Разработка устройства передачи сигналов стандарта DRM - Дипломная работа

Выбор темы дипломной работы обусловлен актуальностью цифрового радиовещания в современных условиях развития радиосистем. Помимо общеизвестных отличий цифрового радиовещания от аналогового, еще одним выгодным отличием является то, что переход на цифровое радиовещание одобрен правительством РФ. Радиовещание в КВ диапазоне является одной из важных частей мировой и национальной политики, предоставляя большие возможности для дальних радиопередач. Если радиоволна распространяется таким образом, сигнал может быть принят на расстояние тысяч километров от передатчика. Основной целью цифрового радиовещания DRM является - улучшение качества приема по сравнению с привычным аналоговым радиовещанием в КВ диапазоне, в результате переведя вещательные КВ каналы из разряда информационных в разряд художественно-информационных.Сначала происходит кодирование (сжатие, компрессия) сигналов. Кодирование необходимо для понижения скорости передачи цифровых потоков, поступающих на вход передающей части DRM. В передающем тракте системы DRM формируются три системных канала: · Main Service Channel (MSC - главный канал передачи пользовательской информации); В канале FAC передается информация о полосах частот, занимаемых радиосигналами DRM, режиме модуляции, количестве и типах цифровых потоков в MSC, идентификации программ и др. Канал SDC предназначен для передачи информации о конфигурации мультиплексирования MSC, условном доступе, частоте сигнала, районе обслуживания, языке вещания, времени, дате и др.Наиболее простым вариантом цифрового передатчика с цифровым выходом можно считать комбинацию из цифрового сигнального процессора (DSP) и прямого цифрового синтезатора частоты (DDS), рис.2. Такой передатчик может формировать сигналы с амплитудно-фазовыми видами модуляции (АМ, ЧМ, SSB, PSK, FSK, QAM) на частотах до десятков МГЦ. Альтернативой DSP, при реализации цифровой обработки сигналов, являются ПЛИС (программируемая логическая интегральная схемы). Быстродействие ПЛИС позволяет реализовывать многие алгоритмы в радиочастотном тракте (в частности алгоритмы фильтрации). В нашем устройстве мы будем использовать в качестве ядра цифрового формирования ВЧ сигналов ПЛИС.Последовательный ввод-вывод используется для обмена данными между микроконтроллером и удаленными периферийными устройствами ввода-вывода. Данные передаются в последовательном коде, т.е. биты передаются во временной последовательности друг за другом по одному каналу связи. Это дает возможность использовать один канал связи вместо нескольких в случае параллельного кода.Проектируемое цифровое устройство строится на основе цифровых интегральных микросхем. В настоящее время наиболее широко распространены две технологии изготовления цифровых микросхем - ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) и КМОП (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник). Цифровые схемы рекомендуется строить, используя микросхемы только одного типа логики. Тип логики выбирают исходя из следующих соображений: скорость или рабочая частота, энергопотребление. Воспрепятствовать формированию различных типов логики может несовместимость входных логических уровней, возможности выходного формирователя, напряжения питания.В данном разделе будет представлена структурная схема устройства. На рис.4 представлена общая структурная схема разрабатываемого устройства.Микроконтроллер в нашем устройстве служит для программирования схемы DDS и взаимодействия с ПЛИС. Он управляет сбросом и запуском ПЛИС, в нем задаются параметры DRM сигнала такие, как частота, параметры MDI и т.п. У DDS есть программируемый интерфейс, а в микроконтроллере есть программа, которая после запуска передает соответствующие команды DDS. Сначала запускается микроконтроллер, у него есть свой кварцевый резонатор, поэтому ему тактовая частота от блока формирования частоты не нужна. Далее микроконтроллер программирует блок DDS, после того как DDS сформировал опорную частоту, микроконтроллер программирует ПЛИС.В ПЛИС происходит основная обработка входного сигнала (фильтрация, интерполяция, БПФ и т.д.) и получение выходного. Сигнал DRM имеет максимальную полосу пропускания 20 КГЦ, частота дискретизации звуковых частот 48 КГЦ. Следовательно основная обработка в нашем устройстве будет осуществляться на частоте дискретизации 48 КГЦ. В продаже удалось найти доступный фильтр только на частоту 98,304 МГЦ, кратную частоте 48 КГЦ. ПЛИСЫ компании Altera обеспечивают надежность и многообразие функциональных возможностей, а также гарантируют низкое энергопотребление, являясь, таким образом, идеальными для экологичных, высокопродуктивных устройств и систем.Процесс фильтрации и интерполяции сигнала осуществляется для подачи сигнала на ЦАП от ПЛИС. Он реализуется программно в среде моделирования Matlab (код программы в Приложении 3), и затем на основе полученной модели в САПР Quartus Altera. После кодера-модулятора сигнал с частотой дискретизации 768 КГЦ поступает в канальный фильтр, который обеспечивает основное подавление вне полосы (порядка 35-40 ДБ). Д

Содержание

1. Введение

2. DRM

2.1 Основные технические характеристики

2.2 Блок-схема передающей части системы DRM

3. Цифровая система передачи

4. Последовательный интерфейс

5. Логические уровни

6. Разработка структурной схемы

6.1 Общая структурная схема

6.2 Микроконтроллер

6.3 Программируемая логическая интегральная схема

6.3.2 Схема фильтрации и интерполяции сигнала

6.4 Цифроаналоговый преобразователь

6.5 Блок формирования опорной частоты

6.6 Подробная структурная схема

7. Экономическая часть

7.1 Затраты на НИОКР

8. Безопасность жизнедеятельности

8.1 Электромагнитная безопасность

8.2 Защита от воздействия электромагнитного поля

8.3 ЭМП диапазона частот 30 КГЦ - 30 МГЦ

8.4 Причины возникновения пожаров

8.5 Категория помещения по пожарной безопасности

8.6 Профилактика пожара

9. Выводы и результаты

9.1 Состав испытуемого оборудования

9.2 Методика испытаний

9.3 Результаты испытаний

Список литературы

Приложения

Выбор темы дипломной работы обусловлен актуальностью цифрового радиовещания в современных условиях развития радиосистем. Помимо общеизвестных отличий цифрового радиовещания от аналогового, еще одним выгодным отличием является то, что переход на цифровое радиовещание одобрен правительством РФ.

Радиовещание в КВ диапазоне является одной из важных частей мировой и национальной политики, предоставляя большие возможности для дальних радиопередач. КВ - диапазон радиоволн с частотой от 3 МГЦ (длина волны 100 м) до 30 МГЦ (длина волны 10 м). Коротковолновый радиоканал в настоящее время является эффективным средством решения проблем дальней связи. До недавнего времени их не внедряли вследствие их громоздкости, сложности в эксплуатации, низкой пропускной способности и надежности связи. Стремительное развитие вычислительной техники и микроэлектроники стимулировало успехи в развитии технологии коротковолновой связи. КВ диапазон имеет некоторые особенности распространения волн. Они могут отражаться от верхних слоев атмосферы и достигать объектов вне прямой видимости. КВ диапазон, в основном, используется для любительской, персональной и служебной радиосвязи, а также для международного радиовещания. При таком типе распространения сигнал наземной антенны отражается от ионосферы, по направлению к Земле. Отражение сигнала от верхних слоев атмосферы может происходить многократно. Если радиоволна распространяется таким образом, сигнал может быть принят на расстояние тысяч километров от передатчика. Однако коротковолновый радиоканал существенно зависит от состояния ионосферы, которая, как известно, нестабильна. Достаточно низкое качество аналогового АМ вещания, объясняемое большой зависимостью от изменяющихся параметров ионосферного распространения радиоволн, приводит к убыванию возможных радиослушателей. Основной целью цифрового радиовещания DRM является - улучшение качества приема по сравнению с привычным аналоговым радиовещанием в КВ диапазоне, в результате переведя вещательные КВ каналы из разряда информационных в разряд художественно-информационных.

Digital Radio Mondiale (DRM) единственное в своем роде стандартизованное и признанное на мировом уровне решение для цифрового вещания в КВ диапазоне (до 30 МГЦ). DRM был разработан международным консорциумом. В него входят организаторы радиовещания со всего мира. Стандарт уже находится в постоянном использовании у некоторых радиовещателей Европы. У других же пока проходит этап тестирования. Чаще всего вещание в DRM происходит в Германии, чем в других странах. Германия крупнейшая поставляющая база данного формата. В Германии сильная исследовательская база для развития цифрового радио, которая помогает продолжать развивать DRM.

В России была принята государственная программа по DRM.28 марта 2010 года премьер-министром РФ Владимиром Путиным было подписано распоряжение Правительства РФ № 445-р. В распоряжении говорится о целесообразности внедрения в Российской Федерации европейской системы цифрового радиовещания DRM. Также распоряжение, Минкомсвязи и Минпромторгу России организовать в 2011 году разработку национальных стандартов системы цифрового радиовещания DRM. И Ростехрегулированию обеспечить утверждение в установленном порядке национальных стандартов системы цифрового вещания DRM. К 2015 году планируется развернуть по стране сеть, которая позволит пользоваться всеми преимуществами цифрового радио. система цифровое радиовещание стандарт

2. DRM

Digital Radio Mondiale (DRM - всемирное цифровое радио) - это система цифрового радиовещания (ЦРВ) со множеством функций, которая применяется в диапазонах частот, не более 30 МГЦ.

Значения ширины полос частот, занимаемых радиосигналами DRM радиовещания: 4,5; 5; 9; 10; 18 и 20 КГЦ.

DRM может обеспечить прием стереофонических и монофонических программ с качеством звуковоспроизведения, намного более высоким, чем при АМ-радиовещании. Возможна также передача всем или некоторым пользователям речевые сигналы и разнообразная дополнительная информация.

Также DRM предоставляет возможность для совместной передачи в одном канале сигнала цифрового радиовещания и аналогового сигнала с АМ иои ОМ модуляцией.

Технические решения, реализованные в системе DRM, дают высокую устойчивость приема сигналов при воздействии неблагоприятных факторов в каналах передачи (помехи, замирания, многолучевое распространение и т.д.). Это дает возможность осуществлять качественный прием сигналов DRM в стационарных и походных условиях, а также в транспорте или других подвижных объектах.

Система DRM построена таким образом, что обеспечивает выполнение самых разных требований радиовещательных служб во всем мире.

Если необходимо передать одну и ту же программу в нескольких разных радиоканалах, в системе DRM есть функция автоматической настройки приемника на частоту канала, оптимальную с точки зрения качества приема [1].