Разработка функциональных узлов цифровой системы передачи
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Введение
Постоянно растущие объёмы передаваемой информации, расширение номенклатуры услуг и ряд других факторов ставят задачи непрерывного увеличения пропускной способности и скорости передачи данных в цифровых системах передачи. Однако при этом возникает ряд проблем. Во-первых, приемник должен знать распределение сигналов во времени. Иначе говоря, приемник должен, с определенной точностью, знать, где бит начинается и где заканчивается. Во-вторых, приемник должен определить уровень каждого двоичного разряда: высокий он (1) или низкий (0). Какие же факторы определяют, насколько успешной будет интерпретация сигнала, поступившего в приемник? Существенными являются три фактора: отношение сигнал/шум, скорость передачи данных и ширина полосы. При фиксированных остальных параметрах справедливы следующие утверждения:
Увеличение скорости передачи данных приводит к увеличению скорости появления ошибочных битов, или частоты битовых ошибок (BER - bit error rate).
Увеличение отношения сигнал/шум уменьшает скорость появления ошибочных битов.
Увеличение ширины полосы позволяет увеличить скорость передачи данных.
Существует еще один фактор, позволяющий увеличить производительность - выбор схемы кодирования. Схема кодирования представляет собой простое отображение информационных битов в сигнальные посылки.
Рассмотрим следующие способы оценки или сравнения различных схем:
Спектр сигнала. Некоторые особенности спектра сигнала имеют важное значение. Отсутствие высокочастотных компонентов означает, что для передачи требуется более узкая полоса. Кроме того, желательно также, чтобы отсутствовала постоянная составляющая. Если в сигнале она присутствует, то должно существовать прямое физическое соединение передающих устройств. Если же постоянная составляющая отсутствует, то можно использовать соединение по переменному току через трансформатор; это дает превосходную электрическую изоляцию и снижает интерференцию. И, наконец, уровни искажения сигнала и интерференции зависят от спектральных свойств передаваемого сигнала. На практике передаточная функция канала всегда хуже на краях полосы пропускания. Следовательно, при хорошей структуре сигнала основная передаваемая мощность должна быть сосредоточена в середине полосы передачи. Тогда принимаемый сигнал будет менее искаженным. Этого можно добиться с помощью кодировок, позволяющих формировать спектр передаваемого сигнала.
Синхронизация. Приемник должен уметь определять начало и конец каждого двоичного разряда. Один из довольно дорогостоящих подходов состоит в выделении специального канала для синхронизации приемника и передатчика. Альтернативный вариант - создание некоторого механизма синхронизации на базе переданного сигнала. Организовать такой механизм позволяет соответствующая кодировка.
Интерференция сигналов и помехоустойчивость. Отдельные кодировки позволяют добиваться лучшей производительности при наличии помех, чем другие. Выражается это, как правило, через скорость появления ошибок.
Стоимость и сложность. Чем выше скорость передачи сигналов, позволяющая получить определенную скорость передачи данных, тем выше цена.
Целью данной курсовой работы является разработка функциональных узлов цифровой системы передачи. В результате выполнения данной работы нам необходимо будет решить следующие задачи:
провести анализ характеристик системы для заданного вида модуляции (определение ширины спектра выходного сигнала, требований к линейным, нелинейным искажениям, погрешности разности фаз квадратурных составляющих).
разработать структурную схему приемопередающего устройства;
обосновать выбор типа микросхем для построения системы связи;
обосновать требования к основным узлам приемопередающего устройства;
разработать отдельные узлы приемопередающего устройства (синтезатора частот, модулятора, выходного каскада или др.).
1. Виды модуляции в цифровых системах передачи
.1 Обзор различных видов и форматов модуляции
Модуляция это процесс, в котором задействованы одна или несколько характеристик несущего сигнала: амплитуда, частота или фаза. Запишем модулированный сигнал
e(t)=Accos[wct + y(t)](1.1.1)
где y(t) - мгновенная фаза, Ac - амплитуда сигнала,wc -частота.
Соответственно, существуют три основные технологии кодирования или модуляции, выполняющие преобразование цифровых данных в аналоговый сигнал (см. рисунок 1.1): амплитудная манипуляция (amplitude-shift keying - ASK), частотная манипуляция (frequency-shift keying - FSK) и фазовая манипуляция (phase-shift keying - PSK). Отметим, что во всех перечисленных случаях результирующий сигнал центрирован на несущей частоте.
Рисунок 1.1 - Модуляция цифровых данных аналоговыми сигналами
Амплитудная манипуляция
При амплитудной манипуляции два двоичных значения представляются сигналами несущей частоты с двумя различными амплитудами. Одна из амплитуд, как правило, выбирается равной нулю т.е. одно двоичное число представляется наличием несущей частоты при постоянной амплитуде, а другое - ее отсутствием (рисунок 1.1.а). Результирующий сигнал равен
(1.1.2)
Здесь Acos(2pfct) - несущий сигнал. Метод амплитудной манипуляции чувствителен к внезапным скачкам напряжения и неэффективен. В телефонных линиях он обычно используется только при скоростях до 1200 бит/с. Метод амплитудной манипуляции используется для передачи цифровых данных по