1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20
Ім'я файлу: Diplom_Ioffe.docx
Розширення: docx
Розмір: 1287кб.
Дата: 03.06.2021
скачати
Пов'язані файли:
Афанас'єв.pdf
Афанас'єв.docx






РЕФЕРАТ




ПЗ: 85 с., 27 рис., 6 табл., 7 джерел

Об’єкт дослідження – каналу зв'язку з використанням методів GMSK.

Мета роботи – розробка алгоритмів обробки сигналів у передавальній та приймальній частині модему GMSK.

Метод дослідження – теоретично-розрахунковий з використанням ЕОМ.

Розроблено алгоритми формування сигналів у передавальній та обробки у приймальній частині модему GMSK.

За виконання магістерської роботи застосовувались сучасні методи проектування. Проектування здійснювалось на фаховому програмному забезпеченні сучасної обчислювальної техніки.


КАНАЛ ЗВ’ЯЗКУ, GMSK, ПРИЙМАЧ, ПЕРЕДАВАЧ, МАНІПУЛЯЦІЯ КВАДРАТУРНІ СКЛАДОВІ, СПЕКТР, СКЛАДНИЙ СИГНАЛ

ЗМІСТ


ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ 7

ВСТУП 8

  1. ОГЛЯД ОБЛАСТІ ДОСЛІДЖЕННЯ Й ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ 9

    1. Різновиди маніпуляції сигналів 9

    2. Частотна маніпуляція 10

      1. Двійкова частотна маніпуляція 12

      2. Частотна маніпуляція з мінімальним зсувом 15

      3. Гауссівська частотна маніпуляція з мінімальним зсувом 18

  2. МОДЕЛЮВАННЯ КАНАЛІВ ЗВ’ЯЗКУ З ВИКОРИСТАННЯМ МОДЕМІВ GMSK 24

    1. Частотна маніпуляція з мінімальним зсувом на базі методу OQPSK . 24

    2. Опис основної програми формування сигналів GMSK 25

      1. Призначення змінних 25

      2. Блок "Генератор даних" 27

      3. Формування двополярної послідовності у форматі NRZ 28

      4. Передискретизація даних 29

      5. Фільтрація вхідного сигналу 30

      6. Формування цифрових квадратурних каналів 31

      7. Формування аналогових квадратурних маніпулюючих сигналів 33

    3. Моделювання GMSK-сигналу на вході демодулятора 34

    4. Моделювання шумів радіоканалу 36

    5. Демодуляція 39

      1. Гаусівський фільтр 39

      2. Передискретизація 41

    6. Моделювання імовірності помилкового прийому 44

    7. Моделювання впливу рівня шумів на фазове сузір’я сигналів GMSK 47 3 ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ 51

    1. Актуальність теми з позиції маркетингу 51

    2. Планування науково-дослідницьких робіт 53

    3. Складання календарного графіку реалізації НДР 56

    4. Підрахунок кількості витрат задля практичної реалізації НДР 56

      1. Обладнання для здійснення задумів роботи 57

      2. Покупні вироби і матеріали 57

      3. Обчислення заробітної плати 58

      4. Відрахування на єдиний соціальний внесок 59

      5. Накладні витрати 59

      6. Кошторис витрат для реалізації НДР 60

    5. Розрахунок економічної ефективності НДР 60

  1. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 63

    1. Аналіз потенційних небезпек 64

    2. Заходи щодо забезпечення техніки безпеки 65

    3. Заходи з забезпечення виробничої санітарії та гігієни праці 68

    4. Заходи з пожежної безпеки 70

    5. заходи безпеки у надзвичайних ситуаціях 71

ВИСНОВКИ 75

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 76

ДОДАТОК А 77

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ




ГКН
–
генератор, керований наругою

ММЗ
–
частотна маніпуляція з мінімальним зсувом

НВЧ
–
надзвичайно високі частоти

ФАП
–
фазове автопідлаштовування

ФД
–
фазовий детектор

ФНЧ
–
фільтр нижніх частот

ЧМ
–
частотна модуляція

GMSK
–
Gaussian Minimum Shift Keying

ВСТУП




Ми живемо в технологічному столітті. Завдяки технологіям мобільного зв'язку люди спілкуються в реальному часі з тими, хто знаходиться на величезній відстані. Більшість людей користуються мобільними телефонами для пошуку різної інформації в інтернеті, перегляду різноманітних фільмів, а також для спілкування в соціальних мережах.

Майже кожна людина вміє користуватися мобільним телефоном. Щодня відбуваються мільйони дзвінків, витрачається величезна кількість мегабайт на користування мобільним інтернетом. Але майже ніхто не знає яким чином і за допомогою яких технологій маніпуляції сигналів це відбуваються.

У цій дипломній роботі я намагатимуся дати відповіді на всі ці питання.

1 ОГЛЯД ОБЛАСТІ ДОСЛІДЖЕННЯ Й ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ




    1. Різновиди маніпуляції сигналів



Модуляція – це процес зміни будь-яких параметрів носійного сигналу під впливом інформаційної течії. Даний термін звичайно застосовують для аналогових сигналів. Стосовно ж цифрових сигналів застосовується інший термін - маніпуляція.

Відомо три основні види маніпуляції сигналів:

а) амплітудна (Amplitude – shift keying (ASK)); б) частотна (Frequency – shift keying (FSK));

в) фазова (Phase – shift keying (PSK)).

Сигнали з частотною маніпуляцією характеризуються сталістю обвідної, що дозволяє істотно підвищувати коефіцієнт корисної дії (ККД) передавача.

Тому сучасні системи зв’язку з рухомими об’єктами використовують види маніпуляції, для яких забезпечується незмінність амплітуди від модулюючого сигналу. Використання таких методів дає наступні переваги:

а) можливість використання досить простих пристроїв демодуляції, які забезпечують функцію обмеження рівня вхідного сигналу, що спрощує проектування приймальних пристроїв і забезпечує стійкий прийом в умовах значних завмирань радіосигналу;

б) можливість використання в підсилювачах потужності радіосигналу енергетично ефективних режимів роботи без ризику розширення спектра частот радіоканалу;

в) низький рівень поза смугових випромінювань, що дозволяє зменшити захисні смуги між сусідніми частотними каналами.

    1. Частотна маніпуляція




Сутність частотної маніпуляції (ЧМн, FSK – Frequency Shift Keying) полягає у формуванні синусоїдального коливання частоти f1 за передавання від’ємної елементарної посилки й синусоїдального коливання частоти f2 за передавання додатної посилки. Зсувом Δfз називається різниця цих частот:

Δfз=f2-f1 (1.1)
За тривалості посилки Т, під швидкістю маніпуляції v розуміють кількість елементарних посилок на секунду:
v=1/T (1.2)
Оскільки період маніпуляції становить величину Tм=2 T, то частота маніпуляції F:
F=1/(2∙T) (1.3)
На рис. 1.1 наведено часові діаграми інформаційного повідомлення (а), сигналу частотної маніпуляції на виході формувача (б), сигналу частотної маніпуляції на вході демодулятора за наявності завад й спотворень у передавальному каналі (в), сигналу на виході частотного детектора (г) й сигналу на виході формувача елементарних посилок (д).

Рис. 1.1 д описує роботу формувача елементарних посилок для випадку формування згідно знаку вхідного сигналу: додатному вхідному сигналові відповідає сталому додатному рівневі вихідного сигналу, а від’ємному рівневі вхідного сигналу – сталий від’ємний рівень вихідного сигналу.

Рисунок 1.1 – Модулятор і демодулятор для двійкової частотної маніпуляції

Замість формування можливих дискретних фазових станів і переходів між ними стрибками, можливе втілення неперервного процесу переходу від одного фазового стану до іншого. Якщо сигнальна крапка під час зміни фази

залишатиметься на колі одиничного радіуса, то це забезпечить незмінність амплітуди радіосигналу.

Миттєва частота будь-якого вузькосмугового коливання може бути визначена, як похідна в часі від повної фази:

(1.4)
З аналізу вищезазначеної формули виходить, що фазову маніпуляцію з неперервною зміною фази можна розглядати як частотну маніпуляцію, де частота носійного коливання виступає параметром, значення якого мусить змінюватися в залежності від сигналу модуляції.

      1. Двійкова частотна маніпуляція




Для двійкової частотної маніпуляції (ЧМ), частота носійного коливання із сталою амплітудою може мати лише два значення та змінюється стрибками відповідно до зміни сигналу модуляції. В залежності від способу зміни частоти, вихідний частотно-модульований сигнал матиме або розривну фазу, або миттєву фазу, що неперервно змінюється між сусідніми бітами.

У загальному випадку, сигнал з n-рівневою частотною маніпуляцією можна подати у такому вигляді:

(1.5)
Аналогічно як і для різновидів фазової маніпуляції, під час здійснення двійкової ЧМ, течія інформаційних розрядів перетворюється на послідовність прямокутних імпульсів додатної та від’ємної полярностей (формат NRZ без сталої складової).

За такої дворівневої амплітудної маніпуляції, на інтервалі 0 ≤ t ≤ T, радіосигнал з ЧМ можна подати у вигляді:

а) за передавання логічної "одиниці":


; (1.6)
б) передавання логічного "нуля":


, (1.7)


де – відхилення миттєвого значення частоти радіосигналу від центральної частоти ω0, або девіація частоти.

Необхідно зазначити, що методи формування ЧМ з розривною фазою (наприклад, комутація відповідно до закону маніпуляції двох незалежних автогенераторів з різними значеннями частот власних коливань), призводять до неприпустимого розширення спектру радіосигналу. Тому вони практично не застосовуються у системах зв’язку з рухомими об’єктами.

Узагальнений метод формування частотно-маніпульованого сигналу з неперервною зміною фази сумісно з простими втіленнями модулятора та демодулятора, наведено на рис. 1.2.



Рисунок 1.2 – Модулятор і демодулятор для двійкової частотної маніпуляції
Основним елементом модулятора є генератор, що керується наругою (ГКН). ГКН – це автогенератор, частоту генерації якого можна лінійно змінювати у

визначеному частотному діапазоні за допомогою напруги керування.

Для ГКН забезпечено зміщення таким чином, щоб за відсутності модулюючого сигналу, частота ГКН дорівнювала б частоті носійного коливання

. В принципі, такий спосіб маніпуляції подібний до методу формування частотної маніпуляції в аналогових системах. Але тепер модулюючий сигнал є цифровим і має тільки два значення. Для такого радіосигналу можна записати:


, (1.8)
де u(t) – модулюючий сигнал у вигляді послідовності двополярних імпульсів, який має принципово розривний характер,

– крутизна характеритики регулювання або чутливість ГКН.

Оскільки відхилення фази радіосигналу від фази носійного коливання пропорційне інтегралові від u(τ), то (t) є неперервною функцією. Так, якщо амплітуда послідовності модулюючих імпульсів bi на інтервалі інформаційного біту може набувати тільки значення ±1, то з (2.13) випливає:

s(t) A cos2πf0t 2πkf bit
(1.9)


Значення похідної від повної фази у цьому випадку наступне:



d 2πf dt 0
t 2πkf

bit 2π(f0


  • kf


bi )
(1.10)


Відповідно до (1.10), зміщення частоти становить

Δf kf bi . Для

bi 1

значення частоти носійного коливання дорівнює

fв f0 kf bi

(логічна

"одиниця"), а для

bi 1

(логічний "нуль") -

fн f0 kf bi

, що узгоджується з


виразами (1.6) й (1.7). Різниця між миттєвими значеннями частоти становить

Δf fв fн

2kf bi

, а індекс частотної маніпуляції дорівнює:


h ЧМ

Δf


F

2kf bi

F



, (1.11)


де F=1/T звичайно називають частотою маніпуляції.

Демодулятор здійснено на основі системи фазового автопідлаштовування (ФАП), яка містить у своєму складі ГКН, аналогічний до ГКН модулятора, фазовий детектор (ФД) і фільтр нижніх частот (ФНЧ). У такій конфігурації, система ФАП практично втілює схему синхронно – фазового частотного детектора. В ідеальному випадку, вихідна напруга ФНЧ, яка керує частотою ГКН демодулятора, повторюватиме напругу на вході ГКН модулятора, тобто, відтворюватиме закон маніпуляції.

Але у загальному випадку, двійкова частотна маніпуляція забезпечує гірші значення коефіцієнта бітової помилки (BER) порівняно з різновидами цифрової фазової маніпуляції, особливо під час передавання сигналу в обмеженій смузі частот.

З цієї причини, двійкова ЧМ не знайшла широкого застосування в цифрових видах радіозв’язку в діапазоні НВЧ, де необхідно забезпечити як високу якість, так і високу щільність передавання.

      1. Частотна маніпуляція з мінімальним зсувом




Однією з особливих форм частотної маніпуляції є частотна маніпуляція з мінімальним зсувом (MSK – Minimum Shift Keying).

Практично, цей вид маніпуляції є двійковою частотною маніпуляцією з двома відповідними інформаційному сигналові частотами, які обираються з умови, щоб на інтервалі часу, рівному тактовому імпульсу, фазовий набіг між цими частотами дорівнював точно 180.

Крім того, фаза радіосигналу підтримується неперервною під час зміни фази канальних символів. З цієї причини, сигнал з MSK відноситься до класу сигналів з частотною маніпуляцією і неперервною фазою.

Поточна фаза радіосигналу дорівнює:



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

скачати

© Усі права захищені
написати до нас