Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Кафедра систем телекоммуникаций

Курсовое проектирование

по дисциплине

«Методы и устройства формирования и обработки телекоммуникационных сигналов»

Разработка функциональных узлов цифровой системы передачи

Выполнил : Проверил:

Студент группы

Минск 2011

Содержание

Введение 3

Введение 3

1. Модуляция в системах телекоммуникаций 7

1. Модуляция в системах телекоммуникаций 7

1.1. Сравнение схем модуляций 7

1.2. Влияние не идеальности параметров системы на характеристики ЦСП. Определение необходимого значения сигнал/шум. 9

2. Цифровое оборудование 18

2. Цифровое оборудование 18

2.1. Цифровой передатчик 18

2.2. Цифровой приемник. 21

2.3. Выделитель несущей частоты 23

2.4. Приёмо-передающий тракт 24

2.4.1. Определение коэффициентов передачи узлов 24

2.4.2. Выбор фильтров для подавления побочных излучений и зеркальных частот 26

2.5. Выбор и расчет полосового фильтра УПЧ. Расчет ГВЗ фильтра 32

3. Цифровой синтезатор частоты 36

3. Цифровой синтезатор частоты 36

3.1 Структурная схема синтезатора частот 36

3.2 Выбор микросхем и расчет коэффициентов деления 39

4. Расчет энергетических характеристик системы передачи 42

4. Расчет энергетических характеристик системы передачи 42

4.1 Выбор микросхем 42

4.2 Расчет коэффициента шума РПрУ 42

4.3 Расчет энергетических характеристик 44

Заключение 47

Заключение 47

Литература 48

Литература 48

Введение

Современный этап развития характеризуется международ­ным масштабом применения сетей телекоммуникаций и формированием гло­бальной инфраструктуры информационных сетей. Они обеспечивают возмож­ность передачи различных видов информации и позволяют жителям любой страны приобщиться к достижениям науки, культуры и производства всего ми­ра. При решении этих, задач большую роль играет применение новых техноло­гий, прежде всего цифровой и спутниковой связи, благодаря которым могут быть созданы универсальные сети связи, охватывающие практически весь мир без технических ограничений. Цифровые телекоммуникационные системы представляют собой крупные технические комплексы, в состав которых входят функциональные устройства различного назначения и сложности. Сейчас в ХХІ веке очень остро стоят вопросы, касающиеся цифровых систем передачи данных. Каким образом организовать передачу, чтобы была высокая скорость и помехоустойчивость, а также улучшены и другие немаловажные параметры? В ходе решения многих проблем связи находятся ответы на этот и многие другие подобные вопросы. Однако следует отметить, что поскольку речь идёт о системе передачи, то одновременное улучшение характеристик и параметров просто невозможно. Это, безусловно, связано со многими трудностями в процессе разработки.

Важнейшим параметром системы связи является пропускная способность канала связи. Шеннон показал, что для канала с аддитивным белым гауссовым шумом (additive white Gaussian noise – AWGN) пропускная способность является функцией средней мощности принятого сигнала , средней мощности шума и ширины полосы пропускания . Выражение для пропускной способности (теорема Шеннона–Хартли) можно записать следующим образом: (1.1)

Если измеряется в герцах, а логарифм берется по основанию 2, то пропускная способность будет иметь размерность бит/с. Теоретически (при использовании достаточно сложной схемы кодирования) информацию по каналу можно передавать с любой скоростью и бесконечной вероятностью возникновения ошибки. Если же , то кода, на основе которого можно добиться сколь угодно малой вероятности возникновения ошибки, не существует. В работе Шеннона показано, что величины , и устанавливают пределы скорости передачи, а не вероятности появления ошибки. Шеннон использовал уравнение (1.1) для графического представления доступных пределов производительности прикладных систем. Этот график, показанный на рис. 1.1, представляет нормированную пропускную способность канала в бит/с/Гц как функцию отношения сигнал/шум в канале. График, представленный на рис. 1.2, используется как иллюстрация компромисса между мощностью и полосой пропускания, присущего идеальному каналу.

Рис. Зависимость нормированной пропускной способности канала от отношения сигнал/помеха (SNR) в канале связи.

Рис. Зависимость нормированной полосы пропускания канала от отношения сигнал/шум (SNR) в канале связи.

В действительности достичь предела Шеннона невозможно, поскольку с ростом скорости передачи, при заданном значении полосы пропускания, возрастают требования к параметрам и характеристикам как отдельных элементов системы передачи, так и к системе в целом.

Говоря о цифровых системах передачи (ЦСП) назовем их преимущества над аналоговыми:

• высокая помехоустойчивость, связанная с использованием кодов с малым числом разрешённых уровней;

• независимость качества связи от длины линии связи за счёт применения регенерации цифровых сигналов;

• высокая эффективность использования каналов цифровых систем при передачи дискретной информации.

Конечно, у ЦСП есть и недостатки, одним из которых является шум квантования. Но по сравнению с накапливаемой помехой в аналоговых системах, бороться с которой практически невозможно, его (шум квантования) можно выбирать, поскольку он зависит только от оборудования.

Одним из наиболее важных вопросов при стандартизации систем передачи является вопрос выбора типа используемой модуляции. В данном курсовом проекте будет рассмотрена цифровая система передачи с видом модуляции — 64-КАМ (Квадратурно-амплитудная модуляция или английский эквивалент — Quadrature Amplitude Modulation –QAM). Данный тип модуляции широко используется в технологиях ADSL и ANSI, а также в цифровой аппаратуре PASOLINK, различных модемах и др.

В данной работе будет приведено обоснование требований к основным узлам приемопередающего устройства, разработаны отдельные узлы приемопередающего устройства (синтезатор частоты, модулятор. Уделено внимание усилительным устройствам систем телекомму­никаций (малошумящий усилитель и усилитель выходного каскада).

1. Модуляция в системах телекоммуникаций

1.1. Сравнение схем модуляций

В настоящее время в современных системах телекоммуникаций используются различные виды модуляции сигналов, позволяющие обеспечить оптимальные параметры системы по скорости передачи, полосе пропускания, вероятности ошибки, мощности передающего устройства и др. Поэтому правильный выбор вида модуляции в значительной мере определяет параметры системы в целом.

В таблице 1.1 показано отношение скорости передачи данных R к ширине полосы пропускания различных схем. Отметим, что данное отношение также называется эффективностью использования полосы и, как можно догадаться, является мерой эффективности, с которой полосу можно использовать для передачи данных. Итак, теперь мы можем утверждать, что преимущества многоуровневых методов передачи сигналов стали очевидными.

Таблица 1.1.

Отношение скорости передачи данных к ширине полосы пропускания различных схем кодирования цифровых данных аналоговыми сигналами.

	r = 0	r= 0.5	r = 1
Амплитудная манипуляция	1.0	0.67	0.5
Бинарная частотная манипуляция
Широкополосная (F>>R)	~0	~0	~0
Узкополосная (Ffc)	1.0	0.67	0.5
Фазовая манипуляция	1.0	0.67	0.5
Многофазная передача сигналов
L = 4, b = 2	2.00	1.33	1.00
L = 8, b = 3	3.00	2.00	1.50
L = 16, b = 4	4.00	2.67	2.00
L = 32, b = 5	5.00	3.33	2.50

Основные параметры системы при различных видах модуляции (BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM) приведены в стандарте IЕЕЕ 802.16. Моделирующая двоичная последовательность отображается в последовательность символов, каждый из которых содержит 2,4,6,8 бит информации. Значения полосы частот для некоторых видов модуляции и различных значений скорости цифрового потока приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Cтандарт IЕЕЕ 802.16

Полоса частот на канал, МГц	Скорость модуляции, МБод	Скорость передачи информации			Длительность кадра, мс	Количество абонентов на кадр
		QPSK	16-QAM	64-QAM
20	16	32	64	96	1	4000
25	20	40	80	120	1	5000
28	22,4	44,8	89,6	134,4	1	5600

Рис.1.1. Коэффициент ошибок в символах в зависимости от отношения сигнал— шум с числом уровней КАМ в качестве параметра

Правильный выбор вида модуляции одна из важнейших задач при проектировании систем связи. Более сложные модуляции весьма эффективны с точки зрения использования спектра, но они требуют высокого отношения несущая—шум для работы при данной вероятности ошибок (рис. 1.1).

Эффективность использования спектра системы передачи определяется как отношение скорости передачи битов входного сигнала к ширине занимаемой полосы частот и выражается в бит/с. Когда целью является высокая эффективность использования спектра, наиболее часто пользуют схемы модуляции КАМ с различным количеством позиций в совокупности. Эти типы модуляции обеспечивают максимальную гибкость в применении: путем изменения только числа битов/символов, приходящихся на один символ (или другими словами, числа позиций совокупности), можно добиться соответствия данному частотному плану.

При выборе мощности передатчика необходимо учитывать, что при КАМ среднее значение мощности всегда меньше максимальной мощности усилителя (см. например рис. 2.7). Отношение пикового и среднего значений мощностей сигналов для различных форматов КАМ приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3.

Пиковая мощность КАМ

Бит/символ	Уровень КАМ	Отношение пиковой и средней мощностей (дБ)
2	4	0,00
4	16	2,55
5	32	2,30
6	64	3,68
7	128	3,17
8	256	4,23
9	512	3,59
10	1024	4,50