RF приемников усиливать сигналы и переключать их на более низкие частоты. Приемник сам вводит шум, который ухудшает принимаемый сигнал. Отношение сигнал/шум (ОСШ) на выходе приемника в конечном счете определяет удобство использования приемника.
Предыдущий рисунок иллюстрирует эффект приемника на сигнал. Приемник усиливает РЧ сигнал малой мощности в несущей fRF с высоким ОСШ и преобразует сигнал вниз в fIF. Шумовой рисунок (NF) системы определяет различие между ОСШ на выходе и ОСШ на входе:
где различие вычисляется в децибелах. Чрезмерный рисунок шума в системе заставляет шум перегружать сигнал, делая сигнал невозвратным.
Модель ex_simrf_snr моделирует упрощенную архитектуру приемника IF. Блок Sinusoid и блок Noise моделируют двухтональный вход с центром на fRF и низкоуровневом тепловом шуме. РЧ-система усиливает сигнал и смешивает его с локальным генератором fLO вниз до промежуточной частотной fIF. Датчик напряжения восстанавливает сигнал на ПЧ.
Чтобы открыть эту модель, в MATLAB® в командной строке введите:
addpath(fullfile(docroot,'toolbox','simrf','examples')) ex_simrf_snr
Усилитель вносит 40 дБ усиления и 15-dB шума рисунок, а смеситель вносит 0 дБ усиления и 20-dB шума рисунка, которые являются значениями, характерными для относительно шумного приемника с высоким усилением. Двухтональный вход имеет заданный уровень 1 мкВ. Уровень 1-V в локальном генераторе обеспечивает согласованность с составом усилителя преобразования смесителя.
Чтобы запустить модель:
Откройте модель, щелкнув ссылку или введя имя модели в приглашении Командного окна.
Нажмите Run.
Чтобы максимизировать эффективность, параметры Fundamental tones и Harmonic order задают частоты симуляции явно в блоке Configuration:
fLO частота LO на первой стадии смешивания равна 1,9999 ГГц. и появляется в списке основных тонов следующим образом carriers.LO.
fRF несущая необходимого сигнала равна 2 ГГц и появляется в списке основных тонов следующим carriers.RF.
fIF, промежуточная частота, равна fRF - fLO. Частота является линейной комбинацией гармоник первого порядка (фундаментальных) fLO и fRF. Установка значения Harmonic order 1 достаточно, чтобы убедиться, что эта частота появляется в частотах симуляции. Это минимальное значение для гармонического порядка обеспечивает минимум частот симуляции.
Условия решателя и настройки шума также заданы для блока Configuration:
Значение Solver type устанавливается равным auto. Для получения дополнительной информации о выборе решателей смотрите страницу с описанием для блока Configuration или смотрите Выбор Simulink® и Simscape™ решатели.
Параметр Sample time установлен в 1/(mod_freq*64). Эта настройка обеспечивает пропускную способность симуляции в 64 раза большую, чем огибающие сигналов в системе.
Флажок Simulate noise установлен, поэтому окружение включает параметры шума во время симуляции.
Модель использует подсистемы с MATLAB Coder™ реализации быстрого преобразования Фурье (FFT), чтобы сгенерировать две графики. БПФ использует 64 интервала, поэтому для частоты дискретизации 64 Гц, полоса пропускания каждого интервала составляет 1 Гц. Впоследствии уровни степени, показанные в рисунки, также представляют степени спектральную плотность (PSD) сигналов в дБм/Гц.
График Input Display показывает спектр степени сигнала и шум на входе приемника.
Измеренная степень каждого тонального сигнала согласуется с ожидаемым уровнем степени 0.1-μV двухтональной огибающей:
Коэффициент 1/2 обусловлен делением напряжения на источнике и нагрузочных резисторах, а другой коэффициент 1/2 обусловлен масштабированием огибающей. Смотрите рекомендуемый пример Анализ двухтональной огибающей с использованием реальных сигналов для получения дополнительной информации о масштабировании огибающих сигналов для вычисления степени.
Измеренный шумовой пол на -177 дБм/Гц уменьшается на 3 дБ от заданного шумового пола -174 дБм/Гц. Различие обусловлено степенью передачей от источника к входу усилителя. Усилитель также моделирует тепловой шумовой пол, поэтому, хотя это уменьшение нереально, оно не влияет на точность на выходном этапе.
График Output Display показывает спектр степени сигнала и шум на выходе приемника.
Измеренный PSD -102 дБм/Гц для каждого тонального сигнала соответствует 40-dB совокупному усилению усилителя и смесителя. Шум PSD на рисунке показан как примерно на 50 дБ выше на выходе из-за усиления и шумовой величины системы.
Если установлено программное обеспечение DSP System Toolbox™, можно заменить подсистемы MATLAB Coder на Spectrum Analyzer (DSP System Toolbox) блок.
Тепловой шум степени может быть смоделирован согласно уравнению
где:
kB - константа Больцмана, равная 1.38065 × 10-23 J/K.
T - температура шума, заданная как 293,15 K в этом примере.
Rs - импеданс источника шума, заданный как 50 Ом в этом примере, чтобы согласиться со значением сопротивления маркированного блока Resistor R1.
Β f является шумовой полосой пропускания.
Чтобы смоделировать шумовой пол по RF сигналу на резисторе, модель включает в себя Noise блок:
Параметр Noise Power Spectral Density (Watts/Hz) вычисляется как .
Параметр Carrier frequencies, установленный на carriers.RF, создает шум только на несущей RF.
Для модели радиочастотного шума из рисунков шумов компонентов:
Выберите Simulate noise в Parameters RF Blockset диалогового окна блока, если он еще не выбран.
Задайте значение для параметра Noise figure (dB) блока Amplifier и Mixer блоков.
Шумовые рисунки не являются строго аддитивными. Усилитель вносит больше шума в систему, чем смеситель, потому что он появляется первым в каскаде. Чтобы вычислить общий рисунок системы RF с n ступенями, используйте уравнение Фрииса:
где Fi и Gi - коэффициент шума и коэффициент усиления i-й ступени, и NFi = 10log10 (Fi).
В этом примере рисунок усилителя составляет 10 дБ, а шумовой рисунок миксера - 15 дБ, поэтому шумовой рисунок системы:
Уравнение Фрииса показывает, что, хотя миксер имеет более высокий шумовой рисунок, усилитель способствует большему шуму в системе.
