Разработка модели синтезатора частоты в цифровом виде
Синтезаторы частот для современных систем подвижной радиосвязи. Обзор требований к синтезаторам частот системы связи UMTS. Разработка цифровой модели основных узлов синтезатора частот, учитывающих нелинейный характер работы отдельных звеньев системы.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.04.2016 |
| Размер файла | 620,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Xj(p) - изображения входных переменных, ij, ij -- операторные проводимости или сопротивления, значение i = 1, 2,…, n.
В матричной форме уравнение (2.8) имеет вид
(2.8а)
После нахождения выражений для Yj(p) и Xj(p) из формулы (2.8) и перехода к оригиналам, получаем
. (2.9)
Это рекуррентное соотношение позволяет определить выходную переменную yk[nT] по предыдущим значениям выходной переменной yk[nT-T] и значениям произвольных входных воздействий xi[nT], xi[nT-T ] в данный и предыдущие моменты времени, причем nT- vT 0. Как правило, период дискретизации выбирается с учетом периода регулирования Трег в системе: .
Выбранную величину можно уточнить, проведя повторение расчета
при Тсчета=Трег/20. Если результаты отличаются незначительно, то период выбран правильно. Соотношение (2.9) можно использовать в качестве алгоритма для моделирования многомерного линейного звена и анализа процессов, протекающих в нем.
2.3.3 Методика расчета отклика фильтра n-го порядка на произвольное входное воздействие
Приведенный выше подход справедлив и для фильтра n-ого порядка, цифровое моделирование которого и является основной задачей данной работы. Параметры фильтра определяют его передаточную характеристику. Для нахождения коэффициентов Ai и Bi необходимо передаточную функцию фильтра привести к виду
(2.10)
Тогда коэффициенты Ai, Bi в выражении (2.9) определяются как
(2.11а)
, (2.11б)
где к - показатель степени оператора р в полиноме n - го порядка; Sio…Sik - элементы i-ой строки матрицы Sk..
Как видно из выражений (2.11а) и (2.11б), для нахождения коэффициентов Ai, Bi используются вспомогательные матрицы Sk., которые позволяют упростить расчет этих коэффициентов. Соответствующие матрицы Sk определяются как произведение матриц Ck и Vk. В зависимости от степени полинома знаменателя алгебраической дроби T(p) выписывается соответствующая матрица Vk из следующей таблицы:
|
V-9 |
1 |
||||||||||
|
V-8 |
0 |
1 |
|||||||||
|
V-7 |
-3 |
0 |
1 |
||||||||
|
V-6 |
0 |
-8/3 |
0 |
1 |
|||||||
|
V-5 |
144/45 |
0 |
-7/3 |
0 |
1 |
||||||
|
V-4 |
0 |
108/45 |
0 |
-2 |
0 |
1 |
|||||
|
V-3 |
-1320945 |
0 |
7745 |
0 |
-53 |
0 |
1 |
||||
|
V-2 |
0 |
-744945 |
0 |
51/45 |
0 |
-4/3 |
0 |
1 |
|||
|
V-1 |
400614175 |
0 |
-377945 |
0 |
23 |
0 |
-1 |
0 |
1 |
||
|
V0 |
0 |
197814175 |
0 |
-144945 |
0 |
1445 |
0 |
-23 |
0 |
1 |
|
|
pp-9 |
pp-8 |
pp-7 |
pp-6 |
pp-5 |
pp-4 |
pp-3 |
pp-2 |
pp-1 |
pp0 |
Для полиномов более высокого порядка элементы Vk могут быть найдены на основе справочных формул. Примеры матриц Ck, необходимых для расчета Sk, приведены ниже.
, , , .
Вследствие определенной закономерности чередования элементов матриц Ck проявляется рекуррентная зависимость между элементами последующей и предыдущей матриц Sk и Sk-1. А именно, все элементы последующей матрицы, кроме элементов 1-го столбца, находятся из предыдущей матрицы. Элементы первой строки матрицы Sk равны элементам первой строки Sk-1 с противоположными знаками. Элементы последующих строк Sk находятся путём вычитания численных значений элементов двух соседних строк матрицы Sk-1 . Элементы последней строки Sk равны элементам последней строки Sk-1. Элементы первого столбца Sk могут быть найдены лишь по правилам умножения матриц -- путём умножения матрицы Ск на матрицу-столбец, элементами которой являются элементы 1-го столбца матрицы VK .
Ниже для примера приведены матрицы S1, S2, S3, и S4:
; ;
;
.
Моделируемый фильтр можно рассматривать как линейное одномерное звено. Тогда система операторных уравнений (2.8а) будет содержать лишь одно уравнение с правой частью, характеризующей входное воздействие Х1(р), и рекуррентное соотношение в этом случае имеет вид
(2.12)
Выражение (2.12) дает возможность определить отклик фильтра n-го порядка на любое произвольное воздействие на входе, при заданных параметрах системы, которые в свою очередь определяются коэффициентами Ai и Bi.
В общем виде алгоритм для определения цифровой модели одномерного звена можно представить следующим образом:
-- нахождение коэффициентов ai, bi из передаточной функции;
-- определение коэффициентов Ai и Bi по формулам (2.11а) и (2.11б);
-- расчет реакции звена на произвольное входное воздействие;
-- вид входного воздействия определяется характером решаемой задачи.
На основе представленной методики может быть разработана программа расчета отклика ФНЧ на произвольное входное воздействие. Расчет вспомогательных матриц S , позволяющих найти коэффициенты Ai и Bi, должен осуществляться внутри неё.
2.4 Модель ПГ
В простейшем случае модель ПГ может быть линейной, т.е. характеристика управления ПГ (зависимость генерируемой частоты от входного напряжения f(UФНЧ)) задается линейно. В этом случае основным параметром ПГ при моделировании является крутизна характеристики управления S. В современных СЧ для мобильных терминалов эта величина может принимать значения от 10 до 80 МГц/В.
Однако в реальных системах зависимость f(UФНЧ) имеет более сложный характер, и характеристика может иметь, например, S - образную форму (рис. 2.9).
Размещено на http://www.allbest.ru
Вид характеристики ПГ оказывает влияние на характер и длительность переходных процессов в системе. Как правило, в существующих моделях этим фактом пренебрегают, поэтому особенно важно разработать такую программу исследования, которая позволила бы учесть характер нелинейности ПГ.
Нелинейная характеристика ПГ указывается в справочных материалах в виде экспериментально полученных графиков и таблиц. При моделировании переходных процессов в кольце возникает необходимость использования аналитического выражения зависимости f(UФНЧ). В этом случае необходимо провести интерполяцию характеристики ПГ по нескольким экспериментальным точкам. Один из методов интерполяции - полиномом Лагранжа [16].
При интерполяции некоторой кривой, заданной в виде табличной функции, чаще всего берут степенной многочлен вида где -- неизвестные коэффициенты, которые должны быть определены.
Необходимое условие правильности выбора многочлена состоит в том, что график изменения от аргумента х должен проходить строго через узлы интерполирования . Это условие приводит к уравнениям
Для решения поставленной задачи надо найти коэффициенты a0,…,an.
Лагранж предложил подход к определению степенного многочлена, строго проходящего через узлы интерполяции и не требующий определения коэффициентов этого многочлена. Полином Лагранжа имеет вид
где .
При этом можно легко показать, что L(xk)=yk, k=0,1,…,n, т.е. полином проходит через узлы интерполяции.
Рассмотрим отношение . Очевидно, что при x = xk , k i, оно обращается в нуль, так как xk -- один из “нулей” функции , а знаменатель в нуль не обращается. При x=xi числитель и знаменатель совпадают, и отношение становится равным единице. Итак,
.
Отсюда непосредственно следует, что
В качестве примера рассмотрим степенной полином, проходящий через четыре точки :
Расчет можно выполнить аналогично для произвольного числа точек. Полученный интерполяционный многочлен можно использовать при модельном описании работы кольца ФАПЧ для учета нелинейной характеристики ПГ.
2.5 Разработка алгоритма работы цифровой модели СЧ
В предыдущих разделах ВКР были получены следующие результаты:
-- выбрана структурная схема для моделирования СЧ;
-- разработана цифровая модель ЧФД с учетом нелинейности и ограничения выходных токов дискриминатора;
-- получена цифровая модель ФНЧ, позволяющая находить отклик фильтра на произвольное входное воздействие;
-- разработана цифровая модель ПГ, позволяющая учесть нелинейность характеристики управления.
На основе полученных результатов разработан соответствующий алгоритм для реализации представленной цифровой модели на произвольном языке программирования, например, на Delphi 7.0. Необходимо объединить полученные алгоритмы в единый алгоритм работы цифровой модели СЧ на основе ИФАПЧ (рис. 2.10). В соответствии с ним может выполняться моделирование динамических процессов в СЧ. Поясним его.
Ввод исходных данных - происходит присвоение параметров системы переменным программы.
Определение начального состояния системы - определение начального состояния ЧФД (т.к. модель ЧФД построена с помощью таблицы переходов, то необходимо задать состояние детектора в момент времени tk-1 для расчета его выходного напряжения в момент времени t), начального напряжения ФНЧ, и, следовательно, начальной частоты перестройки ПГ.
Система определяет величину частотной расстройки |Дf|. По переменной |Дf| организован цикл. Если частотная расстройка kном раз подряд не превышает некоторое Дfном, величина которого может варьироваться (обычно Дfном = 1 кГц), то тогда программа выдает информацию об окончании переходного процесса и выводит окно результатов на экран. В этом случае значение k показывает количество попаданий в заданный диапазон. Если |Дf| оказывется больше Дfном, то k обращается в 0. После этого программа продолжает расчет.
Внутренний цикл по w. Организован для прерывания работы программы в случае, если время переходного процесса превышает максимально допустимое tmax = Tпк•w, Значение w задается пользователем.
Внутренний цикл по i, перебирающий расчетные точки в течение ТОК. Значение i может быть задано от 100 до 5000, в зависимости от необходимой точности расчетов. Завершение работы этого цикла свидетельствует о приходе очередного импульса ОК. При этом флаг R = 1, флаг p = 1. После поступления информации о приходе импульса ОГ происходит оценка частотной расстройки (далее см. пункт 3).
Расчет выходного сигнала ЧФД в соответствии с таблицей 2.1.
Определение выходного сигнала ЧФД с учетом работы блока нелинейности (табл. 2.2).
Расчет отклика ФНЧ на входное воздействие с выхода ЧФД.
Расчет выходной частоты ПГ fПГ для каждой расчетной точки, а также расчет приращения фазы ПГ - ПГ. Расчет может быть осуществлен 2-мя способами.
· Характеристика управления ПГ линейна - fЛ(u). Тогда:
Размещено на http://www.allbest.ru
ДfПГ = S • (UФНЧ(t) - UФНЧ(t-1))- приращение частоты на выходе ПГ под действием напряжения UФНЧ - выходного напряжения ФНЧ
- частота выходного сигнала ПГ;
, где t = TОК / кi - приращение фазы сигнала ПГ за время t, кi - максимальное число точек расчета на периоде ОГ;
-фаза сигнала ПГ.
· Характеристика управления ПГ нелинейна - fН(u). В этом случае выходная частота ПГ рассчитывается в соответствии с характеристикой управления fН(u).
Проверка условия ПГ 2. Выполнение этого условия говорит о поступлении импульса ПГ. В этом случае флаг V = 1. После проверки этого условия для расчета берется следующая точка.
Рис. 2.10 приведен на следующей странице.
Рис. 2.10. Алгоритм моделирования динамических свойств СЧ на основе предложенных решений
ВЫВОДЫ
По результатам выполненной разработки модели синтезатора частоты в цифровом виде можно сделать следующие выводы.
1. На основе анализа общих тенденций развития средств подвижной связи выявлены требования к применяемым в них синтезаторам частоты, определены их количественные характеристики.
2. Рассмотрена структурная схема синтезатора частот, используемого в мобильных терминалах третьего поколения, что позволило более точно определить существенные его свойства, которые должны быть учтены в модели.
3. Рассмотрены современные методы анализа синтезаторов частот с кольцом ИФАПЧ, показаны достоинства цифрового метода их моделирования.
4. Разработана цифровая модель синтезатора частоты выбранной структуры, позволяющая выполнять анализ динамических свойств, необходимый для определения одного из их важнейших параметров -- времени переключения с частоты на частоту.
5. Предложен алгоритм выполнения моделирования динамических свойств синтезатора частот, являющийся основой для последующей разработки программы, которая может использоваться непосредственно при разработке синтезаторов частоты выбранной структуры.
6. Выполнены все пункты технического задания на выпускную квалификационную работу.
ЛИТЕРАТУРА
Невдяев Л.М. Мобильная связь 3-го поколения. - Серия изданий “Связь и бизнес”, М.: МЦНТИ, 2000. - 208 с.
IMT - 2000. “Reprt ITU-R Task Group 8/1, Jersey”, 9-20 November 1998.
3G TS 25.101.V3.2.2 (2000-04) Technical specification.
Заявка на Европатент №01129616.7-2413 Sony Ref.: S01P5139EP00/PAE01-103DTCE.
Системы фазовой автоподстройки частоты с элементами дискретизации / Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Связь, 1979. - 224 с.
Шахгильдян В.В., Ляховкин А.А. Системы фазовой автоподстройки частоты. - М.: Связь, 1972. - 448 с.
Левин В.А., Малиновский В.Н., Романов С.К. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки. - М.: Радио и связь, 1989. - 232 с.
Довженко С.Т. Математическое описание системы ФАПЧ с учетом время-импульсной модуляции / Автоматика и вычислительная техника (Минск).-1979.-№9. - С. 27-36.
Романов С.К. К расчету идеализированной системы импульсно-фазовой автоподстройки частоты с делителем в цепи обратной связи / Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРС - 1970.- С. 85-93.
Довженко С.Т., Мицкевич А.Д. Об одном подходе к анализу синтезаторов частоты с время-импульсной модуляцией / Материалы межотраслевых научно-технических конференций, совещаний, семинаров и выставок. Стабилизация частоты. - М.: ВИМИ, 1978. -С. 17-24.
Романов С.К. Математическая модель системы ИФАПЧ со счетчиковым делителем в цепи обратной связи и нелинейным управителем частоты / Техника средств связи. Тер. ТРС. - 1985. - С. 67-76.
Малиновский В.Н., Романов С.К. Моделирование на ЭВМ синтезаторов частоты с кольцом импульсно-фазовой автоподстройки / Электросвязь.-1983.-Вып.4.- С.52-58.
Мовшович М.Е., Васильев М.А. Определение динамических характеристик кольца ФАП с цифровым делителем частоты методом натурного моделирования на ЦВМ / Радиотехника.- 1988.- N 1.- С.22-24.
Щелованов Л.Н. Моделирование элементов телевизионных систем / М.- Радио и связь, 1981.
Резвая И.В. Исследование и разработка синтезатора частот с частотно-фазовым управлением. - Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. / М.: МТУСИ, 1997. - 242 с.
Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа: Учебник для вузов. - 6-е изд., испр. / М.: Наука. гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 624 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Виды модуляции в цифровых системах передачи. Сравнение схем модуляции. Обоснование основных требований к системе связи. Влияние неидеальности параметров системы на характеристики ЦСП. Разработка функциональной схемы цифрового синтезатора частот.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 11.03.2012Особенности использования методов анализа и синтеза основных узлов аналоговых электронных устройств, методов оптимизации схемотехнических решений. Расчет параметров синтезатора радиочастот. Определение зависимости тока фазового детектора от времени.
лабораторная работа [311,0 K], добавлен 19.02.2022Разработка цифровой системы передач на базе оборудования РРЛ. Обоснование требований к основным узлам приемопередающего устройства. Проектирование узлов приемопередающего устройства (синтезатора частоты, модулятора). Основные проблемы и методы их решения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 31.05.2015Виды модуляции в цифровых системах передачи. Построение цифрового передатчика на примере формирования сигнала формата 64КАМ. Структурная схема синтезатора частот, цифрового приемника и приёмопередающего тракта. Расчет элементов функциональной схемы СВЧ-Т.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 06.02.2012Типы синтезаторов частоты. Методы и приборы генерации сигналов средневолнового диапазона и способы их излучения. Разработка структурной схемы проектируемого устройства, обеспечение его питания. Исследование синтезатора частот средневолнового диапазона.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 23.09.2016Изучение основных систем формирования дискретного множества частот в радиосвязи и общая характеристика параметров гармоничного сигнала. Определение назначения и описание принципиальных схем умножителей частот на транзисторном генераторе и на варикапах.
реферат [2,8 M], добавлен 12.05.2019Ознакомление с основами функционирования и применения систем подвижной радиосвязи. Рассмотрение контроля качества канала передачи. Понятие роуминга; изучение схемы повторного использования частот. Способы устранения помех при передаче информации.
лекция [213,5 K], добавлен 20.10.2014Разработка принципиальных схем синтезатора. Выбор и обоснование элементной базы. Разработка концептуального алгоритма устройства. Разработка, выбор и обоснование конструктивных составляющих синтезатора. Выбор и обоснование методов монтажа и межсоединений.
дипломная работа [249,8 K], добавлен 24.06.2010Характеристика цифровой сотовой системы подвижной радиосвязи стандарта GSM. Структурная схема и состав оборудования сетей связи. Методы расчета повторного использования частот. Отношение интерференции Коченела. Расчет зон обслуживания. Безопасность труда.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 30.08.2010Изучение предназначения усилителя звуковых частот, усилителя низких частот или усилителя мощности звуковой частоты - прибора для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 6 до 20000 Гц).
реферат [4,6 M], добавлен 27.10.2010Классификация частот и генераторов. Резонансный метод генерации частот и источники погрешности. Их назначение и область применения. Схема генератора высокой частоты. Основные технические характеристики. Получение синусоидальных колебаний высокой частоты.
курсовая работа [216,2 K], добавлен 04.04.2010Разработка математической модели цифрового фильтра нижних частот. Структурная и электрическая принципиальная схемы системы с обоснованием выбора элементов. Время выполнения программы работы цифрового фильтра. Оценка инструментальной погрешности системы.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 13.06.2016Функционирование рекурсивного цифрового фильтра нижних частот. Определение его быстродействия, импульсной и переходной характеристик. Составление и описание структурной и принципиальной схемы устройства. Разработка и отладка программы на языке ассемблера.
курсовая работа [323,8 K], добавлен 05.03.2011Перспективы мобильности беспроводных сетей связи. Диапазон частот радиосвязи. Возможности и ограничения телевизионных каналов. Расчет принимаемого антенной сигнала. Многоканальные системы радиосвязи. Структурные схемы радиопередатчика и приемника.
презентация [2,9 M], добавлен 20.10.2014Проектирование принципиальных электрических схем канала радиосвязи. Расчёт кривой наземного затухания напряженности поля радиоволны при радиосвязи дежурного по станции с машинистом поезда. Разработка синтезатора частоты, обслуживающего радиоканал.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 12.02.2013Применение схемы фильтра второго порядка Саллена-Ки при реализации фильтров нижних частот, верхних частот и полосовых. Возможность раздельной регулировки добротности полюсов и частот среза как главное достоинство звеньев фильтров по заданной схеме.
реферат [614,8 K], добавлен 21.08.2015Требования к средствам авиационной воздушной связи. Тип сигнала, обоснование рабочего диапазона частот. Дальность связи, количество каналов. Функциональная схема генератора опорной псевдослучайной последовательности. Анализ эффективности разработки.
дипломная работа [274,5 K], добавлен 25.07.2011Разработка общего алгоритма функционирования цифрового фильтра нижних частот. Разработка и отладка программы на языке команд микропроцессора, составление и описание электрической принципиальной схемы устройства. Быстродействие и устойчивость фильтра.
курсовая работа [860,6 K], добавлен 28.11.2010Описание структурной схемы генератора. Описание работы схемы электрической принципиальной блока. Выбор и обоснование элементной базы. Разработка конструкции печатной платы. Разработка конструкции датчика сетки частот. Описание конструкции генератора.
дипломная работа [287,2 K], добавлен 31.01.2012Использование для построения модели сети сухопутной подвижной связи технологии IMT Advanced, которая относится к четвертому поколению мобильной связи. Расчет частотно-территориального планирования, построение модели блока системы подвижной связи.
курсовая работа [871,7 K], добавлен 16.02.2013
