Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: Модель фазового шума
Форум разработчиков электроники ELECTRONIX.ru > Цифровая обработка сигналов - ЦОС (DSP) > Алгоритмы ЦОС (DSP)
Страницы: 1, 2
Ivan55
Цитата(des00 @ Jul 23 2016, 08:44) *
вы взяли опорный генератор, дюже хорошего качества.

Не подскажите генератор плохого качества, мне для КВ диапазона

Цитата(des00 @ Jul 26 2016, 09:49) *
нужно брать 2 источника ФШ, с разной инициализацией и добавить еще между ними рассинхронизацию по частоте

сделал посмотрел... Рассинхронизация приводит к вращению созвездия, что я и предпологал, но я анализирую влияние фазовых шумов
рассинхронизация это другая проблема
des00
Цитата(Ivan55 @ Jul 28 2016, 13:14) *
Не подскажите генератор плохого качества, мне для КВ диапазона

[-30 -35 -50 -85] на [1 2 10 100] кгц

Цитата
сделал посмотрел... Рассинхронизация приводит к вращению созвездия, что я и предпологал, но я анализирую влияние фазовых шумов
рассинхронизация это другая проблема

генераторы слишком хорошие у вас, потому и выводы такие) Как точка отсчета - ФШ рождается в синтезаторах частот, а петля восстановления по несущей, компенсирует несушку для сквозного тракта.
Ivan55
Цитата(des00 @ Jul 28 2016, 12:15) *
[-30 -35 -50 -85] на [1 2 10 100] кгц

Это что за генератор? где на него посмотреть?)) Это же генератор шума а не несущей))))))
Цитата(des00 @ Jul 28 2016, 12:15) *
Как точка отсчета - ФШ рождается в синтезаторах частот, а петля восстановления по несущей, компенсирует несушку для сквозного тракта.

У меня мало знаний в этой области. Не могу понять к чему это все и как влияет... Я так понял это вы щас про PLL?
des00
Цитата(Ivan55 @ Jul 28 2016, 16:33) *
Это что за генератор? где на него посмотреть?)) Это же генератор шума а не несущей))))))

это классический, не запетлеванный RF синтезатор, диапазона 5-11Ггц. И мои модемы работают на таких синтезаторах sm.gif

Цитата
У меня мало знаний в этой области. Не могу понять к чему это все и как влияет... Я так понял это вы щас про PLL?

Это я к тому, что ФШ накладывается в разных "местах" спектра. Давят его уже после восстановления несушки, которая компенсирует весь канал. В итоге, если посмотреть ФШ сигнала после восстановления частот, он будет отличен от суммы ФШ передающего и приемного генераторов. При этом часть ФШ будет носить амплитудный, а не фазовый характер.
Ivan55
Цитата(des00 @ Jul 28 2016, 12:40) *
это классический, не запетлеванный RF синтезатор, диапазона 5-11Ггц. И мои модемы работают на таких синтезаторах sm.gif

Ну там то это возможно если полоса 20 МГц и разнос поднесущих килогерц 400
У меня же диапазон 3-30 Мгц полоса сигнала максимум 20 кГц и разнос поднесущих около 40 Гц
des00
Цитата(Ivan55 @ Jul 28 2016, 16:48) *
У меня же диапазон 3-30 Мгц полоса сигнала максимум 20 кГц и разнос поднесущих около 40 Гц

Вот и начните ухудшать свой генератор. В качестве отправной точки возьмите дрожание QPSK точки. Подберите в модели параметры когда дрожание будет +-25 градусов. И потом загоняйте туда OFDM. Это будет плохой, дешманский генератор

Цитата(Ivan55 @ Jul 28 2016, 16:48) *
Ну там то это возможно если полоса 20 МГц и разнос поднесущих килогерц 400

у меня и 1.75 полоса работает sm.gif


и еще, если вы тестируетесь на QPSK, то вы не практически не увидите влияние ФШ. Нужно смотреть на созвездиях класса 64 кам и выше.
Ivan55
Цитата(des00 @ Jul 28 2016, 13:08) *
и еще, если вы тестируетесь на QPSK, то вы не практически не увидите влияние ФШ. Нужно смотреть на созвездиях класса 64 кам и выше.


это понятно, там угол меньше между точками, поэтому чем больше созведие тем больше верхние точки подвержены влиянию ФШ


Цитата(des00 @ Jul 28 2016, 13:08) *
у меня и 1.75 полоса работает sm.gif

А между несущими скока кГц?
des00
Цитата(Ivan55 @ Jul 28 2016, 17:46) *
А между несущими скока кГц?

я на Single Carrier специализируюсь
Ivan55
Прокоментируйте код

Написал на основе модели вроде работает. С фазовыми шумами разбираюсь не давно
Модель разработана для оценки влияния фазвых шумов на качество ofdm сигнала

Прошу подсказать что не так... как лучше сделать... правильно ли измеряю

CODE
clc; clear all; close all;

Fs = 48000; % Частота дискретизации сигнала
SNR = 20; % ОСШ
Nfft = 1024; Ng = Nfft/4; Nofdm = Ng+Nfft; % Параметры OFDM сигнала
Tofdm = Nfft/Fs; % Длительность OFDM сигнала в сек
nCar = 312; % Кол-во поднесущих
Nbps = 6; M = 2^Nbps;
Nsym = 10000; % Колличество генерируемых OFDM символов
H_QAM4=modem.qammod('M',M,'PhaseOffset', 0, 'SymbolOrder',...
'binary', 'InputType', 'bit');
Es = 1; A = (3/2/(M-1)*Es);


tx = [];

fft_in = complex(zeros(Nfft,Nsym),zeros(Nfft,Nsym));
QAM = zeros(Nsym,nCar);
In_Data = randi([0 1],Nsym,nCar*log2(M));
QAM = A*modulate(H_QAM4, In_Data');
fft_in(1:nCar/2,:) = QAM(1:nCar/2,:);
fft_in(end-nCar/2+1:end,:) = QAM(nCar/2+1:end,:);
fft_out = ifft(fft_in);
tx = [fft_out(end-Ng+1:end,:); fft_out].';
tx = reshape(tx.', 1, Nsym*Nofdm);


sig_awgn = awgn(tx, 10*log10(nCar/Nfft) + SNR, 'measured', 'dB');
out_sig = add_phase_noise(sig_awgn, 300e3, [10 100 1e3 10e3 100e3], [-80 -125 -145 -148 -150], 0);
rx = add_phase_noise(out_sig, 300e3, [10 100 1e3 10e3 100e3], [-80 -125 -145 -148 -150], 0);


for k = 1:Nsym
% Демодуляция OFDM с фазовым шумом
OFDM_rx = rx(1,Ng+(k-1)*Nofdm+1:k*Nofdm);
carier = fft(OFDM_rx);
QAM_rx = [carier(1,1:nCar/2) carier(1,end-nCar/2+1:end)];

OFDM_sig_awgn = sig_awgn(1,Ng+(k-1)*Nofdm+1:k*Nofdm);
carier = fft(OFDM_sig_awgn);
QAM_awgn = [carier(1,1:nCar/2) carier(1,end-nCar/2+1:end)];

OFDM_tx = tx(1,Ng+(k-1)*Nofdm+1:k*Nofdm);
carier = fft(OFDM_tx);
QAM_tx = [carier(1,1:nCar/2) carier(1,end-nCar/2+1:end)];

noise(1,k) = sum(abs(QAM_awgn - QAM_tx).^2);
SNR_awgn(1,k) = 10*log10(sum(abs(QAM_tx).^2)/noise(1,k));

noise(1,k) = sum(abs(QAM_rx - QAM_tx).^2);
SNR_ph(1,k) = 10*log10(sum(abs(QAM_tx).^2)/noise(1,k));
end

SNR = mean(SNR_ph) - mean(SNR_awgn)


CODE
function Sout = add_phase_noise( Sin, Fs, phase_noise_freq, phase_noise_power, VALIDATION_ON )
%
% function Sout = add_phase_noise( Sin, Fs, phase_noise_freq, phase_noise_power, VALIDATION_ON )
%
% Oscillator Phase Noise Model
%
% INPUT:
% Sin - input COMPLEX signal
% Fs - sampling frequency ( in Hz ) of Sin
% phase_noise_freq - frequencies at which SSB Phase Noise is defined (offset from carrier in Hz)
% phase_noise_power - SSB Phase Noise power ( in dBc/Hz )
% VALIDATION_ON - 1 - perform validation, 0 - don't perfrom validation
%
% OUTPUT:
% Sout - output COMPLEX phase noised signal
%
% NOTE:
% Input signal should be complex
%
% EXAMPLE ( How to use add_phase_noise ):
% Assume SSB Phase Noise is specified as follows:
% -------------------------------------------------------
% | Offset From Carrier | Phase Noise |
% -------------------------------------------------------
% | 1 kHz | -84 dBc/Hz |
% | 10 kHz | -100 dBc/Hz |
% | 100 kHz | -96 dBc/Hz |
% | 1 MHz | -109 dBc/Hz |
% | 10 MHz | -122 dBc/Hz |
% -------------------------------------------------------
%
% Assume that we have 10000 samples of complex sinusoid of frequency 3 KHz
% sampled at frequency 40MHz:
%
% Fc = 3e3; % carrier frequency
% Fs = 40e6; % sampling frequency
% t = 0:9999;
% S = exp(j*2*pi*Fc/Fs*t); % complex sinusoid
%
% Then, to produce phase noised signal S1 from the original signal S run follows:
%
% Fs = 40e6;
% phase_noise_freq = [ 1e3, 10e3, 100e3, 1e6, 10e6 ]; % Offset From Carrier
% phase_noise_power = [ -84, -100, -96, -109, -122 ]; % Phase Noise power
% S1 = add_phase_noise( S, Fs, phase_noise_freq, phase_noise_power );

% Version 1.0
% Alex Bur-Guy, October 2005
% alex@wavion.co.il
%
% Revisions:
% Version 1.5 - Comments. Validation.
% Version 1.0 - initial version

% NOTES:
% 1) The presented model is a simple VCO phase noise model based on the following consideration:
% If the output of an oscillator is given as V(t) = V0 * cos( w0*t + phi(t) ),
% then phi(t) is defined as the phase noise. In cases of small noise
% sources (a valid assumption in any usable system), a narrowband modulation approximation can
% be used to express the oscillator output as:
%
% V(t) = V0 * cos( w0*t + phi(t) )
%
% = V0 * [cos(w0*t)*cos(phi(t)) - sin(w0*t)*sin(phi(t)) ]
%
% ~ V0 * [cos(w0*t) - sin(w0*t)*phi(t)]
%
% This shows that phase noise will be mixed with the carrier to produce sidebands around the carrier.
%
%
% 2) In other words, exp(j*x) ~ (1+j*x) for small x
%
% 3) Phase noise = 0 dBc/Hz at freq. offset of 0 Hz
%
% 4) The lowest phase noise level is defined by the input SSB phase noise power at the maximal
% freq. offset from DC. (IT DOES NOT BECOME EQUAL TO ZERO )
%
% The generation process is as follows:
% First of all we interpolate (in log-scale) SSB phase noise power spectrum in M
% equally spaced points (on the interval [0 Fs/2] including bounds ).
%
% After that we calculate required frequency shape of the phase noise by X(m) = sqrt(P(m)*dF(m))
% and after that complement it by the symmetrical negative part of the spectrum.
%
% After that we generate AWGN of power 1 in the freq domain and multiply it sample-by-sample to
% the calculated shape
%
% Finally we perform 2*M-2 points IFFT to such generated noise
% ( See comments inside the code )
%
% 0 dBc/Hz
% \ /
% \ /
% \ /
% \P dBc/Hz /
% .\ /
% . \ /
% . \ /
% . \____________________________________________/ /_ This level is defined by the phase_noise_power at the maximal freq. offset from DC defined in phase_noise_freq
% . \
% |__| _|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__ (N points)
% 0 dF Fs/2 Fs
% DC
%
%
% For some basics about Oscillator phase noise see:
% http://www.circuitsage.com/pll/plldynamics.pdf
%
% http://www.wj.com/pdf/technotes/LO_phase_noise.pdf

if nargin < 5
VALIDATION_ON = 0;
end

% Check Input
error( nargchk(4,5,nargin) );

if ~any( imag(Sin(:)) )
error( 'Input signal should be complex signal' );
end
if max(phase_noise_freq) >= Fs/2
error( 'Maximal frequency offset should be less than Fs/2');
end

% Make sure phase_noise_freq and phase_noise_power are the row vectors
phase_noise_freq = phase_noise_freq(:).';
phase_noise_power = phase_noise_power(:).';
if length( phase_noise_freq ) ~= length( phase_noise_power )
error('phase_noise_freq and phase_noise_power should be of the same length');
end

% Sort phase_noise_freq and phase_noise_power
[phase_noise_freq, indx] = sort( phase_noise_freq );
phase_noise_power = phase_noise_power( indx );

% Add 0 dBc/Hz @ DC
if ~any(phase_noise_freq == 0)
phase_noise_power = [ 0, phase_noise_power ];
phase_noise_freq = [0, phase_noise_freq];
end

% Calculate input length
N = prod( size( Sin ) );

% Define M number of points (frequency resolution) in the positive spectrum
% (M equally spaced points on the interval [0 Fs/2] including bounds),
% then the number of points in the negative spectrum will be M-2
% ( interval (Fs/2, Fs) not including bounds )
%
% The total number of points in the frequency domain will be 2*M-2, and if we want
% to get the same length as the input signal, then
% 2*M-2 = N
% M-1 = N/2
% M = N/2 + 1
%
% So, if N is even then M = N/2 + 1, and if N is odd we will take M = (N+1)/2 + 1
%
if rem(N,2), % N odd
M = (N+1)/2 + 1;
else
M = N/2 + 1;
end


% Equally spaced partitioning of the half spectrum
F = linspace( 0, Fs/2, M ); % Freq. Grid
dF = [diff(F) F(end)-F(end-1)]; % Delta F


% Perform interpolation of phase_noise_power in log-scale
intrvlNum = length( phase_noise_freq );
logP = zeros( 1, M );
for intrvlIndex = 1 : intrvlNum,
leftBound = phase_noise_freq(intrvlIndex);
t1 = phase_noise_power(intrvlIndex);
if intrvlIndex == intrvlNum
rightBound = Fs/2;
t2 = phase_noise_power(end);
inside = find( F>=leftBound & F<=rightBound );
else
rightBound = phase_noise_freq(intrvlIndex+1);
t2 = phase_noise_power(intrvlIndex+1);
inside = find( F>=leftBound & F<rightBound );
end
logP( inside ) = ...
t1 + ( log10( F(inside) + realmin) - log10(leftBound+ realmin) ) / ( log10( rightBound + realmin) - log10( leftBound + realmin) ) * (t2-t1);
end
P = 10.^(real(logP)/10); % Interpolated P ( half spectrum [0 Fs/2] ) [ dBc/Hz ]

% Now we will generate AWGN of power 1 in frequency domain and shape it by the desired shape
% as follows:
%
% At the frequency offset F(m) from DC we want to get power Ptag(m) such that P(m) = Ptag/dF(m),
% that is we have to choose X(m) = sqrt( P(m)*dF(m) );
%
% Due to the normalization factors of FFT and IFFT defined as follows:
% For length K input vector x, the DFT is a length K vector X,
% with elements
% K
% X(k) = sum x(n)*exp(-j*2*pi*(k-1)*(n-1)/K), 1 <= k <= K.
% n=1
% The inverse DFT (computed by IFFT) is given by
% K
% x(n) = (1/K) sum X(k)*exp( j*2*pi*(k-1)*(n-1)/K), 1 <= n <= K.
% k=1
%
% we have to compensate normalization factor (1/K) multiplying X(k) by K.
% In our case K = 2*M-2.

% Generate AWGN of power 1

if ~VALIDATION_ON
awgn_P1 = ( sqrt(0.5)*(randn(1, M) +1j*randn(1, M)) );
else
awgn_P1 = ( sqrt(0.5)*(ones(1, M) +1j*ones(1, M)) );
end

% Shape the noise on the positive spectrum [0, Fs/2] including bounds ( M points )
X = M * sqrt( dF .* P ) .* awgn_P1; %(2*M-2)

% Complete symmetrical negative spectrum (Fs/2, Fs) not including bounds (M-2 points)
X( M + (1:M-2) ) = fliplr( conj(X(2:end-1)) );

% Remove DC
X(1) = 0;

% Perform IFFT
x = ifft( X );

% Calculate phase noise
phase_noise = exp( j * real(x(1:N)) );

% Add phase noise
if ~VALIDATION_ON
Sout = Sin .* reshape( phase_noise, size(Sin) );
else
Sout = 'VALIDATION IS ON';
end

if VALIDATION_ON
figure;
plot( phase_noise_freq, phase_noise_power, 'o-' ); % Input SSB phase noise power
hold on;
grid on;
plot( F, 10*log10(P),'r*-'); % Input SSB phase noise power
X1 = fft( phase_noise );
plot( F, 10*log10( ( (abs(X1(1:M))/max(abs(X1(1:M)))).^2 ) ./ dF(1) ), 'ks-' );% generated phase noise exp(j*x)
X2 = fft( 1 + j*real(x(1:N)) );
plot( F, 10*log10( ( (abs(X2(1:M))/max(abs(X2(1:M)))).^2 ) ./ dF(1) ), 'm>-' ); % approximation ( 1+j*x )
xlabel('Frequency [Hz]');
ylabel('dBc/Hz');
legend( ...
'Input SSB phase noise power', ...
'Interpolated SSB phase noise power', ...
'Positive spectrum of the generated phase noise exp(j*x)', ...
'Positive spectrum of the approximation ( 1+j*x )' ...
);
end
KalashKS
Похоже на правду. Но поворот созвездия нужно скомпенсировать и выделить в отдельный параметр.
Ivan55
Доброго дня всем!

Возможно щас глупость спрошу, но мучает один вопрос, есть приемник с двумя ПЧ (двумя преобразованиями) на первую ПЧ генератор формирует сигнал с уровнем фазовых шумов -50 дБн на вторую генератор формирует сигнал с уровнем фазовых шумов -70 дБн... Какой уровень фазовых шумов получится в итоге?
Ivan55
Можно еще так вопрос задать biggrin.gif есть структурная схема приемного тракта, как на него рассчитать уровень фазовых шумов?
может есть книжки? статьи? что нибудь? или кто нить знает как правильно рассчитать?
Ivan55
Цитата(Ivan55 @ Aug 17 2016, 12:13) *
Можно еще так вопрос задать biggrin.gif есть структурная схема приемного тракта, как на него рассчитать уровень фазовых шумов?
может есть книжки? статьи? что нибудь? или кто нить знает как правильно рассчитать?

Разобрался)
Ivan55
И снова здравствуйте!)

есть такой вопрос

в книжке Mohamed K. Nezami "RF Architectures and Digital Signal Processing Aspects of Digital Wireless Transceivers" в разделе 10 на стр.21 приведена
формула ухудшения ОСШ в зависимости от фазового шума и приведены графики для различных ОСШ
формула какая то такая:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
и картинка уже рассчитанная мной по этой формуле вот:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Глядя на картинку для исходного ОСШ сигнала равного 20 дБ видим, что ухудшение будет в 1 дБ при fph/df = 10^-3
df судя по описанию в книге это расстояние между поднесущими, пусть это будет к примеру 50 Гц
получается ширина полосы фазового шума fph = df*10^-3 = 50*10^-3 т.е. для генератора 30 МГц это стабильность где-то 10^-9 требуется
я же правильно все посчитал? Но на практике то это не так, теория приведенная в литературе вводит нас в заблуждение, или я что то упустил?
много литературы посвящено проблеме фазовых шумов их моделированию и т.п. но проблемы то нет, как мы выяснили ранее... Да у реальных генераторов уровень фазовых шумов на несущей -60 дБ и ниже(поэтому они не могут так существенно ухудшать ОСШ т.к. находятся глубоко под шумами) и при ширине фазового шума fph=50*10^-3 ну никак не получится ухудшение в 1дБ, и тогда возникает следующий вопрос фазовый шум и нестабильность частоты это ведь одно и тоже? Тогда если взять модель генератора которая имеет профиль с 0дБ на несущей с шириной 50*10^-3Гц и далее по -20дб на декаду, то мы будем иметь что то типо дрожания(нестабильности) частоты которая известна на практике.
Тогда почему в той же книге Nezami формула ухудшения для частотного сдвига отличается от формулы приведенной для фазовых:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Много непонятных моментов которые я не могу уложить у себя в голове, вернее ничего непонятно
мне кажется формула ухудшения ОСШ в зависимости от фазовых шумов не верна из за того что не учитывает уровень фазовых шумов, на практике большее вилияние оказывает доплер и нестабильность частоты генератора, проблемы фазы я не вижу... но в теории она почему то раздута
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Invision Power Board © 2001-2025 Invision Power Services, Inc.