[Из песочницы] Разработка многоканального SDR

clear all; k				= 1.381e-23;	% Joule/K 	- Boltzmann's Constant T0				= 290;			% K			- temperature % Encoding Windows-1251  % 1.    Функциональная схема % 1010          -   Схема защиты входных  каскадов % 1011          -   Преселектор  % 1012          -   Управляемый МШУ (вкл/выкл.) % 1013          -   Фильтр основной селекции  % 1014          -   Управляемый усилитель петли АРУ % 1015          -   Квадратурный смеситель % 1021, 1022    -   Фильтры низкой частоты. % 1031, 1032    -   Низкочастотные усилители % 1041, 1042    -   Фильтры низкой частоты АЦП % 1051, 1052    -   АЦП  % 2.    Системная диаграмма радиотракта для анализа мощности шумов и чувствительности  		Rrf_inp_ohm			= 50;		% Ohm	- 	входной импеданс.  % 2011  -   Преселектор          BWrf_ekv_prf_hz   	= 20.0e6;   % Hz	-	Эквивалентная полоса пропускания преселектора          Lrf_max_prf_db      =  1.0;     % dB 	- 	Максимальный уровень затухания преселектора в рабочей полосе РПУ (insertion loss)          % 2012  -   МШУ  % (для примера взяты параметры Agilent MGA-71543 с учетом реализационных потерь)         Grf_lna_db     	    = 16.0;     % dB 	- 	Коэффициент усиления МШУ          NFrf_lna_db         = 1.0;      % dB		- 	Коэффициент шума МШУ           % 2013  -   Фильтр основной селекции          BWrf_ekv_fms_hz   	=  6.0e6;   % Hz	-	Полоса пропускания фильтра основной селекции          Lrf_max_fms_db      =  4.0;    % dB 	- 	Максимальный уровень затухания фильтра основной селекции в полосе пропускания (insertion loss)          % 2014  -   Усилитель высокой частоты  % (для примера взяты параметры Agilent MGA-71543 с учетом реализационных потерь)         Grf_amp_db      	=  16.0;    % dB 	- 	Коэффициент усиления УВЧ          NFrf_amp_db     	=  1.0;     % dB    - 	Коэффициент шума УВЧ 		 % 2015  -   Квадратурный смеситель % (для примера взяты параметры Analog Devices ADL5387)         Grf_mix_db      	=   4.5;    	% dB 	- 	Коэффициент усиления квадратурного смесителя          NFrf_mix_db     	=  15.0;    	% dB    - 	Коэффициент шума квадратурного смесителя 		IP1dBrf_mix_dbw		=  13.0 - 30.0; % dBW	- 	Input P1dB (IP1dB)  % 3.    Системная диаграмма цифрового приемника для анализа чувствительности и максимально допустимого уровня блокирующего сигнала % 3011	-	Радиотракт % Коэффициент шума радиотракта (db)         NFrf_sys_db = pow2db( ( db2pow(  Lrf_max_prf_db )       ) + ...                                                  ( db2pow( NFrf_lna_db     ) + 1 ) / ( db2pow( -Lrf_max_prf_db )) + ...                               ( db2pow(  Lrf_max_fms_db ) + 1 ) / ( db2pow( -Lrf_max_prf_db ) * db2pow(  Grf_lna_db )) + ...                               ( db2pow( NFrf_amp_db     ) + 1 ) / ( db2pow( -Lrf_max_prf_db ) * db2pow(  Grf_lna_db ) * db2pow( -Lrf_max_fms_db )) + ... 							  ( db2pow( NFrf_mix_db     ) + 1 ) / ( db2pow( -Lrf_max_prf_db ) * db2pow(  Grf_lna_db ) * db2pow( -Lrf_max_fms_db ) * db2pow(  Grf_amp_db )) ...                             );  % Коэффициент усиления радиотракта (dB) 		Grf_sys_db	= ( Grf_lna_db + Grf_amp_db + Grf_mix_db ) - ( Lrf_max_prf_db + Lrf_max_fms_db ); 		 % Полоса сигнала на выходе радиотракта (Hz) 		BWrf_sys_hz = BWrf_ekv_fms_hz;  % 3012	-	Baseband LPF 		Lbb_lpf_db		= 9;		% dB			-	Максимальный уровень затухания Baseband LPF в полосе пропускания (insertion loss) 		 % 3013	-	Baseband УНЧ (LTC6400-14) 		Gbb_opa_db		= 0;		% dB			-	Коэффициент усиления УНЧ 		NFbb_opa_db     = 0;      % dB			-	Коэффициент шума УНЧ	  % Эквивалентный коэффициент усиления УНЧ, состоящего из фильтра и ОУ (dB) 		Gbb_lfa_db		= Gbb_opa_db - Lbb_lpf_db; 		 % Коэффициент шума системы от входа до выхода УНЧ (dB) - практически не поменялся.  		NFbb_sys_db     = pow2db( ( db2pow( NFrf_sys_db         )     ) + ...                                                      ( db2pow( NFbb_opa_db         ) + 1 ) / ( db2pow( Grf_sys_db )) ... 					    		); 							 % Коэффициент усиления системы от входа до выхода УНЧ (dB) 		Gbb_sys_db	    = Grf_sys_db + Gbb_lfa_db;   % Полоса сигнала  в основной полосе (Hz) - не поменялась 		BWbb_sys_hz		= BWrf_sys_hz; 		 % Мощность шума на выходе УНЧ в основной полосе (dBW)		 		PNbb_out_dbw	= pow2db( k * T0 * BWrf_sys_hz ) + NFbb_sys_db + Gbb_sys_db;	  % 3014	-	АЦП  % (для примера взяты параметры 1 канала Linear Technology LTC2271) 		FSadc_hz		= 20.0e6;	% Hz	-	Sampling rate		 		SNadc_fs_db		= 84;		% dB	-	SNR  		NBadc_fs_bits	= 16;		% bits 	-	Full scale bits 		Vadc_fs_v		= 2;		% V		-	Full scale voltage 		Radc_inp_ohm	= 1000;		% Ohm	-	Input ADC resistance	  % Мощность синусоидального сигнала при размахе на полную шкалу для пары АЦП (dBW)			 		PFSadc_inp_dbw	= pow2db( 2.0 * (( Vadc_fs_v * 0.5 * sqrt( 0.5 )) ^ 2 ) / Radc_inp_ohm );   		 % Мощность собственного шума пары АЦП (dBW)			 		PNadc_snr_dbw	= PFSadc_inp_dbw - SNadc_fs_db; 		 % Мощность шума квантования пары АЦП (dBW) 		PNadc_qan_dbw	= PFSadc_inp_dbw - ( NBadc_fs_bits * mag2db( 2 ) + mag2db( sqrt( 6 ) / 2 )); % adding correction factor for sinusoidal signal			 					 % 3015	-	Эквивалентная схема обработки сигнала с ЧМ         SNfm_min_db		= 12.0;		% dB  		- минимальное отношение сигнал-шум для приема голосовых передач в режиме ЧМ 		BWfm_max_hz		= 25.0e3;	% Hz 		- максимальная ширина полосы канала, предназначенного для передачи речи		 		BWfm_min_hz		= 6.25e3;	% Hz 		- минимальная   ширина полосы канала, предназначенного для передачи речи  % Чувствительность радиотракта (dBW) при идеальных АЦП и цифровой обработке канала передачи (минимальная мощность в полосе канала передачи)	 		Pfm_min_dbw		= pow2db( k * T0 * BWfm_max_hz ) + NFbb_sys_db + SNfm_min_db;		 		 % Мощность сигнала на выходе унч при синусоидальном входном сигнале, по уровню равным уровню чувствительности (dBW) 		Pfm_min_bb_sys_dbw 	= Pfm_min_dbw + Gbb_sys_db;		  % Мощность сигнала на входе смесителя. Такой сигнал после прохождения всех последующих каскадов  % на выход АЦП даст размах полной шкалы (dBW) 		PFSmix_inp_dbw = PFSadc_inp_dbw - Gbb_lfa_db - Grf_mix_db;		  % Запас линейного участка передаточной характеристики смесителя (по входу) 		deltaPmix_inp_lin = IP1dBrf_mix_dbw - PFSmix_inp_dbw;  		 

% Разрешение БПФ равно минимальной полосе канала  Nfft = 2 * (( FSadc_hz / 2 ) / BWfm_min_hz );  Nsmp = Nfft;  tmp_fft_buf = zeros( 1, Nfft ); tmp_acc_buf = zeros( 1, Nfft ); tmp_smp_buf = zeros( 1, Nsmp );  max_acc = 30;  for acc = 1:max_acc % Принимаемый сигнал 1  % на входе приемного тракта - сигнал на уровне чувствительности приемного тракта % на входе АЦП - сигнал прошедший все каскады преобразования и усиления    PS1 = db2pow( Pfm_min_bb_sys_dbw );   WS1 = 25.0e3;   FS1 =  1.0e6;      Fstart = FS1;   Fstop  = Fstart + WS1 - BWfm_min_hz;   Pstep  = PS1 / ( WS1 / BWfm_min_hz );    PS1_smp_buf = zeros( 1, Nsmp );      for f = Fstart:BWfm_min_hz:Fstop       phi_acc = 2.0 * pi * rand( 1 ); % random phase       phi_stp =       pi * ( f / ( FSadc_hz / 2 ));              for k = 1:Nsmp           PS1_smp_buf( k ) = PS1_smp_buf( k ) + sqrt( Pstep ) * exp( j * phi_acc );           phi_acc = phi_acc + phi_stp;                      if( phi_acc > (  2.0 * pi ))               phi_acc = phi_acc - 2.0 * pi;           else               if( phi_acc < ( -2.0 * pi ))                   phi_acc = phi_acc + 2.0 * pi;               end           end       end   end  % Принимаемый сигнал 2  % на входе приемного тракта - сигнал по уровню близок блокировке приемного тракта % на входе АЦП - сигнал прошедший все каскады преобразования и усиления    PS2 = db2pow( PFSadc_inp_dbw - 1.0 ); % -1 dB back off    WS2 = 25.0e3;   FS2 = -2.0e6;      Fstart = FS2;   Fstop  = Fstart + WS2 - BWfm_min_hz;   Pstep  = PS2;    PS2_smp_buf = zeros( 1, Nsmp );      for f = Fstart:BWfm_min_hz:Fstop       phi_acc = 2.0 * pi * rand( 1 ); % random phase       phi_stp =       pi * ( f / ( FSadc_hz / 2 ));              for k = 1:Nsmp           PS2_smp_buf( k ) = PS2_smp_buf( k ) + sqrt( Pstep ) * exp( j * phi_acc );           phi_acc = phi_acc + phi_stp;                      if( phi_acc > (  2.0 * pi ))               phi_acc = phi_acc - 2.0 * pi;           else               if( phi_acc < ( -2.0 * pi ))                   phi_acc = phi_acc + 2.0 * pi;               end           end       end   end  % Шум на выходе унч основной полосы   PN1 = db2pow( PNbb_out_dbw );   WN1 = BWbb_sys_hz;      Pfull_bw = PN1 * ( FSadc_hz / WN1 );      PN1_smp_buf = sqrt( 0.5 * Pfull_bw ) * complex( randn( 1, Nsmp ), randn( 1, Nsmp ));   tmp_fft_buf = fftshift( fft( PN1_smp_buf ));   tmp_msk_buf = zeros( 1, Nfft );   tmp_msk_buf((( Nfft / 2 ) - (( WN1 / FSadc_hz ) * ( Nfft / 2 )) + 1 ) : (( Nfft / 2 ) + (( WN1 / FSadc_hz ) * ( Nfft / 2 )))) = ...                ones( 1, (( WN1 / FSadc_hz ) * Nfft ));      tmp_fft_buf = tmp_fft_buf .* tmp_msk_buf;   PN1_smp_buf = ifft( fftshift( tmp_fft_buf ));  % Шум аналоговой части АЦП   PN2 = db2pow( PNadc_snr_dbw ) - db2pow( PNadc_qan_dbw );   %PN2 = db2pow( PNadc_snr_dbw );      Pfull_bw = PN2;      PN2_smp_buf = sqrt( 0.5 * Pfull_bw ) * complex( randn( 1, Nsmp ), randn( 1, Nsmp ));  % Ограничитель и квантователь АЦП   QAN_smp_buf = PS1_smp_buf + PS2_smp_buf + PN1_smp_buf + PN2_smp_buf;      QAN_delta = Vadc_fs_v / ( 2 ^ NBadc_fs_bits );      QAN_smp_buf = round( QAN_smp_buf ./ QAN_delta ) .* QAN_delta;      QAN_smp_buf_re = real( QAN_smp_buf );   QAN_smp_buf_re( find( QAN_smp_buf_re > (  Vadc_fs_v / 2.0 ))) =  Vadc_fs_v / 2.0;   QAN_smp_buf_re( find( QAN_smp_buf_re < ( -Vadc_fs_v / 2.0 ))) = -Vadc_fs_v / 2.0;      QAN_smp_buf_im = imag( QAN_smp_buf );   QAN_smp_buf_im( find( QAN_smp_buf_im > (  Vadc_fs_v / 2.0 ))) =  Vadc_fs_v / 2.0;   QAN_smp_buf_im( find( QAN_smp_buf_im < ( -Vadc_fs_v / 2.0 ))) = -Vadc_fs_v / 2.0;      QAN_smp_buf = complex( QAN_smp_buf_re, QAN_smp_buf_im );  % Спектр после ADC    tmp_smp_buf = QAN_smp_buf;   %tmp_smp_buf = PS1_smp_buf + PS2_smp_buf + PN1_smp_buf + PN2_smp_buf;      tmp_fft_buf = fft( tmp_smp_buf ) / Nfft;   tmp_acc_buf = tmp_acc_buf + ( tmp_fft_buf .* conj( tmp_fft_buf )); end    tmp_acc_buf = tmp_acc_buf ./ max_acc;  f = linspace(( -FSadc_hz / 2 ) + BWfm_min_hz, FSadc_hz / 2, Nfft );  plot( f, pow2db( fftshift( tmp_acc_buf )));  xlim( [( -FSadc_hz / 2 ), ( FSadc_hz / 2 )] );  ylim( [-150.0, -20.0] );  title('Power Spectrum') xlabel('Frequency (Hz)') ylabel('P(f) dBW') drawnow;