne obliczenia zostaną zakończone, program przypomni Ci o zapisaniu parametrów TIME STEP, RMS NOISE i CFIL, które później będą potrzebne do stworzenia zadania symulacyjnego. Aby skorzystać z wyników programu, należy wykonać pewne prace przygotowawcze. Wejdź do edytora schematów OrCAD Capture, otwórz plik pwlnoise.dsn, w którym należy narysować diagram modelu źródła szumu (patrz rysunek 2) i wprowadź następujące zmiany. Ustaw pojemność kondensatora CFIL na wartość obliczoną przez program. Ustaw atrybut GAIN Eout na wartość RMS wprowadzoną podczas uruchamiania programu. Upewnij się, że wprowadzasz liczbę bez wymiaru (wzmocnienie jest bezwymiarowe). Na przykład musisz wpisać „0.125”, a nie „0.125 V”. Ustaw czas trwania analizy stanu nieustalonego (TRANSIENT) na CZAS KOŃCOWY, którego wartość została wprowadzona podczas wykonywania programu. Możesz teraz symulować w PSpice i używać programu PROBE w zwykły sposób. Porty globalne (RAW i FIL) ułatwiają wykorzystanie modelu generatora szumów w innych częściach projektu obwodu, które wymagają podobnego źródła. Ale nie zapomnij ponownie uruchomić programu pwlnoise.bas za każdym razem, gdy potrzebujesz zmienić parametry źródła szumu. PSpice-MODEL GENERATORA ZAKŁÓCEŃ Do stworzenia modelu interferencji z samochodu potrzebny jest generator obwiedni napięcia interferencyjnego (rys. 4).
Kształt obwiedni jest sygnałem, który gwałtownie wzrasta wykładniczo, a następnie również wykładniczo stopniowo maleje do zera. I jest wypełniony oscylacjami, które mają losowy charakter. Aby uzyskać sygnał o pożądanym kształcie, wykorzystujemy napięcie impulsowe ze źródła V1, po „przepuszczeniu” go przez układ całkujący R1C1. Dobierając amplitudę napięcia i stałą czasową obwodu RC, uzyskujemy wymaganą obwiednię sygnału interferencyjnego (rys. 5).
Dobierając parametry V1, V2, TD, TR TF, PW, PER źródła impulsowego oraz stałą czasową obwodu RC ustalamy niezbędne charakterystyki czasowe obwiedni, które są nieodłącznie związane z zakłóceniami od zapłonu samochodu system. Wzmacniacz buforowy napięcia GAIN 1 jest potrzebny do wyskalowania amplitudy obwiedni do wartości 1 V. Następnie mnożymy napięcie sygnału obwiedni przez napięcie szumu za pomocą bloku analogowego MULT1 i otrzymujemy pożądany sygnał szumu (ryc. 5, dolny diagram). Zmieniając parametr PER źródła impulsów V1 można zasymulować zmianę prędkości obrotowej wału korbowego silnika, a zmieniając parametr TD moment wystąpienia zakłócenia względem sygnału użytecznego. Korzystając z proponowanego podejścia, łatwo jest modelować wiele innych rodzajów zakłóceń przemysłowych, nie tylko samochodowych. PSpice-MODEL PRZYDATNEGO SYGNAŁU Załóżmy, że nadajnik systemu zdalnego sterowania składa się z części cyfrowej i analogowej. Kod impulsowy służy do przesyłania poleceń. Z punktu widzenia Pspice taki nadajnik jest zwykłym urządzeniem cyfrowo-analogowym i nie ma specjalnych problemów z jego modelowaniem. Jednak czas poświęcony na obliczenia jest bardzo długi. Dzieje się tak, ponieważ system PSpice jest zmuszony wybrać krok integracji na podstawie szybkości zmian sygnału o najwyższej częstotliwości. Dlatego sensowne jest stworzenie uproszczonego, szybkiego modelu ekwiwalentu sygnału wyjściowego nadajnika (rys. 6) na źródłach idealnych.
Jest to o wiele wygodniejsze, ponieważ takie źródło jest znacznie łatwiejsze do kontrolowania (przy symulacji rzeczywistych warunków odbioru może być konieczna zmiana częstotliwości nośnej, amplitudy, fazy). Aby uwzględnić zniekształcenia sygnału w kanale radiowym, dodano generator zniekształceń kształtu sygnału - w naszym przypadku prosty obwód RC. PSpice - MIESZANINY MODEL SYGNAŁU Teraz, gdy wszystkie modele są gotowe, połączmy je. W rzeczywistości jest to odpowiednik anteny odbiorczej (patrz ryc. 1), z której wyjścia cały sygnał dociera do wejścia odbiornika radiowego. Oczywiste jest, że dla wygody analizy w modelu należy przewidzieć możliwość regulacji stosunku sygnału do szumu i sygnału do szumu, a także poziomu sygnału całkowitego, aby symulować tłumienie wraz ze wzrostem dystans. Jest to realizowane za pomocą wzmacniaczy pośrednich GAIN1-GAIN4, zawartych na wejściach i wyjściu sumatora (patrz rys. 1), których wzmocnienie można szybko zmienić przed kolejnym rozpoczęciem symulacji. PSpice SYMULACJA RADIOWA Zadanie do modelowania dla trybu PRZEJŚCIOWEGO lepiej przygotować w formie graficznej. W tym celu zamiast anteny podłączam do odbiornika radiowego model z sygnałem mieszanym. Ale zanim zaczniesz modelować, musisz utworzyć pliki z wartościami dwóch niezależnych źródeł szumu i obliczyć pojemność CFIL filtrów antyaliasingowych. Program pwl-noise.bas będzie musiał być użyty dwukrotnie, ponieważ źródła szumu muszą być niezależne. Przy pierwszym uruchomieniu programu stwórzmy początkowe dane dla źródła szumu, które jest częścią generatora szumu z układu zapłonowego samochodu.Ustawmy np. TIME STEP=6E-6 FINAL TIME=0.05, RMS NOISE =1. W rezultacie otrzymujemy CFIL=1,88 nF i zmieniamy nazwę wygenerowanego pliku o nazwie pwlnoise.txt na pwlnoise2.txt. W drugim przypadku zapisujemy dane początkowe, aby uruchomić źródło losowego szumu. Ustaw TIME STEP=5E-6 FINAL T|ME= 0 05 RMS NOISE=1 Uzyskaj CFIL=1,6 nF i pozostaw plik o nazwie pwlnoise.txt. Teraz możesz uruchomić program symulacyjny i zobaczyć wyniki. literatura
Autor: O. Petrakov, Moskwa
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Wybuchowy Samsung Galaxy Note 7 wraca do sprzedaży ▪ HEP-100/150/185 - zasilacze do trudnych warunków ▪ Adapter transferu wideo 4K USB 3.0 ▪ Chipy Samsung 8Gb DDR4 i moduły 32GB DDR4 ▪ Trzęsienie ziemi spodziewane w Nowym Jorku
▪ sekcja serwisu Muzyk. Wybór artykułu ▪ artykuł Bertranda Arthura Williama Russella. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Jak zaczęło się gotowanie? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Piment lekarski. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Ultradźwięki przeciwko komarom. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony