ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 44
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Широкополосные сигналы, возникающие ввиду мультиплексирования нескольких широкополосных сигналов с ортогональным частотным уплотнением (OFDM), являются одновременной трансляцией на различных несущих частотах сигналов с фазовой модуляцией. Ее достоинством является существенная устойчивость к провалам в спектре, образующихся ввиду многолучевого затухания. Модуляция реализует минимальную интерференцию и спектр, достаточно похожий на спектр «белого шума». Обработка OFDM чаще всего осуществляется с применением быстрого и инверсного преобразования Фурье, что ведет к усложнению схем декодирования по сравнению простейшей формой модуляции [6].
Используется OFDM в настоящее время в системах наземного цифрового ТВ-вещания (DTTV) в диапазонах ОВЧ/УВЧ.
Рисунок 1.5 Схема OFDM-модуляции, где Data mux - мультиплексор входной информации; Channel - частотный канал; BPSK - блок фазовой модуляции; Sum - сумматор частотных каналов
1.2 Сравнительный анализ способов кодирования - декодирования информации
Целесообразно осуществить сравнительный анализ исследованных способов модуляции и выбрать наиболее подходящий.
Сперва необходимо определиться с потребностью в том или ином способе приёма и передачи сигнала. Сигнал передается по радиоканалу. Также требования к высоким скоростям, как и при передаче по телефонной линии не установлены.
Помимо всего прочего, в отличие от телефонной трансляции, в радиоканале не используется дуплексная связь. Учитывая это, целесообразно выбрать самый легкий и популярный способ.
Перспективные способы модуляции (OCDM и OFDM) лучше не использовать, поскольку они функционируют с широкополосными сигналами, а также обладают существенной сложностью реализации. Импульсно-кодовая модуляция также не является эффективной, поскольку ориентирована на использование цифровых линий. Если рассматривать фазовую, амплитудно-фазовую и частотную модуляции, то лучше всего выбрать именно частотную [7]. Она чаще всего применяется при приеме и передаче, не предполагающих каких-либо высоких скоростей, несложна в реализации. Нередко частотная модуляция применяется в судовом телеграфе, а поскольку в данной дипломной работе осуществляется проектирование радиоканала передачи информации, то целесообразно выбрать именно частотную модуляцию.
Таким образом, определяем выбор в пользу частотной модуляции.
1.3 Анализ аппаратной реализации
Аппаратная реализация устройства для создания помехоустойчивого радиоканала на фиксированной частоте, передачи по нему информации и ее обработки информации способна быть различной. Рассмотрим структурную схему данного способа реализации проектируемого устройства, применяющего частотную модуляцию.
Рисунок 1.6 Структурная схема передатчика
Рисунок 1.7 Структурная схема приёмника
При передаче с компьютера цифрового кода генераторы G1 и G2 заполняют сигнал синусоидами с различными частотами, соответствующими «1» и «0», т.е. изначальный сигнал модулируется.
При приёме полосовые фильтры Ф1 и Ф2, ориентированные на полосы частот «1» и «0», образуют определенный цифровой код , крутые фронты которого возникают благодаря пороговым элеменам ПЭ1 и ПЭ2. Далее осуществляется определение полученного кода и дальнейшая его трансляция в компьютер.
Далее проанализируем блок-схему устройства кодирования-декодирования данных.
Сейчас популярными являются соответствующие устройства с применением цифровых сигнальных процессоров.
Целесообразно в данном разделе рассмотреть техническое решение компании Analog Devices - устройство SHARC EZ-Kit. Оно представляет собой универсальный комплекс по выполнению разнообразных задач обработки сигналов, включая решение задач кодирования и декодирования данных. На рис. 1.8 отображена блок-схема SHARC EZ-Kit.
Рисунок 1.8 Блок-схема комплекса SHARC EZ-Kit
Есть немало устройств, похожих на рассматриваемое, отличающихся типом DSP, кодека, элементной базой и пр., но принцип у них общий - это универсальность. Базовый алгоритм функционирования устройства реализуется программным образом без какой-либо интеграции в аппаратную часть.
Подобный комплекс включает компактную демонстрационную плату на базе процессора ADSP-21061, функционирующего на тактовой частоте 160 МГц. Помимо процессора плата имеет 16-битный звуковой стереокодек AD1847, контроллер интерфейса RS-232 и микросхему EPROM. Внешние порты и разнообразные управляющие процессорные сигналы, не примененные непосредственно на плате
, выведены на контакты разъемов расширения [8]. Следовательно, плата может применяться как прототип устройства, если подключить ее к соответствующим внешним модулям. Для эффективной отладки на плате присутствуют 3 кнопки — сброс, прерывание, флаг и 4 обособленно управляемых светодиода. Кодек взаимодействует с процессором при помощи одного из последовательных портов, второй порт находится в свободном режиме. Есть также JTEG-порт, необходимый для интеграции переходника внутрисхемного эмулятора EZ-ICE. Сам эмулятор приобретается отдельно.
Подобные устройства являются достаточно дорогими, но там, где необходима высокая точность и оперативность функционирования, они себя окупают. В случае использования радиоканала целесообразно не экономить на оборудовании, поскольку необходимо минимизировать потери данных при передаче информации между объектами.
1.4 Сравнительный анализ способов аппаратной реализации
В процессе анализа аппаратной реализации было рассмотрено два способа: без применения цифрового сигнального процессора и с его использованием.
Поскольку проектируемое устройство предназначено для создания помехоустойчивого радиоканала на фиксированной частоте, передачи по нему информации и ее обработки, то оно обязано иметь существенный уровень точности, надежности и оперативности функционирования. Все это можно реализовать исключительно с применением развитых процессоров цифровой сигнальной обработки.
2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
Структурную схему устройства для создания помехоустойчивого радиоканала на фиксированной частоте, передачи по нему информации и ее обработки разработаем из ключевых функциональных блоков, включенных в устройство. Далее осуществим описание выбранной структурной схемы.
Рисунок 2.1 Структурная схема устройства
Устройство работает следующим образом: в центральном сигнальном процессоре закладывается память программ, хранимая в энергозависимом режиме. С аналогового входа через кодек данные поступают в центральный сигнальный процессор. Вместе с тем, через кодек данные идут на выход, также аналоговый. После центрального сигнального процессора данные при обрабатываются с помощью драйвера RS-232 и поступают на ЭВМ для вывода на мониторе. Далее более подробно рассмотрим каждый компонент структурной схемы.
Аналоговый вход
На вход устройства поступает принятый по радиоканалу сигнал. После поступления на вход устройства сигнал идет в аналогово-цифровой кодер-декодер (кодек).
Кодек
Миновав фильтр, низких частот сигнал приходит на кодер-декодер.
Кодек - это чип с существенной скоростью, с интегрированными аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразователями, последовательным портом, программируемым интервальным таймером, регистрами и пр.
Кодек обладает установленной разрядностью цифровых данных, транслируемых по его последовательному порту. Разрядность обязана равняться разрядности DSP, а частота дискретизации по теореме Котельникова обязана вдвое превышать частоту сигнала [9].
Поскольку используется частотная модуляция и частота «1» = 1615 Гц и «0» = 1785 Гц, то целесообразно использовать 16-ти разрядный кодек с частотой дискретизации 8 кГц.
Далее необходимо рассмотреть принципы АЦП и ЦАП преобразования, применяющихся в кодеке.
Физические сигналы представляют собой непрерывные временные функции. Для трансформации непрерывного (аналогового) сигнала в цифровую форму применяются АЦП. Ход подобного преобразования сигнала чаще всего выражают в форме последовательности 3 действий: дискретизации, квантования и кодирования. Но если принимать во внимание терминологию, принятую в источникам литературы по системам цифровой связи, то дискретизация эквивалентна модуляции сигнала, а квантование является одним из способов кодирования. Ввиду этого процедуру аналого-цифрового преобразования сигнала можно выразить в последовательной форме модуляции и кодирования.
Дискретизация состоит в установлении выборки временных моментов измерения сигнала. Квантование заключается в считывании показателей координаты сигнала в установленные моменты измерения с определенной степенью точности, а кодирование заключается в преобразовании соответствующих измерений сигнала в соотнесенные показатели определенного цифрового кода или кодовой комбинации, далее транслирующихся по каналам связи.
Декодирование реализует операцию, обратную кодированию, т.е. трансформирует последовательность определенных показателей кодовой комбинации (соответствующих слов) в последовательность измерений, идущих друг за другом через определенные временные промежутки дискретизации. Демодуляцию реализует интерполяцию или восстановление непрерывного сигнала по его измерениям. Трансформация сигнала из цифровой формы в непрерывный сигнал реализуется при помощи ЦАП [10].
Таким образом, по завершении поступления аналогового сигнала кодек трансформирует его в цифровой код, который по последовательному порту транслируется в цифровой сигнальный процессор (DSP), где по установленному алгоритму изменяется и поступает в компьютер.
При приеме цифрового кода от DSP по своему последовательному порту кодек трансформирует его в аналоговый сигнал и переносит на выход, где сигнал приходит на передатчик по радиоканалу и далее поступает на другое аналогичное устройство.
Инициализация и настройка функционирования кодека, также как в DSP, реализуется программно, что существенно облегчает его эффективную настройку.
Цифровой сигнальный процессор (ЦСП или DSP)
Ключевым компонентом устройства для создания помехоустойчивого радиоканала на фиксированной частоте, передачи по нему информации и ее обработки является ЦСП.
Подобные процессоры имеют огромные возможности по цифровой обработке сигналов: спектральный анализ, цифровую фильтрацию, преобразование частоты дискретизации, подстройку в онлайн режиме скорости воспроизведения и пр.
3 ВЫБОР, ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ УСТРОЙСТВА
3.1 Входная цепь приемника
Входная цепь соединяет антенну с первым каскадом приемника (с усилителем радиочастоты). Для диапазона ультракоротковолновых радиовещательных приемников целесообразно применять неперестраиваемые входные цепи с полосой пропускания, эквивалентной диапазону частот вещания на ультракоротких волнах [11].
Полоса пропускания входной цепи рассчитывается следующим образом:
Пвц=fс max-fc min=13,1-12,6=0,5 МГц.
Частота настройки контура входного цепи:
f0=fc /2=27,945/2=13,98 МГц
Эквивалентное затухание в контуре, соответственно:
dэ=Пвц/f0=0,5/13,98=0,036
Рассчитаем коэффициенты включения фидера
и входа УРЧ 
для согласования при установленном 
контура входной цепи:
,Где Wф=350 Ом – волновое сопротивление фидера.
d
