Демодулятор сигналов КАМ-4

Разработка функциональной схемы модулятора. Анализ способа передачи. Представление сигнала цифровой модуляции. Обзор устройств и разработка функциональной схемы демодулятора. Описание модулятора и демодулятора. Особенности формирования сигнала КАМ-4.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ в г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ ЮФУ)

Кафедра РТС

Курсовой проект по дисциплине

Основы систем связи с ПО

на тему

«Демодулятор сигналов КАМ-4»

Выполнила:

Студентка группы Р-78 Блинова Т. В.

Проверил:

Горбенко А. П.

Таганрог 2012г.



Содержание

Введение

1. Разработка функциональной схемы модулятора.

1.1 Анализ способа передачи

1.2 Представление сигнала цифровой модуляции

1.3 Сравнительный анализ различных видов модуляции

1.4 Обзор устройств и разработка функциональной схемы демодулятора

2. Описание модулятора и демодулятора. Особенности формирования сигнала КАМ-4

2.1 Описание работы модулятора

2.2 Демодуляция сигнала КАМ-4

2.3 Обоснования структурной схемы

3. Заключение

Список используемых источников



Введение

При создании систем передачи информации в большинстве случаев оказывается, что спектр исходного сигнала, подлежащего передаче, сосредоточен не на тех частотах, которые эффективно пропускает имеющийся канал связи. Кроме того, очень часто необходимо в одном и том же канале связи передавать несколько сигналов одновременно. Одним из способов решения этой задачи является использование частотного разделения каналов, при котором разные сигналы занимают неперекрывающиеся полосы частот.

Далее, во многих случаях требуется, чтобы передаваемый сигнал был узкополосным. Это означает, что эффективная ширина спектра намного меньше его центральной частоты.

Перечисленные причины приводят к необходимости такой трансформации исходного сигнала, чтобы требования, предъявляемые к занимаемой сигналом полосе частот, были выполнены, а сам исходный сигнал можно было восстановить.

Решение указанной проблемы достигается при использовании модуляции, сущность которой заключается в следующем. Формируется некоторое колебание (чаще всего гармоническое), называемое несущим колебанием или просто несущей, и какой-либо из параметров этого колебания изменяется во времени пропорционально исходному сигналу. Исходный сигнал называют модулирующим, а результирующее колебание с изменяющимися во времени параметрами -- модулированным сигналом. Обратный процесс -- выделение модулирующего сигнала из модулированного колебания -- называется демодуляцией.

Выбор используемого вида модуляции был сделан неслучайно. Четырехпозиционная квадратурная амплитудная модуляция (КАМ-4, 4QAM) обладает высокой спектральной и энергетической эффективностью, является оптимальной с точки зрения применения в системах с повышенной устойчивостью к различного рода помехам. В связи с этим КАМ-4 широко используется для передачи данных через каналы с ограниченной полосой пропускания, например факс-модемы, высокоскоростные кабели, многочастотные беспроводные и спутниковые системы, локальные вычислительные радиосети.

1 

1. Разработка функциональной схемы демодулятора

1.1 Анализ способа передачи информации

В настоящее время наиболее перспективным и высококачественным способом передачи информации является передача информационных сообщений в цифровой форме. Это означает, что передаче подлежит не непрерывный (аналоговый) модулирующий сигнал, а последовательность целых чисел , которые могут принимать значения из некоторого фиксированного конечного множества. Эти числа, называемые символами, поступают от источника информации с периодом , а частота, соответствующая этому периоду, называется символьной скоростью.

Повышенный интерес к передаче информационных сообщений в цифровой форме обусловлен рядом факторов:

- высокая помехоустойчивость цифровых систем передачи информации, позволяющая достичь более полного использования пропускной способности канала при высоком качестве передачи информации;

- высокая универсальность ЦСПИ относительно характера источника и потребителя сообщений, а также возможность объединения различных потоков сообщений в едином цифровом стволе линии связи;

- относительная простота сопряжения ЦСПИ различных типов и различных уровней иерархии, что обуславливает возможность непосредственного включения ЦСПИ в интегрированные сети региональных, национальных и глобальных цифровых систем связи;

- возможность обнаружения и устранения искажений информационных сообщений в процессе обработки сигналов в ретрансляторах ЦСПИ, что обеспечивает сохранение высокой помехоустойчивости при многоступенчатой и разветвленной структуре системы связи;

- возможность обеспечения конфиденциальности передаваемых сообщений;

- уменьшенные габаритные размеры и увеличенная надежность аппаратуры формирования и приема цифровых сигналов за счет широкого применения программируемой элементной базы, такой как: цифровые сигнальные процессоры (DSP - digital signal processing), однокристальные микроЭВМ, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).

Типичным подходом при осуществлении передачи дискретной последовательности символов является многопозиционная модуляция. При этом каждому из возможных значений символа сопоставляется некоторый набор параметров несущего колебания: амплитуда, частота, фаза. Эти параметры поддерживаются постоянными в течение интервала времени , то есть до прихода следующего символа. В зависимости от того, какие именно параметры изменяются, различают амплитудную (АМ), фазовую (ФМ), частотную (ЧМ), квадратурную амплитудную (КАМ), а также некоторые другие виды модуляции.

Многопозиционная модуляция предполагает переход от двоичного алфавита символов {0, 1} дискретного сообщения к М-ичному:

(1.1)

где N -- длина преобразуемых последовательностей двоичных символов;

-- объем алфавита.

К примеру, при алфавит включает четыре символа {00, 01, 10, 11}. При (двоичная модуляция) алфавит состоит всего из двух бинарных символов -- {0, 1}.

Таким образом, передача последовательностей сообщений цифровыми системами осуществляется путем преобразования их в последовательность битов, которые преобразуются в последовательность канальных символов.

Каждый двоичный символ (бит) передается в течение времени , равного его длительности. Скорость передачи , выраженная в битах в секунду, определяется соотношением:

. (1.2)

Длительность передачи M-ичного символа вычисляется по формуле:

. (1.3)

Тогда скорость передачи М-ичных символов (символьная скорость) рассчитывается по формуле:

(1.4)

Цифровая модуляции сильно влияет на пропускную способность (скорость передачи) канала связи. Для многоуровневых сигналов пропускная способность канала (fb, бит/с) связана с минимальной шириной полосы пропускания канала Найквиста (В, Гц) и количеством дискретных сигналов или уровней напряжения (М) зависимостью:

(1.5)

С учетом выражения (1.1), имеем:



(1.6)

Таким образом, использование М-кратного кодирования, называемого также многократной или многопозиционной манипуляцией, при заданной минимальной ширине полосы частот канала может привести к значительному увеличению максимальной скорости передачи информации по каналу. Факторами, влияющими на максимальную скорость передачи при заданной ширине полосы частот канала, являются тип кодирования и модуляции (волновые формы), типы используемых фильтров, помехи в системе и требуемые показатели ошибок. Реально достижимые максимальные скорости передачи оказываются ниже теоретически предсказанных значений.

Необходимо подчеркнуть, что серьезное влияние на качество приема многопозиционных дискретных сигналов оказывают межсимвольные и нелинейные искажения сигналов в трактах ЦСПИ.

1.2 Представление сигналов цифровой модуляции

модулятор передача сигнал цифровой

Цифровая модуляция -- это процесс преобразования цифровых символов в сигналы, совместимые с характеристиками канала связи. Если в качестве несущей волны используется высокочастотный синусоидальный сигнал, то цифровую модуляцию можно определить как процесс варьирования амплитуды, частоты или фазы (или их комбинаций) радиочастотной несущей согласно символам передаваемого сообщения.

В общем виде модулированный сигнал записывается следующим образом:

, (1.1.1)



где и -- законы изменения амплитуды и фазы сигнала,

-- частота несущего гармонического колебания.

Выражение (1.1.1) можно представить в следующем виде:

(1.1.2)

где

,(1.1.3)

.(1.1.4)

Согласно выражению (1.1.2) модулированный радиосигнал можно представить в виде суммы двух га...