ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 45
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Цель дипломной работы заключается в проектировании универсального радиоканала передачи информации.
Для реализации цели необходимо выполнить ряд задач, а именно:
- провести обзор известных технических решений, проанализировать состояние вопроса;
- выбрать, обосновать и рассчитать основные узлы устройства;
- осуществить моделирование усилителя радиочастоты.
Предметом исследования дипломной работы является процесс передачи информации по радиоканалу.
Объектом исследования дипломной работы является устройство, принимающее и передающее данные по радиоканалу.
Структура дипломной работы состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы.
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АЦП – аналогово-цифровой преобразователь;
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика
ИС – интегральная схема
ИП – источник питания
Мод. – модулятор
ПП – печатная плата
ПЧ – преобразователь частоты
УКВ – ультракороткие вольны
УР – устройство регулировки
УРЧ – усилитель радиочастоты
ФСИ – фильтром сосредоточенной избирательности
ФЧХ – фазочастотная характеристика
ЧД – частотный детектор
ЧМ – частотный модулятор
1 ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ, АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1 Обзор способов кодирования - декодирования информации
В настоящее время, когда люди общаются между собой, они используют неформальный язык. Однако, когда встает вопрос передачи данных внутри деловой сферы или же между машинными (вычислительными) устройствами, целесообразно использовать формализованные правила, управляющие информационными каналами связи. Сейчас практически в любой сфере деятельности человека используются вычислительные системы, где техника не может понять язык людей без специальной обработки – кодирования и декодирования данных.
Для лучшего понимания процесса проектирования устройства, предназначенного для создания помехоустойчивого радиоканала на фиксированной частоте, передачи по нему информации и ее обработки целесообразно проанализировать известные технические решения, а также общее состояние вопроса.
Сперва необходимо изучить методы исполнения кодирования-декодирования информации. Целесообразно исследовать способы модуляции-демодуляции сигнала, которые актуальны в настоящее время.
В модемах применяется разновидность модуляции, своеобразная «манипуляция», в случае которой определенные модулируемые характеристики способны иметь исключительно фиксированные величины из установленного набора.
Модуляция дает возможность согласовать спектр транслируемого информационного сигнала с полосой пропускания телефонного или радиоканала. При небольшой скорости передачи (менее 1200 бит/с) в модемах применяется частотная модуляция, которую проще всего осуществить на подобных скоростях. При средней скорости передачи (1200-4800 бит/с) применяется дифференциальная разностная модуляция с количеством вероятных изменений фазовых положений от 2 (1200 бит/с) до 8 (4800 бит/с). В последнем случае реализуется фазовая модуляция. Передаваемые показатели цифровой информации находятся в приращениях фазы между текущим и предыдущим компонентом модулированного сигнала. При существенных скоростях передачи (более 4800 бит/с) и при использовании коммутируемых каналов с частотным разделением направлений передачи от 2400 бит/с применяется комбинированная амплитудно-фазовая модуляция. В случае использования данного вида модуляции цифровая информация имеется как в значении амплитуды, так и в приращениях фазы несущей частоты. При амплитудно-фазовой и многопозиционной фазовой модуляциях число вероятных позиций модулированного сигнала (или число сигнальных векторов) более двух. В такой ситуации один элемент модулированного сигнала имеет несколько бит цифровой информации (данное число эквивалентно двоичному логарифму от числа вероятных векторов модулированного сигнала).
Далее рассмотрим пример фазовой модуляции.
В случае применения относительной фазовой модуляции, т.е. такой модуляции, когда фаза несущей может принимать исключительно фиксированные значения из возможных значений, а информация заносится в изменения фазы несущего колебания. При определенном выше наборе вероятных фаз каждому изменению фазы соотнесено установленное значение двух последовательных битов информации. Фазовая манипуляция принадлежит к двухполосным методам модуляции, т.е. спектр модулированного сигнала размещается симметрично относительно текущей частоты, а ширина спектра в Гц на уровне половины от его показателя на несущей частоте эквивалентна модуляционной линейной скорости, определенной в Бодах [3]. В основном в модемах применяются следующие формы фазовой манипуляции, как относительная (скорость 1200 бит/с, 2 положения фазы), четырехпозиционная (2400 бит/с, 4 положения фазы) и восьмипозиционная (4800 бит/с, 8 положений фазы). Последующее наращивание числа позиция для ускорения ведет к быстрому снижению помехоустойчивости, ввиду чего на более существенных скоростях используются комбинированные амплитудно-фазовые методы модуляции.
При амплитудно-фазовой модуляции для увеличения пропускной способности применяется одновременная модуляция двух характеристик несущего колебания: амплитуды и фазы. Любой вероятный компонент модулированного сигнала (вектор сигнала или точка сигнального пространства) имеет определенные показатели амплитуды и фазы.
Для последующего ускорения передачи число «точек» пространства модулированного сигнала растет в число раз, которые кратно 2. Сейчас в модемах применяются методы подобной модуляции с числом вероятных позиций сигнала до 256. Это свидетельствует о том, что скорость трансляции информации быстрее модуляционной линейной скорости до семи раз.
Для реализация наилучшей помехоустойчивости точки сигнального пространства располагаются на одинаковом расстоянии с огибающей всех точек в виде квадраты, восьмиугольника и т.д. Рост количества позиций сигнала ведет к резкому уменьшению помехоустойчивости приема.
Спектральные характеристики сигналов с частотной модуляцией позволяют несложно реализовать модемы до скоростей 1200 бит/с.
Модуляция с наименьшим сдвигом (MSK) – продолжение частотной модуляции; в данном случае разность частот «1» и «0» по модулю всегда эквивалентна 1/2 скорости трансляции информации. Например, индекс модуляции m=0,5 рассчитывается так:
Так, если скорость передачи данных равна 1200 бит/с, то частота «1» - 1200 Гц, а частота «0» - 1800 Гц (рис. 1.1).
Рисунок 1.1 а) цифровые данные b) MSK-сигнал
Рисунок 1.2 MSK-модулятор
В стандарте GSM используется спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция с наименьшим частотным сдвигом (GMSK). Манипуляция именуется подобным образом ввиду того, что последовательность информационных бит до модулятора идет сквозь фильтр нижних частот (ФНЧ) с характеристикой Гаусса, что позволяет достигнуть существенного уменьшения полосы частот.
Рисунок 1.3 Структурная схема GMSK-модуляции
Образование подобного радиосигнала реализуется, что на интервале одного информационного бита фаза несущей изменяется на 90°. Это минимально вероятное изменение фазы, идентифицируемое при такой модуляции. Постоянная трансформация фазы синусоидального сигнала позволяет получить частотную модуляцию с дискретным изменением частоты. Использование фильтра Гаусса дает возможность при таком изменении получить «гладкие» переходы. В стандарте GSM используется такая модуляция с показателем нормированной полосы ВТ - 0,3, где В - ширина полосы фильтра по уровню -3 дБ, Т - продолжительность 1 бита цифрового сообщения.
Данная модуляция обладает спецификой, более предпочтительной для подвижной связи, а именно:
• непрерывная по уровню огибающая, дающая возможность применять качественное передающее оборудование с усилителями мощности в режиме класса С;
• компактный спектр на выходе усилителя мощности транслирующего устройства, реализующий невысокий уровень внеполосного излучения;
• качественные показатели помехоустойчивости канала связи [5].
Вместе с применением аналоговых модуляций есть возможность применять импульсные методы модуляции, например, амплитудно-импульсную модуляцию, что дает возможность оптимизировать энергетические параметры процесса передачи в целом, если принять во внимание то, что длительность излучаемого импульса может быть невелика, если сравнить ее с периодом несущей. Импульсные методы модуляции базируются на процессе дискретизации транслируемого аналогового сигнала, т.е. применении последовательности выборок аналогового сигнала, взятых периодически с частотой дискретизации f
д. Она определяется, исходя из возможности дальнейшего восстановления аналогового сигнала без искажений из дискретизированного сигнала при помощи фильтра нижних частот.
Дальнейшим этапом является квантование амплитуд импульсных выборок - процесс установления для каждой выборки равного ей численного значения. Дискретизация и квантование устанавливают процессы, реализуют при импульсно-кодовой модуляции. Они дают возможность перейти от аналогового отражения речевого сигнала к цифровому.
Численная величина каждой выборки в данной схеме может быть закодирована в форме 7-8 битного двоичного кода. Подобное кодирование позволяет транслировать 128-256 дискретных уровней амплитуды речевого сигнала, реализуя эффективную трансляцию речи формально с динамическим диапазоном около 42-48 дБ. Принимая во внимание, что выборки должны транслироваться последовательно, формируется двоичный цифровой поток со скоростью 56 кбит/с при 7-битном кодировании или 64 кбит/с при 8-битном кодировании.
Применение ИКМ как способа передачи данных дает следующие возможности.
Для систем цифровой телефонии – устранить недочеты, свойственные аналоговым методам передачи, а именно:
• устранить значительное затухание сигнала и его трансформацию в сеансе связи и от сеанса к сеансу;
• устранить посторонние шумы;
• оптимизировать разборчивость речи и повысить ее динамический диапазон.
Далее рассмотрим перспективные способы модуляции.
В широкополосных сигналах, возникающих ввиду мультиплексирования нескольких широкополосных сигналов с ортогональным кодовым уплотнением (OCDM), применяется единовременно несколько широкополосных каналов на одинаковой частоте. Каналы делятся ввиду использования ортогональных PN-кодов. По сути единовременно транслируются 16 каналов с 16-чиповыми ортогональными кодами. В каждом из них используется BPSK, далее каналы складываются аналоговым методом. Ввиду их суммирования появляется достаточно существенная паразитная аналоговая модуляция, что подразумевает применение линейного усилителя мощности и является источником излишнего потребления энергии.
Рисунок 1.4 Схема OCDM модуляции, где Data Mux - мультиплексор входной информации; BPSK - блок фазовой модуляции; Spread - блок расширения спектра методом прямой последовательности; Sum - выходной сумматор