> MAX+plus II - d:\mox2work\nik\3\2dlconv- [2dlconv.gdf - Graphic Editor]

M*X+plusll RIe -Edif View Symbol Assign Utilities Options- Winciow Help

mmmmmmmmmmi

:?:j::t;

►©

4 4V

f Ё г

fi>

а Z

ЙвПуос CftMAX.plusll-d\

MAX plijG II Untillodi (?dlrnnv r.r.f Wovnlorm 1 dilot]

Рис 5.6. Результаты моделирования систолической структуры на ПЛИС

, шшшшшшшштшшшшятшшштшшшш

Time 21 6ns Interval p 6ns

0 0ns

Name.

Value

111)17 0) sx(21l(7 01 x[31l[7 01

= h017 01 h1(7 01 гЬ27 0] * h3(7 0[ kSh4[7 01 h57 0 Sh6l7 01 !fh7l7 01 h8(7 0)

>147 01

03 D4 D5

02 D3 D6 02 D1 D4 03 01 D2

D 101

too 0ns

2000ns

iSBnycK c3>MAXtp1us1l-Unt

12.44

5.3. АЛГОРИТМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ДЕМОДУЛЯТОРОВ

Обобщенная структурная схема, по которой реализован демодулятор сигналов с частотной манипуляцией, приведена на Рис. 5.7

Как видим, используется аналоговая квадратурная обработка (перемножители, фазовращатель, фильтры нижних частот) и цифровое восстановление символов и частоты, реализованное на ПЛИС. В качестве формирователя квадратур использована ИС RF2711 фирмы RF Microdevices Данная микросхема содержит в своем составе два перемножителя и фазовращатель и позволяет

работать в диапазоне частот от О 1 до 200 МГц при ширине спектра до 25 МГц. Опорная частота fo формируется с помощью синтезато ра прямого синтеза частот AD9830 [1] фирмы Analog Devices Сигнал с выхода синтезатора фильтруется с помощью активного ФНЧ, реализованного на ОУ AD8052 по схеме Рауха. В настоящее время наблюдается тенденция к оцифровыванию обрабатываемого сигнала на промежуточных частотах (ПЧ) порядка десятков МГц, формируя квадратуры в цифре . Для этих целей возможно использовать ИС AD6620 Однако это не всегда оправдано в основном из-за сложностей с управлением такой микросхемой в системах, где отсутствует собственный контроллер.

В качестве АЦП удобно использовать специализированный квадратурный АЦП AD9201. Пожалуй, единственным его недостатком является необходимость демультиплексирования отсчетов синфазной и квадратурной составляющих

Ниже приводится описание конструкций каждого из блоков в составе ПЛИС детектора ЧМ-сигнала и синхронизатора Определены преимущества каждой из предлагаемых схем

Детектор ЧМ-сигнала предназначен для преобразования исходного модулированного радиосигнала в последовательность прямо-

угольных импульсов, появляющихся с частотой следования символов и обладающих той же полярностью. Частота исходного радиосигнала равна f = fo - Af/2, если передается символ О , и f = fo + Af/2, если передается символ Г, при этом, по техническому заданию, ДТТс = 1, где Тс - длитвльность символа (индекс модуляции единица, сигнал без разрыва фазы) Таким образом, измерение разности f - fo - это и есть та операция, которую должен осуществлять детектор В Приложении 1 показано, что при наличии отсчетов квадратур исходного радиосигнала 5к и Ск и , к = О, 1, 2 и т д , величина может быть вычислена следующим образом

5 г +с:

Отсюда вытекает структурная схема детектора, которая приведена на Рис. 5.8

Рис. 5.8. Цифровой частотный детектор

x}-0-h( -

ЮО)к

(Sk+C,)-

Следует отметить преимущества предлагаемого алгоритма демодуляции ЧМ-сигнала

♦ детектор не требует точной настройки квадратурного генератора (рис 1) на частоту fo, что позволяет ему устойчиво функционировать при значительных (до 30%) уходах частоты входного сигнала вследствие эффекта Доплера,

♦ операция деления на двучлен Зк + Ск не является обязательной, если динамика входного сигнала невелика, либо стабилизация амплитуды осуществляется при помощи АРУ в ВЧ-тракте,

♦ инвариантность алгоритма к фазе опорного и входного сигналов, а также к амплитуде входного сигнала (при наличии нормирующего множителя) увеличивает помехоустойчивость.

При достаточно больших отношениях сигнал/шум (ОСШ) на входв 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 (внутри ПЛИС) подключается еще один блок - синхронизатор, предназначение которого - восстановить истинную форму демодулированного радиосигнала за счет его накопления и анализа в течение N подряд идущих символов (в описанной далее версии демодуляторов N = 10) Синхронизатор реализует оптимальный (по критерию максимума правдоподобия) алгоритм оценки сигнала прямоугольной формы на фоне белого гауссовского шума Восстановлению подлежат истинные моменты смены символов в исходном радиосигнале (тактовая синхронизация), а также истинная полярность символов

Главными элементами синхронизатора (Рис. 5.9) являются линия задержки на N х М отсчетов (М- чиспо отсчетов на символ) и (N + 1) сумматоров, реализующих операцию накопления Синхро-

Рис. 5.9. Цифровой синхронизатор

input -О-

-Г siQ О

mod О

sign О

L mod О

:- I

sign О

L. mod О -,

- JT

symbO

symb-1

symb -N

sync

низатор функционирует следующим образом каждый отсчет входного сигнала порождает сдвиг в линии задержки, после чего вычисляются суммы каждых М подряд идущих отсчетов, определяются их модули и производится усреднение результатов по N суммам (символам). Если в какой-то момент времени каждое суммирование (по М отсчетам) будет производиться внутри одного символа, значение усредненного сигнала будет максимальным, на выходе порогового устройства появится синхроимпульс, и в этот же момент будут считаны знаки накопленных сумм, с высокой вероятностью совпадающие с полярностями символов

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 N - 1 включительно) сериях нулей и единиц , причем в конце серии отсутствует переходный процесс (направленный на устранение накопленной ошибки), что характерно для аналоговых устройств,

♦ наличие на выходв демодулятора одновременно N подряд идущих символов, что может быть важно при корреляционной обработке потока данных (например, при поиске синхро-посылок),

♦ 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 цифровой части алгоритма демодуляции и выделения синхроимпульса была выполнена на кристалле Altera FLEX10K50. Реализованное устройство состоит из входных цифровых КИХ-фильтров с восемью отводами, непосредственно блока демодуляции сигнала и бпока синхронизатора.

Для реализации входных КИХ-фильтров был использован пакет Altera DSP Design Kit. Данный пакет был выбран ввиду того, что он позволяет по рассчитанным коэффициентам цифрового фильтра быстро получить AHDL описание устройства с данными характеристиками и максимально доступной точностью при заданных значениях точности входных данных и внутреннего представления коэффициентов фильтрации Для этого исходные коэффициенты