Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.sm.bmstu.ru/sm5/n4/oba/dspa.html
Дата изменения: Thu Feb 15 17:43:24 2007 Дата индексирования: Mon Oct 1 18:53:58 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п |
![]() |
![]() |
![]() |
Реализация на ПЛИС цифровых демодуляторов сигналов с частотной манипуляцией |
||
Реферат: В работе рассматриваются особенности проектирования цифровых демодуляторов сигналов с частотной манипуляцией на ПЛИС. Предлагаются пути построения как демодуляторов, так и систем выделения синхроимпульса. Введение В последние два-три года у нас в стране и за рубежом резко возрос интерес к вопросу проектирования цифровых радиоприемных устройств, предназначенных для приема сигналов с частотной (ЧМн) манипуляцией. Причина такого внимания со стороны разработчиков - появление новых алгоритмов и элементной базы, позволяющей их реализовать. Цель данной работы- показать пути реализации современных алгоритмов демодуляции сигналов с ЧМн, не требующих замкнутых многопетлевых схем автоподстройки, реализация и настройка которых чрезвычайно сложна. Алгоритмы функционирования и структурные схемы демодуляторов. При построении демодуляторов используется аналоговое формирование квадратур и цифровое восстановление символов и символьной частоты, реализованное на ПЛИС. Ниже приведено описание каждого из блоков в составе ПЛИС: детектора ЧМн - сигнала и синхронизатора. Определены преимущества каждой из предлагаемых схем. Детектор ЧМн - сигнала. Данный блок предназначен для преобразования исходного модулированного радиосигнала в последовательность прямоугольных импульсов, появляющихся с частотой следования символов и обладающих той же полярностью. Частота исходного радиосигнала равна ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
Отсюда вытекает структурная схема детектора, которая приведена на рис.1. Рис.1. Преимущества предлагаемого алгоритма демодуляции ЧМн - сигнала: - детектор не требует точной настройки квадратурного генератора (рис.1) на частоту![]() - операция деления на двучлен![]() - - инвариантность алгоритма к фазе опорного и входного сигналов, а также к амплитуде входного сигнала (при наличии нормирующего множителя) увеличивает помехоустойчивость.Синхронизатор. При достаточно больших отношениях сигнал/шум (ОСШ) на входе демодулятора (20 - 30 дБ) восстановленную последовательность символов можно снимать непосредственно с выхода детектора. Однако при снижении ОСШ (до 10 - 15 дБ) форма сигнала на выходе детектора начинает искажаться (появляются ложные перепады, смещение фронтов по времени и т. п.). Поэтому на выход детектора подключается еще один блок - синхронизатор, предназначение которого - восстановить истинную форму демодулированного радиосигнала за счет его накопления и анализа в течение ![]() ![]() Рис.2 Главными элементами синхронизатора (рис.2) являются линия задержки на ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() К преимуществам предлагаемого алгоритма следует отнести: - высокую эффективность (устойчивость к помехам, к уходу частоты следования символов от номинальной, к снижению частоты дискретизации и др.); - способность точно восстанавливать моменты смены символов во входном сигнале при длинных (до ![]() - наличие на выходе демодулятора одновременно ![]() - простоту операций (суммирование, сдвиг) и хорошую адаптацию к реализации на базе ПЛИС, что не характерно для большинства традиционных алгоритмов, содержащих петли обратной связи (синхронизатор с запаздывающим и опережающим стробированием и др.). Реализация алгоритмов на ПЛИС Реализация цифровой части алгоритма демодуляции и выделения синхроимпульса была выполнена на кристалле Altera FLEX10K50. Реализованное устройство состоит из входных цифровых КИХ фильтров с 17 отводами, непосредственно блока демодуляции сигнала и блока синхронизатора. Реализованный 17 отводный фильтр имеет симметричную характеристику. В отличие от классической реализации КИХ фильтров в виде набора умножителей для взвешивания задержанных отсчетов входного сигнала и выходного сумматора, данная реализация вообще не содержит умножителей. Все операции умножения заменены операциями распределенной арифметики, что возможно благодаря постоянству коэффициентов фильтрации и наличию в логических элементах FLEX10К [2,3,7] таблиц перекодировки (look-up-tables, LUTs). Сигналы с выходов фильтров (восемь бит в дополнительном коде) подаются на квадратурные входы блока частотной демодуляции. Для реализации демодулятора ЧМн сигналов понадобились два регистра для хранения значений квадратур в предыдущий (k-й) момент времени - ![]() ![]() Входным сигналом синхронизатора является выход блока демодулятора. Заметим, что для реализации суммирования вида ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Выходными сигналами блока являлись как значение суммы, так и значение ![]() Так как синхронизатор работает по критерию максимума правдоподобия, то схема должна выставлять синхроимпульс в момент достижения выходным сигналом ![]() Результаты моделирования в системе Max+Plus II приведены на рис.3 Рис.3.
На рис 4 представлено фото блока демодулятора.
Рис.4. Конструктивно прибор выполнен на четырехслойной печатной плате, с раздельными слоями земли и питания, что обеспечивает эффективную развязку рот помех по питанию. В заключении отметим, что все узлы системы были реализованы в виде параметризованных мегафункций [3-6] с использованием языка описания аппаратуры AHDL, что позволяет с легкостью их использовать для приложений требующих другой точности вычислений. Литература.
1. Лобов В.И.,Стешенко В.Б., Шахтарин Б.И. Цифровые синтезаторы прямого синтеза частот // Chip news (Новости о микросхемах), ? 1 (10), 1997, с. 16 - 21. 2. С.Шипулин, Д.Губанов, В.Стешенко, В.Храпов. Тендетрнции развития ПЛИС и их применение для цифровой обработки сигналов // Электронные компоненты, ?5, 1999, с. 42-45. 3. Губанов Д.А., Стешенко В.Б., Храпов В.Ю., Шипулин С.Н. Перспективы реализации алгоритмов цифровой фильтрации на основе ПЛИС фирмы ALTERA. // Chip News, ? 9-10, 1997, с. 26-33. 4. Губанов Д.А., Стешенко В.Б. Методология реализации алгоритмов цифровой фильтрации на основе программируемых логических интегральных схем. // Сборник докладов 1-й Международной конференции 'Цифровая обработка сигналов и ее применения' 30.06-3.07.1998, Москва, МЦНТИ, том 4, с. 9 - 19 5. Стешенко В.Б. Особенности проектирования аппаратуры цифровой обработки сигналов на ПЛИС с использованием языков описания аппаратуры // Сборник докладов 2-й Международной конференции 'Цифровая обработка сигналов и ее применения' 21.09-24.09.1999, Москва, МЦНТИ, том 2, с. 307 - 314 6. Губанов Д.А., Стешенко В.Б., Шипулин С.Н. Современные алгоритмы ЦОС: перспективы реализации. // Электроника: наука, технология, бизнес, ?1, 1999, с.54-57 7. Стешенко В.Б. Школа схемотехнического проектирования устройств обработки сигналов. // Новые компоненты и технологии, ?3-5, 2000 г. 8. В.Стешенко. Школа разработки аппаратуры цифровой обработки сигналов на ПЛИС. // Chip News,1999, ?8-10, 2000, ?1, 3 -5. |
||
![]() |