Дипломный доклад Разработка алгоритмов функционирования коротковолнового радиомодема

Представляем Вашему вниманию бесплатный образец доклада к диплому на тему «Разработка алгоритмов функционирования коротковолнового радиомодема».

 

Слайд 1

Здравствуйте, уважаемые члены аттестационной комиссии!

Тема моей дипломной работы — «Разработка алгоритмов функционирования коротковолнового радиомодема».

Актуальность темы обусловлена тем, что эффективные алгоритмы функционирования позволяют увеличить скорость передачи и повысить помехоустойчивость системы передачи данных.

 

Слайд 2

Целью работы — исследование многоканальной системы связи, разработка алгоритмов функционирования коротковолнового (КВ) радиомодема.

 

 

Слайд 3

В первой главе работы проводится анализ методов многоканальной передачи сообщений по КВ – радиоканалу.

Многоканальной системой передачи (МСП) называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу однотипных или разнотипных сообщений от N источников к N получателям по одной линии связи (физической среде распространения сигналов электросвязи). Функциональная схема многоканальной системы передач представлена на рисунке.

Слайд 4

Для достижения цели работы был произведен расчет параметров информационных сигналов.

На рисунке 4.1 даны соответствующие пространственные диаграммы сигналов для М = 2, М = 4, М = 8. Цифровая AM называется также модуляцией с амплитудным сдвигом (MAC, ASK). Модулированные сигналы AM  являются двухполосными (ДП) сигналами и требуют в два раза большую полосу частот, чем низкочастотный передаваемый сигнал. В качестве альтернативы

Пространственные диаграммы ФМ сигналов для М = 2, 4 и 8 представлены на рисунке 4.2. Случаю М = 2 соответствуют одномерные противоположные сигналы, которые идентичны рассмотренным двоичным сигналам AM. Из теории информации известно, что фазовая модуляция наиболее помехоустойчива, однако увеличение числа кодируемых бит приводит к резкому снижению помехоустойчивости.

Пространственная диаграмма  для КАМ сигналов представлена на рисунке 4.3. В настоящее время используются модуляции, в которых количество кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может доходить до 8, а, соответственно, число позиций сигнала в сигнальном пространстве – до  256.

Таким образом, для КВ модема подходит ОФМ или КАМ модуляция, окончательный выбор будет сделан позже.

 

Слайд 5

Следующим этапом работы является Разработка алгоритмов формирования и обработки сигналов.

Передающая часть многоканальной системы связи с ЧРК, как правило, содержит две ступени модуляции: в первой – поднесущие колебания модулируются передаваемыми сообщениями; во второй – несущая частота передатчика модулируется суммой модулированных поднесущих, то есть групповым сигналом. Общая схема образования модулированных колебаний представлена на рисунке 5.1.

Слайд 6

Приемная часть системы содержит две ступени демодуляции. Демодуляция принятого и усиленного сигнала позволяет выделить многоканальное сообщение. После разделения этого сообщения на отдельные модулированные поднесущие осуществляется их демодуляция канальными демодуляторами. В результате на выходе каналов появляются принятые канальные сообщения. Общая схема процесса демодуляции показана на рисунке 6.1.

Алгоритм демодуляции может быть реализован с помощью вычислительного устройства (ВУ) в цифровой форме с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Для этого в приведенную структуру введем АЦП, имеющий частоту дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова (рисунок 6.2).

Слайд 7

Рассмотрим вопрос тактовой синхронизации. Тактовая синхронизация в дипломной работе обеспечивается методом спектральной скользящей оценки сигнала. Допустим, возьмем сигнал, где происходит смена фаз на p, тогда делая скользящее спектральное разложение сигнала на длительности элементарной посылки, можно получить его коэффициенты, которые будут обладать определенной особенностью.

Для рассмотрения возьмем два характерных случая: когда начало окна спектрального разложения совпадает с началом элементарной посылки, и когда оно совпадает с серединой элементарной посылки. Так, для первого случая, изображенного на рисунке 7.1, коэффициенты будут максимальны.

Во втором случае, изображенном на рисунке 7.2 коэффициенты при гармониках соответствующих частот, очевидно, будут стремиться к нулю.

Слайд 8

На основе найденных коэффициентов построим функцию F.

В идеальном случае для двух элементарных посылок функция F будет выглядеть, как показано на рисунке 8.1.

В случае с шумом, функция F исказится, а в случае, когда сигнал отсутствует и присутствует только шум, такая функция не будет иметь яркое выраженных минимумов или максимумов.

Когда скользящая оценка производиться не на всей длительности элементарной посылки, а на длительности, исключающей защитный интервал, при отсутствии шумов функция F будет выглядеть, как показано на рисунке 8.2.

В присутствии шумов функция F будет выглядеть, как показано на рисунке 8.3. Осуществлять синхронизацию следует по положению максимумов полученной функции F на интервале элементарной посылки, так как они имеют меньшие флуктуации по сравнению с позициями минимумов.

Слайд 9

Автоматическая подстройка частоты обеспечивает совпадение частот входного сигнала и местного опорного колебания.

Обычно компенсация частотного смещения осуществляется в области высоких частот. При этом можно составить схему (рисунок 9.1), где используется генератор высокочастотных колебаний, перемножители, фильтры низкой частоты, сумматор:

Данная схема, реализованная программно, требует значительного объема вычислений в единицу времени, поскольку обработка сигнала производится в высокочастотной области, что из-за ограниченной производительности вычислителя не всегда применимо при работе в режиме реального времени.

ТОЛЬКО У НАС!

Доклад, презентация без предоплаты	Более 100 бесплатных примеров	Доработки бесплатно	Срок от 1 часа до 1 дня	Гарантия низкой цены

 

Хочу сделать заказ!

 

Слайд 10

Далее в работе идет разработка структурной схемы устройства.

Практически все современные модемы имеют похожие функциональные схемы, состоящие из универсального процессора, сигнального процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ, RAM), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ, ROM), постоянного энергонезависимого перепрограммируемого устройства (ППЗУ, ERPROM), собственно модулятора/демодулятора. Структура устройства современного модема представлена на рисунке 10.1.

Устройства передачи данных, имеющие цифровые порты интерфейса DTE—DCE обеспечивает взаимодействие с DTE. Устройством DTE здесь может являться маршрутизатор. Порт канального интерфейса обеспечивает согласование электрических параметров с используемым каналом связи.

Универсальный процессор фактически является встроенным микрокомпьютером, отвечающим за прием и выполнение команд, буферизацию и обработку данных — кодирование, декодирование, сжатие/распаковку и т.п., а также за управление сигнальным процессором.

Слайд 11

Общая структурная схема радиопередачи информации по КВ – каналу, где участвует КВ – радиомодем представлена на рисунке 11.1.

На вход кодера от источника сигнала поступает информационное сообщение, которое преобразуется в символы сообщения. Кодер рассматриваться не будет. После этого символы сообщения поступают на вход цифрового сигнального процессора (DSP), входящего в состав модема, где с помощью программы модуляции, которая запрашивается DSP из модульной памяти, преобразуются в групповой сигнал. Сформированные отсчеты подаются на ЦАП, выход которого поступает на вход радиопередающего устройства, где в дальнейшем происходит излучение сигнала в КВ-радиоканал.

Слайд 12

Далее в работе были Рассмотрены основные характеристики процессоров, которые должен оценивать разработчик для того, чтобы выбрать наиболее подходящий DSP.

К основным характеристикам цифровых сигнальных процессоров относятся:

1          Формат данных и разрядность

2          Скорость

3          Организация памяти

4          Удобство разработки приложений

5          Энергопотребление

6          Стоимость

Ключевой параметр при выборе процессора — это скорость. Она влияет на время выполнения обработки входного сигнала и, следовательно, определяет его максимальную частоту. Одна из самых частых ошибок разработчика — отождествление тактовой частоты и быстродействия, что в большинстве случаев неправильно.

На рисунке 12.1 показано сравнение по скорости современных DSP разных производителей.

 

Слайд 13

Стоимость процессора, несомненно, является определяющей величиной при выборе DSP, особенно при больших объемах производства. Мы определили основных претендентов, среди которых DSP с ядром C64x и C64x+ от Texas Instruments и TigerSHARC от Analog Devices. На рисунке 21 показан граф сравнительных характеристик этих процессоров по критериям скорости, стоимости, энергопотребления и удобству средств разработки.

Для разрабатываемого КВ радиомодема в первую очередь необходима высокая скорость и низкая цена, поэтому из выше написанного был осуществлен выбор микропроцессора TMS320C6416BZLZD1 фирмы Texas Instruments. Такой микропроцессор способен справиться с поставленной задачей, производить обработку сигнала в реальном времени.

Слайд 14

Базовая схема АЦП типа SAR приведена на рисунке 14. 1.

Для того чтобы обрабатывать быстроменяющиеся сигналы, АЦП типа SAR имеют на входе усилители выборки с фиксацией амплитуды (SHA), сохраняющие сигнал постоянным в течение цикла преобразования. Сначала внутренний ЦАП (цифроаналоговый преобразователь, или DAC) устанавливается в середину диапазона преобразования.

Временная диаграмма обычного АЦП типа SAR представлена на рис. 14.2 Показанные на рисунке функции, как правило, представлены в большинстве АЦП типа SAR, но их точные обозначения могут отличаться от устройства к устройству. Заметим, что данные, соответствующие конкретной выборке, доступны в конце цикла преобразования и «потоковая/конвейерная» задержка отсутствует. Это обусловливает легкость использования АЦП типа SAR как для однократных преобразований (single-shot), так и в пакетном режиме передачи (burst-mode), или в задачах, требующих мультиплексирования потоков данных (multiplexed applications).

Слайд 15

Блок-схема простого 6-разрядного (разделенного на два каскада) АЦП показана на рисунке 15.1

Каскадный АЦП можно оценить, анализируя форму остаточного сигнала перед входом второго каскада АЦП, как показано на рис. 15.2

Эта форма типична для низкочастотного пилообразного сигнала, приложенного к аналоговому входу данного АЦП.

Рисунок 15.3 демонстрирует  выходной сигнал АЦП

 

Слайд 16

Основная блок-схема 6-разрядного каскадного АЦП с коррекцией ошибок показана на рис. 16.1

Разрешающая способность второго каскада в нем увеличена до 4 разрядов, тогда как изначально она составляла 3 разряда. Дополнительная логика, требуемая для модификации результатов N1 SADC, когда остаточный сигнал попадает в зоны «X» или «Y», осуществляется с помощью простого сумматора и напряжения смещения постоянного тока, добавленного к остаточному сигналу.

Для увеличения скорости основного каскадного АЦП чаще всего используется «конвейерная» (pipelined) архитектура, показанная на рис. 16.2

Такой конвейерный АЦП имеет каскадную архитектуру с цифровой коррекцией, в которой каждые два каскада обрабатывают данные в течение половины цикла преобразования, а затем передают остаточный выходной сигнал на следующий каскад «конвейера» перед тем, как наступит следующая фаза периода дискретизации.

Для выполнения поставленной задачи разрабатываемого устройства целесообразно использовать АЦП с последовательной аппроксимацией сигнала, такие АЦП считаются среднего быстродействия. Выше изложенному соответствует 18-разрядный АЦП AD7641 фирмы Analog Device с частотой дискретизации 2 миллиона отчетов в секунду. Данный АЦП не имеет пропусков кодов, имеет параллельный и последовательный интерфейсы, причем программно могут быть установлены 18-, 16- или 8- битные режимы передачи данных.

 

Таким образом, Цель работы — «исследование многоканальной системы связи, разработка алгоритмов функционирования коротковолнового (КВ) радиомодема.– достигнута.

Спасибо за внимание! Доклад окончен.

 

Мне тоже нужен хороший доклад!