Mô hình hóa tín hiệu ngẫu nhiên bằng phương pháp số

Bài viết trình bày mô hình hóa tín hiệu ngẫu nhiên bằng phương pháp số được ứng dụng trong việc phân tích và xử lý tín hiệu. Các dạng tín hiệu ngẫu nhiên với các tham số đặc trưng thống kê được tạo ra bằng phương pháp số và phương pháp sử dụng trộn và khuếch đại nguồn tín hiệu tạp trắng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hóa tín hiệu ngẫu nhiên bằng phương pháp sốKỹ thuật điều khiển & Điện tửMÔ HÌNH HÓA TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ Nguyễn Thị Nguyên1*, Phạm Tuấn Giáo2, Đỗ Huy Giác2 Tóm tắt: Bài báo trình bày mô hình hóa tín hiệu ngẫu nhiên bằng phương pháp số được ứng dụng trong việc phân tích và xử lý tín hiệu. Các dạng tín hiệu ngẫu nhiên với các tham số đặc trưng thống kê được tạo ra bằng phương pháp số và phương pháp sử dụng trộn và khuếch đại nguồn tín hiệu tạp trắng. Các kết quả nghiên cứu mô hình hóa tín hiệu ngẫu nhiên thu được bằng các phương pháp dựa trên cơ sở nghiên cứu xây dựng bộ tham số đầu vào phù hợp với những đặc trưng cơ bản của tín hiệu cần mô phỏng trên hệ thống máy tính số.Từ khóa: Mô hình hóa tín hiệu ngẫu nhiên, Hệ thống vô tuyến, Phương pháp số. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sự biến đổi khí hậu hiện nay làm cho tín hiệu của radar khí tượng thay đổi với nhữngtham số biến động, để bám sát sự thay đổi đó, việc mô phỏng tín hiệu radar khí tượng cầnphải có những quan điểm, đánh giá khác so với những cấu trúc tín hiệu trước đây. Để tạo ra các dạng tín hiệu ngẫu nhiên với các tham số đặc trưng thống kê mong muốnbằng các phương pháp khác nhau, có thể sử dụng phương pháp tạo các mức tín hiệu tươngtự kết hợp với các bộ biến đổi tương tự - số, số - tương tự. Chúng ta có thể tạo ra tín hiệungẫu nhiên ở dạng số, hoặc tương tự với số lượng mức lượng tử hóa phù hợp với yêu cầuvề độ chính xác đối với từng loại thiết bị theo yêu cầu [1, 3]. Trên cơ sở các công cụ máy tính số, các bộ biến đổi và xử lý số tín hiệu tiến hành môhình hóa tín hiệu cho các hệ thống radar khí tượng như sau: 2. NỘI DUNG2.1. Mô hình hóa tín hiệu có tham số ngẫu nhiên bằng phương pháp số Hình 1. Lưu đồ thực hiện mô hình hóa tín hiệu ngẫu nhiên bằng phương pháp số trên máy tính. Trên cơ sở sử dụng trực tiếp phương pháp số để tạo ra dãy các tín hiệu nhị phân theoquy luật ngẫu nhiên thống kê để đáp ứng yêu cầu với số lượng mức lượng tử hóa có giá trị112 N. T. Nguyên, P. T. Giáo, Đ. H. Giác, “Mô hình hóa tín hiệu … bằng phương pháp số.”Nghiên cứu khoa học công nghệtrung bình bằng 0 còn phương sai của tạp n(nT ) có giá trị chuẩn hóa bằng 1. Tín hiệu x(nT ) có giá trị trung bình khác 0 tại các thời điểm (ti  niT ) , trong trường hợp đó,thông qua tín hiệu x(nT ) nhận được các giá trị phù hợp của tín hiệu tổng hợp s (nT ) . Tứclà dãy các nhóm số nhị phân có số bít của từng nhóm có thể là: 8, 12, 16,... Sau đó, nếucần thiết có thể sử dụng bộ biến đổi số - tương tự để tạo ra tín hiệu ngẫu nhiên liên tục.Lưu đồ thuật toán quá trình tạo tín hiệu bằng phương pháp số chỉ ra trên hình 1 [1]. Trongđó: CT là chương trình, DL là dữ liệu, SL là số liệu, ADC là bộ biến đổi tương tự - số, D-A là số - tương tự, ADC là bộ biến đổi tương tự - số, DLNN là dữ liệu ngẫu nhiên. Để đơn giản cho quá trình tính toán thường giả thiết rằng các tín hiệu, s (nT ) , x(nT ) và n(nT ) có quan hệ giá trị tính theo [1,6]: s (nT )  A(nT ) x(nT )  n(nT ) (1) Căn cứ vào phân tích cấu trúc và đặc tính thống kê của các loại tín hiệu vô tuyến, tiếnhành xây dựng bộ tham số đầu vào phù hợp với những đặc trưng cơ bản như: Sự biến thiênvề biên độ, sai lệch về pha, cũng như dải tần của tín hiệu cần mô phỏng. Trên cơ sở lưu đồthuật toán chỉ ra trên hình 1, với tham số đầu vào được chọn phù hợp, tiến hành xử lý trênhệ thống máy tính số kết quả nhận được như chỉ ra trên bảng 1 và dạng tín hiệu chỉ ra trênhình 2. Bảng 1. Đặt tham số và kết quả tạo tín hiệu ngẫu nhiên dạng xung vuông giá trị cực đại lấy bằng 1,0 mV, DAC 8 bit. TT Giá trị Giá trị Tần số Bít Giá trị nhị Thời gian Biên độ mẫu thay đổi (Mhz) dấu phân (μs) mẫu (mV) 1 18 07 1,0 0 0001.0010 50 ≈ 0,07 2 25 38 1,5 0 0001.1001 50 ≈ 0,100 3 - 13 34 1,5 1 1111.0011 50 ≈ - 0,05 4 21 51 2,0 0 0001.0101 50 ≈ 0,082 5 - 30 118 2,5 1 1110.0010 50 ≈ - 0,12 6 88 18 1,0 0 0101.1000 80 ≈ 0,312 7 70 05 1,0 0 0100.0110 80 ≈ 0,280 8 65 13 1,0 0 0100.0001 80 ≈ 0,260 9 78 06 1,0 0 0100.1110 80 ≈ 0,300 10 84 102 3,0 0 0101.0100 80 ≈ 0,310 11 -18 05 1,0 1 1110.1111 ...