Большинство РЧ приемников в современных системах связи или РЛС подают сигналы на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Благодаря своему конечному разрешению АЦП вводят в систему ошибку квантования. Разрешение АЦП определяется количеством битов и полноразмерным (FS) диапазоном АЦП.
На предыдущем рисунке показан радиочастотный сигнал, который попадает в динамический диапазон (DR) АЦП. Входной сигнал и шум на несущей fRF имеют высокое отношение сигнал/шум (SNR). Принятый сигнал на fIF уменьшил SNR из-за показателя шума системы. Однако, если ошибка квантования близка к шуму приемника или превышает его, производительность системы ухудшается.
Чтобы гарантировать, что АЦП вносит в сигнал при fIF не более 0,1 дБ шума, уровень шума квантования должен быть на 16 дБ ниже уровня шума приемника. Это условие может быть выполнено:
Уменьшение полномасштабного (FS) диапазона или увеличение разрешения АЦП, что снижает уровень шума квантования.
Увеличение коэффициента усиления РЧ приемника, что повышает уровень шума приемника.
Модель ex_simrf_adc моделирует приемник с низким ПЧ с АЦП. Эта модель основана на модели ex_simrf_snr описано в разделе Создание модели приемника с низким ПЧ. На выходе радиочастотной системы подсистема АЦП моделирует АЦП с диапазоном FS sqrt(100e-3) V и разрешение 16 бит.
Для открытия этой модели в командной строке MATLAB ® введите:
addpath(fullfile(docroot,'toolbox','simrf','examples')) ex_simrf_adc
Мощность сигнала напряжения в полномасштабном диапазоне АЦП составляет
0 дБм
Для максимизации производительности модель использует те же параметры моделирования, что и ex_simrf_snr. Чтобы запустить эту модель:
Откройте модель, щелкнув ссылку или введя имя модели в командной строке.
Щелкните Выполнить (Run).
Модель использует подсистемы с MATLAB Coder™ реализации быстрого преобразования Фурье (FFT) для генерации двух графиков. БПФ использует 64 ячейки, поэтому для частоты дискретизации 64 Гц полоса пропускания каждого ячейки равна 1 Гц. Затем уровни мощности, показанные на чертежах, также представляют спектральную плотность мощности (PSD) сигналов в дБм/Гц.
График входного дисплея показывает спектр мощности двухтонального сигнала и шума на входе системы приемника-АЦП.
Измеренная мощность каждого тона -142 дБм согласуется с ожидаемым уровнем мощности .1-μV сигнала. Уровень мощности шума соответствует минимальному уровню шума -174 дБм/Гц.
График выходного дисплея показывает спектр мощности выходного сигнала.
Ошибка квантования превышает шум приемника.
Если установлено программное обеспечение DSP System Toolbox™, можно заменить подсистемы кодера MATLAB блоком Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox).
Для вычисления минимального уровня шума квантования (QNF) АЦП вычитают динамический диапазон из полномасштабной мощности, которая равна 0 дБм. Для вычисления динамического диапазона PSD для АЦП используется уравнение:
дБм/Гц
где
Nbits - это разрешение. В этом примере АЦП использует 16 битов.
Δf - ширина полосы частот БПФ, которая в данном примере равна 64. Избыточная дискретизация в АЦП дает меньший шум квантования.
Значение 1,76 является поправочным коэффициентом для чисто синусоидального входа.
Следовательно, уровень шума квантования равен -116 дБм/Гц в соответствии с измеренными выходными уровнями.
Увеличение коэффициента усиления в смесителе повышает шум приемника без увеличения значения шума. Вычисляют коэффициент усиления смесителя, необходимый для достижения запаса 16-dB между уровнем шума квантования и шумом приемника:
174 + 40 + 10,0) = − 100,1 + 124,0 = 23,9 дБ
Для моделирования приемника, который очищает уровень шума квантования:
Установите параметр Available power gain (Доступное усиление мощности) смесителя в значение 23.9.
Щелкните Выполнить (Run).
На чертеже показано, что шум приемника на 16 дБ выше нижнего уровня шума квантования.