Часто при решении практических задач необходимо учитывать не совершенство элементной базы. Одним из таких случаев является учет нестабильности генераторного оборудования телекоммуникационной аппаратуры. В GNU Radio для решения данной задачи используется блок «Phase Noise Generator» (рис.1).
Блок «Phase Noise Generator» создает случайные флуктуации фазы сигнала, имитируя нестабильность реальных кварцевых генераторов и синтезаторов частот, эффект наблюдается в виде «размытия» границ сигнала при использовании анализаторов спектра и вращение точек сигнальных созвездий цифровых сигналов.
Блок «Phase Noise Generator» является составным иерархическим блоком GNU Radio, схема которого представлена на рисунке 2.
Структурно иерархический блок «Phase Noise Generator» состоит из:
− источника шума (Noise Source);
− однополюсного БИХ-фильтра (Single Pole IIR Filter);
− блоков, выполняющих трансцендентные математические операции функциями sin и cos (Transcendental);
− блока преобразования сигнала из вещественного представления в комплексное (Float To Complex);
− коннектора для подключения к входу блока «Phase Noise Generator», принимает сигнал, фазу которого надо «зашумить» (Pad Source);
− блока умножения шумового сигнала на входной (Multiply);
− коннектора для подключения к выходу иерархического блока, выдает сигнал с «зашумленной» фазой (Pad Sink).
Источник шума формирует начальный сигнал в комплексной форме, в основе которого лежит центрированный Гаусовский случайный процесс (рис. 3).
Однополюсный БИХ-фильтр первого порядка выполняет роль ФНЧ, с передаточной функцией (1) и разностным уравнением (2) обеспечивает НЧ- фильтрацию сигнала для подавления его высоко частотных составляющих.
Два блока трансцендентных математических операций выполняют тригонометрические преобразования для разделения шумового сигнала на синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие сигнала.
Блок «Float To Complex» преобразует квадратурные составляющие шумового сигнала I и Q в один поток комплексных чисел.
На этом заканчивается этап формирования фазового «зашумляющего» сигнала без паразитной амплитудной модуляции, что точно моделирует фазовые флуктуации в реальных генераторах.
Через коннектор подключения входа иерархического блока (Pad Source) сигнал поступает на блок Multiply и поэлементно перемножается с шумовым сигналом по правилам комплексного умножения.
Коннектор подключения выхода иерархического блока (Pad Sink) обеспечивает передачу значений зашумленного сигнала в блоки вне иерархического блока.
Блок «Phase Noise Generator» имеет один вход «in» и выход «out», для которых настраиваются типы векторов значений входного и выходного сигналов («float», «complex» или «shot»).
В меню блока предусмотрены следующие параметры настройки (рис. 4.):
1. Значение дисперсии шума (Noise Magnitude) – максимальное отклонение значения шумового сигнала, задающего случайный процесс изменения фазы, в диапазоне от 0 до 1. Тип переменной «float». Выбор значения для высококачественных генераторов не превышает 0,001 (слабый шум), для генераторов с умеренными шумами выбирается в интервале от 0,001 до 0,01, при сильных шумах значение выбирается от 0,1.
2. Коэффициент сглаживания БИХ-фильтр (Alpha) – определяет ширину полосы расфильтровки однополюсного ФНЧ фильтра с БИХ. Значение типа «float» выбирается в диапазоне от 0 до 1. Выбор значения при медленных флуктуациях (при очень узкой полосе расфильтровки) не превышает уровня 0,001. При средних значения полосы расфильтровки фильтра значение выбирается из интервала от 0,001 до 0,01, а при быстрых флуктуациях (широкая полоса расфильтровки) значение Alpha выбирается от 0,1.
Пример, демонстрирующий работу иерархического блока «Phase Noise Generator» в среде GNU Radio Companion:
Граф, демонстрирующий работу иерархического блока «Phase Noise Generator» в среде GNU Radio Companion представлен на рис.5, пример можете скачать на нашем сайте здесь .
В блоке «Signal Source» генерируется периодический сигнал прямоугольной формы. Блок «Phase Noise Generator» вносит случайные флуктуаций фазы в детерминированный сигнал моделируя нестабильность источников сигнала реальной аппаратуры (phase jitter). Форма и характеристики дрожаний фазы определяются параметрами «Noise Magnitude» (Дисперсия шума) и «Alpha» (Коэффициент сглаживания), рис. 6.
Блок «QT GUI Time Sink» отображает различия сигналов на входе и выходе блока «Phase Noise Generator» (рис. 6). С помощью органов управления в схеме можно изменять параметры «Noise Magnitude» и «Alpha».
Блок «Phase Noise Generator» удобно использовать при решении задачи моделирования нестабильности реальных кварцевых генераторов и синтезаторов частот. Потоковый граф GRC для демонстрации примера использования блока «Phase Noise Generator» можно скачать на нашем сайте: prosdr.ru
Читайте новости SDR технологии на нашем канале в телеграмм: prosdr777