Principios relacionados con la modulación de posición de pulso PPM, métodos de implementación, materiales, artículos y artículos.

Diseño de sistema de banda base PPM basado en FPGA

Informe de propuesta

1. Descripción general

Con el desarrollo de la tecnología de comunicación digital, la digitalización. se ha convertido en La tendencia inevitable del desarrollo de la tecnología de la información y la comunicación actual es también la base de la sociedad de la información. El método de transmisión de banda base de comunicación digital es el método de transmisión más básico de comunicación digital, como el uso del modo de relé para transmitir directamente señales PCM a largas distancias, el uso de pares trenzados para la transmisión de datos de computadora en LAN, etc. Este sistema que transmite directamente señales de banda base sin utilizar equipos o dispositivos de módem de operador se denomina sistema de transmisión de banda base. Para todo el sistema de banda base, la generación, multiplexación, codificación de señales de banda base y procesamiento de señales de banda base en el extremo receptor son muy importantes. La modulación de pulsos es un método de transmisión de modulación importante en los sistemas de banda base digitales. Hay tres formas básicas de convertir una secuencia digital en una secuencia de pulsos: cambiar la amplitud, la posición y el período del pulso. Los métodos de modulación correspondientes se denominan modulación de amplitud de pulso, modulación de posición de pulso y modulación de duración de pulso. Entre ellos, la modulación de posición de pulso (PPM) utiliza la posición relativa del pulso para transmitir un método de modulación de información, propuesto por primera vez por Pierce JR. y aplicado a las comunicaciones espaciales. En las comunicaciones ópticas, este método de modulación puede lograr la velocidad de transmisión de datos más alta con la potencia óptica promedio más pequeña. La ventaja de PPM es que solo necesita controlar la posición del pulso según el símbolo de datos, y no necesita controlar la amplitud y polaridad del pulso. Facilita la modulación y demodulación con menor complejidad. PPM es especialmente adecuado para comunicaciones submarinas y urbanas. Computadoras, comunicaciones por infrarrojos y otras situaciones que requieren una potencia promedio baja para transmitir información. La modulación de señal PPM se utiliza ampliamente en los campos tecnológicos de vanguardia de las comunicaciones modernas, como las comunicaciones ópticas y las comunicaciones móviles de banda ultraancha. La modulación y recepción de señales PPM juegan un papel importante en el rendimiento del sistema de comunicación.

Actualmente, los métodos de diseño basados ​​en chips que utilizan herramientas EDA, dispositivos programables y chips de diseño para realizar funciones del sistema están reemplazando gradualmente a los métodos de diseño tradicionales. Field Programmable Gate Array (FPGA) es un nuevo dispositivo lógico programable de alto rendimiento desarrollado sobre la base de un dispositivo lógico programable complejo (CPLD). Puede completar funciones de circuitos lógicos combinacionales y de temporización extremadamente complejas, y es adecuado para campos de diseño de circuitos lógicos digitales de alta velocidad y alta densidad. Tiene las características de gran escala, baja inversión en el proceso de desarrollo, programación y borrado repetidos, herramientas de desarrollo inteligentes y funciones potentes, que satisfacen las necesidades del desarrollo de dispositivos lógicos programables.

En comparación con los métodos de implementación tradicionales, el sistema de modulación y demodulación PPM implementado en FPGA mejora la eficiencia del diseño y mejora la eficiencia de trabajo del sistema de modulación y demodulación PPM.

2. Contenido de la investigación

El contenido principal de todo el proceso de diseño es utilizar la programación en lenguaje VHDL para implementar un sistema de banda base PPM en FPGA. Este sistema puede realizar la generación de señales PPM y PPM. demodulación de señal y otras funciones. El software de la herramienta Quartus II se utiliza principalmente para escribir programas VHDL para implementar el sistema de banda base PPM, y los programas se descargan y prueban en la placa experimental del dispositivo lógico programable.

El principio de PPM es dividir un período de tiempo en M partes iguales, cada parte igual se llama intervalo de tiempo y se envía un pulso en un intervalo de tiempo determinado dentro de un cuadro. Este tiempo de trama es una señal PPM, que incluye M intervalos de tiempo y un tiempo de guardia. Supongamos que el tiempo de transmisión de una trama es T, entonces la velocidad de transferencia de información es bit/s

Las funciones principales del sistema de modulación y demodulación PPM son las siguientes: modular la señal digital de entrada para obtener un pulso estrecho Señal PPM para transmisión en el canal; El extremo receptor demodula la señal PPM recibida y restaura la señal digital.

La modulación PPM es en realidad un proceso de conteo de pulsos de salida.

La relación de división de frecuencia del divisor de frecuencia del intervalo de tiempo está controlada por la señal de control de ancho de pulso. El divisor de frecuencia de cuadro cuenta la señal del intervalo de tiempo. Cuando el valor de conteo se compara con los datos modulados, cuando los dos son iguales, se emite un pulso. Cuando el valor del conteo es igual a los datos modulados, se emite un pulso. Cuando los números base son iguales, se emite la señal de cuadro. La señal de pulso PPM de salida y la señal de trama se envían al demodulador a través del módulo de salida. Al mismo tiempo, la señal del intervalo de tiempo también se envía al demodulador. El demodulador PPM cuenta la señal del intervalo de tiempo y genera el valor de conteo cuando ocurre un pulso PPM. La función de la señal de trama es borrar el contador. Los datos demodulados se emiten a través del módulo de salida.

3. Métodos de implementación y objetivos esperados

La estructura del modelo del sistema de modulación y demodulación PPM del proceso de diseño se muestra en la Figura 1. El sistema consta principalmente de dos partes: la parte de modulación: conversión de serie a paralelo, divisor de frecuencia binaria, comparador y formador de pulso estrecho; la parte de demodulación: circuito de conformación, circuito de extracción de reloj, circuito de detección de posición de pulso y decodificador.

Figura 1 Estructura del principio del sistema de modulación y demodulación PPM

El convertidor serie/paralelo de la Figura 1 es equivalente a un sumador binario. Suponga que la señal de entrada es a y que las señales de salida de dos bits son o1 y o2. La función de sumar a y a se muestra en la Tabla 1. Lista de funciones de conversión en serie/paralelo

Tabla 1. Lista de funciones de conversión en serie/paralelo

a

o1

o2

1

1

El divisor de frecuencia binario en la Figura 1 es un divisor de frecuencia de 4 bits, que genera Señales binarias de 2 bits altas y bajas. El comparador se utiliza para comparar el bit alto de la salida del divisor de frecuencia con el bit alto del sumador y el bit bajo del divisor de frecuencia con el bit bajo del sumador. Cuando son iguales, genera "1". en caso contrario es "0". Dado que la salida de 2 bits del divisor de frecuencia corresponde a cuatro estados (00, 01, 10, 11), cada estado se emite en secuencia, es decir, diferentes estados corresponden a diferentes posiciones de tiempo, y el convertidor serie-paralelo genera dos estados, y los dos estados (00, 10) emitidos por el convertidor serie-paralelo son los mismos que dos de los cuatro estados (00, 01, 10, 11) del divisor de frecuencia. Por lo tanto, solo el comparador. genera dos estados del divisor de frecuencia. La salida es "1" solo en un estado (00, 01) y "0" en otras situaciones. Dado que se emiten cuatro estados diferentes en un ciclo de división de frecuencia del divisor de frecuencia. una división de frecuencia Durante el ciclo, el dedo comparador emite un pulso "1". La posición inicial de este pulso cambia según el nivel del código de señal. De esta manera, se puede obtener información de salida con diferentes posiciones iniciales de los impulsos de salida con diferentes niveles de los códigos de señal adjuntos. El formador de pulsos retrasa la señal de salida del comparador en un ciclo de reloj a través de un flip-flop D, invierte la fase y luego la conecta con la señal de salida del comparador para obtener una señal PPM de pulso estrecho. Parte de demodulación: el circuito de conformación consta de un flip-flop D y un inversor, y su función es dar forma a la señal PPM recibida. La función de la detección de posición del pulso es invertir la señal y luego usar el nivel alto para contar el reloj y detectar la posición transformada por la señal 01. Luego agregue el pulso más largo y el pulso detectado más corto para obtener la información de posición de la transición de señal real. Finalmente, el decodificador convierte la información de transición de nivel alto y bajo de la señal de datos en una señal de datos con cambios de nivel.

Lo más importante en el proceso de diseño es el diseño de conexión entre varias partes. Entre ellos, la programación de cada programa de componentes y la implementación del circuito de conformación para evitar rebabas de señal son más difíciles. Debido a que el principio fundamental de la modulación PPM es relativamente simple, la atención se centra en la escritura del programa y la implementación del sistema.

El entorno de software de todo el proceso de diseño es el software Quartus II de Altera. Y utilice el lenguaje de descripción de hardware VHDL para escribir el programa. El software de diseño Altera® Quartus® II proporciona un entorno de diseño multiplataforma completo que puede satisfacer directamente necesidades de diseño específicas y proporciona un entorno de diseño integral para sistemas en chips programables (SOPC). El paquete de software QuartusⅡ es una versión mejorada de MAX+plusⅡ, el software de desarrollo de cuarta generación de Altera. QuartusⅡ proporciona métodos de entrada de diseño convenientes, compilación rápida y programación de dispositivos sencilla y fácil de entender.

Referencias

[1] Tecnología Qiushi. Tecnología de desarrollo de aplicaciones CPLD/FPGA y práctica de ingeniería. Beijing: People's Posts and Telecommunications Press, 2005

[2]. Ren Aifeng et al. Diseño de sistemas integrados basados ​​en FPGA. Xi'an: Xi'an University of Electronic Science and Technology Press, 2004

[3] Lenguaje VHDL y su aplicación. Education Press, 2005

[4] Beijing Baike Sunac Technology Co., Ltd. Guía de experimentos SOPC Beijing: 2005

[5] Duan Jihai et al. diseño basado en CPLD/FPGA Design. Beijing: Electronic Industry Publishing House, 2005

[6] Yite Technology. Diseño de sistemas de aplicaciones y desarrollo de productos. >

[7] [Italiana] Maria-Gabriella Di Benedetto Guerino Giancola. Fundamentos de la radio de banda ultraancha Beijing: Electronic Industry Press, 2005