Генератор белого шума

Системи зашумлення безперервної дії інтелектуальні системи зашумлення безперервної дії працюють в постійному режимі і зашумлять строго визначений діапазон частот.

Інтелектуальні знаходяться  в режимі очікування і включаються  при спробі з'єднання з базовою  станцією, придушення йде по конкретному каналу.

Також системи придушення стільникового зв'язку можна розділити  за способом постановки перешкоди: на приймальний канал телефону, на передавальний  канал телефону. Другий варіант використовується рідко, це пов'язано зі складністю реалізації системи.

Алгоритм придушення стільникового зв'язку по приймальному каналу телефону зводиться до того, що пристрій придушення формує сигнал з рівномірною характеристикою по частоті, в результаті на вхід мобільного телефону крім сигналу від базової станції надходить сигнал перешкоди з більш високим рівнем, у результаті різко погіршується співвідношення сигнал \ шум , що перешкоджає встановленню зв'язку між мобільним телефоном і базовою станцією. [13]

Генератор аналогових сигналів створює цифрові сигнали вибору діапазону і піддіапазону роботи високочастотного модуля. На рівні з цифровими сигналами, генератор аналогових сигналів виробляє пилкоподібний сигнал для лінійної перебудови несучої частоти високочастотним модулем і синусоїдальний сигнал, який після проходження через елемент з нелінійною вольт-амперної характеристикою стане шумоподібним. VD - діод, елемент з нелінійною вольт-амперної характеристикою, служить для отримання шумоподобного сигналу з синусоїдальної. ФЗС - фільтр зосередженої селекції, служить для обмеження максимальної смуги зашумлення. Підсилювачі потужності служать для збільшення амплітуди вихідного сигналу, отриманого з підсилювача потужності, і узгодження вихідних активного і реактивного опорів високочастотного модуля з активним і реактивним опорами антенних систем.

 

8.1 Розробка  схеми електричної принципової  генератора зашумлення мереж  стільникового зв'язку

Зведемо інформацію з  пункту «Огляд стандартів стільникового  зв'язку» в таблицю і розрахуємо необхідну смугу зашумлення в  кожному частотному інтервалі.

Таблиця 8.1 Зведена таблиця  використання радіочастот сучасними  стандартами стільникового зв'язку

Стандарт сотового зв'язку	Границі диапазонів, МГц		Необхідна смуга зашумлення, МГц
	нижня	верхня
NMT – 450	452	468	16
CDMA – 450	462	468	6
GSM – 900	890	960	70
GSM – 1800	1710	1785	75
GSM - 1900	1850	1910	60

 

Як випливає з таблиці 8.1 мережі стільникового зв'язку займають досить невеликі смуги частот в чотирьох рознесених діапазонах, отже, повне  зашумление всього радіодіапазону не потрібно. Найбільш доцільно сформувати шумовий сигнал обмеженої смуги і змінно переносити його в необхідні діапазони зашумлення мереж стільникового зв'язку. Більш того, кожен з цікавлять піддіапазонів можна перекрити шумовим сигналом не одночасно у всьому частотному інтервалі, а послідовно, максимально швидко перебудовуючи частоту.

Аналізуючи готові рішення, зокрема прилад RNR-03, пропонується наступна схема електрична структурна, наведена на малюнку 8.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис..1 Схема електрична структурна генератора зашумлення мереж стільникового зв'язку.

 

Генератор аналогових сигналів створює цифрові сигнали вибору діапазону і піддіапазону роботи високочастотного модуля. На рівні  з цифровими сигналами, генератор  аналогових сигналів виробляє пилкоподібний  сигнал для лінійної перебудови несучої  частоти високочастотним модулем і синусоїдальний сигнал, який після проходження через елемент з нелінійною вольт-амперною арактеристикою стане шумоподібним. VD - діод, елемент з нелінійною вольт-амперною характеристикою, служить для отримання шумоподобного сигналу з синусоїдального. ФСС - фільтр зосередженої селекції, служить для обмеження максимальної смуги зашумлення. Підсилювачі потужності служать для збільшення амплітуди вихідного сигналу, отриманого з підсилювача потужності, і узгодження вихідних активного і реактивного опорів високочастотного модуля з активним і реактивним опорами антенних систем. 

 

 

8.2 Розробка  генератора аналогових сигналів

 

В якості генератора аналогових сигналів пропонується використовувати  мікроконтролер PIC16F628 виробництва Microchip. Застосування мікроконтролера в генераторі зашумлення мереж стільникового зв'язку дозволяє зменшити кількість радіокомпонентів в пристрої і поєднати в одному модулі функції генераторів пилкоподібних і синусоїдальних сигналів, а також сигналів зміни діапазонів та піддіапазонів. На малюнку 8.2 приведена одна з типових схем включення даного мікроконтролера, рекомендована виробником. Дане рішення відрізняється від аналогових схем генераторів простотою реалізації, високою стабільністю роботи і головне - можливістю зміни режимів і параметрів роботи шляхом зміни мікропрограми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Малюнок 8.2 Схема електрична принципова генератора аналогових сигналів на мікроконтролері.

Мікроконтролер формує на виходах RB4 і RB5 ШІМ сигнал за заданою програмою. Минулий через відповідні інтегруючі ланцюги сигнал набуває форму, необхідну для подальших перетворень. З виходів RB6 і RB7 будуть зняті сигнали зміни діапазонів та піддіапазонів високочастотним модулем.

ШІМ в поєднанні з аналоговим фільтром може використовуватися для генерації аналогових вихідних сигналів, тобто в якості цифро-аналогового перетворювача (ЦАП). В якості основи використовується послідовність прямокутних імпульсів з постійним періодом проходження (фіксована частота перетворення). Для генерації різних аналогових рівнів регулюється заповнення імпульсів і, таким чином, змінюється тривалість імпульсів. Якщо необхідно сформувати високий аналоговий рівень, то тривалість імпульсу збільшують і навпаки.

Усереднення аналогового  сигналу за один період (за допомогою аналогового фільтра) дозволяє згенерувати аналоговий сигнал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8.3 Осцилограми  сигналів на виходах мікроконтролера (контрольні точки A, C) і виходах інтегруючих  ланцюгів (контрольні точки B, D) в пакеті  Electronics Workbench

 

Діоди
HER203	2	1.5	3
Конденсатори
К10-17Б	25	1,2	30
К50-35	4	8	32
Резисторы
МЛТ - 0.125	4	1	4
Варістори
S14K40	3	4	12

 

Фільтри, використовувані  для відновлення сигналів, показані вище на малюнку 8.2. Фільтри для змінних сигналів являють собою прості двополюсні каскади RC-ланок. Цей вибір обумовлений простотою реалізації і небажанністю використання активних елементів в приладах з низьким енергоспоживанням. Однак, при цьому вимагається більш висока частота дискретизації, ніж при використанні фільтрів більш високого порядку. Для фільтрів, показаних на рис. 3 рекомендується передискретизація для ЦАП не менше, ніж 16x.

Частота зрізу фільтра  обчислюється таким чином:

 

                                                   (8.1)

 

де    R1C1 = R2C2 = RC

 

Найкращі характеристики фільтра виходять при R2>>R1. Крім цього, вибір частоти зрізу, занадто  близькою до межі смуги сигналу, призведе до істотного послаблення. Для зменшення  такого ослаблення, що вноситься фільтром, слід вибирати частоту зрізу вище межі смуги сигналу, але набагато нижче частоти ШІМ-сигналу.

Якщо аналоговий сигнал надходить до низькоомних входів, то між виходом фільтра і навантаженням повинен бути включений буферний підсилювач. Це запобігає навантаженню конденсатора і поява пульсуючої напруги.

Для отримання рівномірного шумоподобного сигналу з сигналу  синусоїдальної форми можливе застосування елементу з нелінійною вольт-амперної характеристикою. Найбільш простим і зручним рішенням є застосування діода.

Малюнок 8.4 Схема електрична принципова двоканального операційного підсилювача з нелінійним елементом.

 

Малюнок 8.5 Спектрограма «Білого шуму» в контрольній  точці «Е»

 

Діод VD, будучи елементом  з нелінійної вольт-амперної характеристикою, перетворює сигнал синусоїдальної форми в сигнал з шумовим спектром. Конденсатор C відфільтровує постійну складову шумового сигналу.

 

 

PIC16F628A - Основные  характеристики

Характеристика RISC ядра:

Тактовая частота  от DC до 20МГц 

Поддержка прерываний 8-уровневый аппаратный стек

Прямая, косвенная  и относительная адресация 35 однословных  команд

- все команды  выполняются за один машинный  цикл, кроме команд ветвления  и условия с истинным результатом

Особенности микроконтроллеров:

Внешний и внутренний режимы тактового генератора

- Прецизионный  внутренний генератор 4МГц, нестабильность +/- 1%

- Энергосберегающий  внутренний генератор 37кГц

- Режим внешнего  генератора для подключения кварцевого  или керамического резонатора

Режим энергосбережения SLEEP

Программируемые подтягивающие резисторы на входах PORTB

Сторожевой таймер WDT с отдельным генератором 

Режим низковольтного программирования

Программирование  на плате через последовательный порт (ICSP) (с использованием двух выводов)

Защита кода программы 

Сброс по снижению напряжения питания BOR

Сброс по включению  питания POR

Таймер включения  питания PWRT и таймер запуска генератора OST

Широкий диапазон напряжения питания от 2.0В до 5.5В 

Промышленный  и расширенный температурный  диапазон

Высокая выносливость ячеек FLASH/EEPROM

- 100 000 циклов  стирания /записи FLASH памяти программ

- 1 000 000 циклов  стирания /записи EEPROM памяти данных

- Период хранения  данных FLASH/EEPROM памяти > 100 лет 

Характеристики  пониженного энергопотребления:

Режим энергосбережения:

- 100нА @ 2.0В (тип.)

Режимы работы:

- 12мкА @ 32кГц, 2.0В (тип.)

- 120мкА @ 1МГц, 2.0В (тип.)

Генератор таймера TMR1:

- 1.2мкА, 32кГц, 2.0В  (тип.)

Сторожевой таймер:

- 1мкА @ 2.0В  (тип.)

Двухскоростной  внутренний генератор:

- Выбор скорости  старта 4МГц или 37кГц

- Время выхода  из SLEEP режима 3мкс @ 3.0В (тип.)

Периферия:

16 каналов ввода/вывода  с индивидуальными битами направления 

Сильноточные  схемы портов сток/исток, допускающих  непосредственное подключение светодиодов

Модуль аналоговых компараторов:

- Два аналоговых  компаратора

- Внутренний  программируемый источник опорного  напряжения

- Внутренний  или внешний источник опорного  напряжения

- Выходы компараторов  могут быть подключены на выводы  микроконтроллера

TMR0: 8-разрядный  таймер/счетчик с программируемым предделителем

TMR1: 16-разрядный  таймер/счетчик с внешним генератором 

TMR2: 8-разрядный  таймер/счетчик с программируемым  предделителем и постделителем

CCP модуль:

- разрешение  захвата 16 бит

- разрешение  сравнения 16 бит

- 10-разрядный  ШИМ

Адресуемый USART модуль

 

Таблица 2.1 –  Сравнительная характеристика микроконтроллеров PIC16F

PICmicro	Память программ
(слов)	Память данных	Портов I/O	CCP
(ШИМ)	USART	Компар.	Таймеры 8/16 бит
		ОЗУ
(байт)	EEPROM
(байт)
PIC16F627A	1024	224	128		16	1	+	2	2/1
PIC16F628A	2048	224	128	16	1	+	2	2/1
PIC16F648A	4096	256	256	16	1	+	2	2/1