Требования к курсовой работе и ее оформлению

1.Структура пояснительной записки (ПЗ)

Пояснительная записка КР включает составные элементы, располагаемые в следующей последовательности:

• титульный лист,

• заглавный лист (содержание ПЗ),

• введение,

• основная часть,

• заключение,

• список использованных источников,

• приложения.

1. Титульный лист выполняется на бумаге формата А4 по утвержденной форме (Приложение А).

2. В заглавном листе (содержании ПЗ) дается перечень наименований разделов и подразделов с их последовательной нумерацией в точном соответствии с их наименованием в тексте ПЗ.

3. Введение – вступительный раздел текста ПЗ, в котором кратко излагается содержание КР, отмечаются особенности отдельных частей (блоков), применение ЭВМ и т.п. Объем текста 0.5..1страница. Этот раздел не имеет порядкового номера.

4. Основное содержание ПЗ состоит из задания на КР и текста, в котором изложено исполнение задания. Основное содержание делится на разделы, подразделы и пункты.

5. В разделе “Заключение” подводится итог проделанной работы, например, сравниваются показатели качества разработанного устройства с требованиями технического задания на проектирование. Объем текста менее 1 страницы. Раздел не имеет порядкового номера.

6. В список использованных источников заносятся источники информации, используемые в КР под порядковыми номерами в последовательности ссылки на них в тексте. Заголовок списка не имеет порядкового номера.

7. В необязательный раздел “Приложения” включают необходимый материал, возникающий в процессе работы и делающий ее содержание более понятным и информативным. Каждое приложение начинается с нового листа. Выше текста приложения, по середине страницы пишется заголовок, например, Приложение А, Приложение Б и т.д. Наименование приложения пишется под заголовком строчными буквами кроме первой прописной.

2. Оформление пояснительной записки

2.1. Пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4

2.2. Все листы КР сшиваются в ПЗ и нумеруются последовательно, начиная с цифры 1.

Номер листа пишется арабскими цифрами в правом углу нижнего поля листа без черточек и скобок. Титульный лист является первым листом ПЗ, но номер на нем не ставится.

2.3. Текст ПЗ выполняется в одностороннем исполнении. Рабочее поле листа ограничено рамкой (на лист не наносится): слева –25мм, сверху – 15мм, справа – 8мм, снизу –15мм.

2.4. Разделы, подразделы и пункты нумеруются арабскими цифрами.

3.Оформление текста пояснительной записки КР

3.1. Текст ПЗ выполняется на компьютере или рукописно чернилами или шариковой ручкой черного цвета.

3.2. Каждый раздел начинается с нового листа. Наименования разделов записываются после их порядкового номера строчными буквами кроме первой прописной одинаковой высоты с цифрами. Слова в наименовании разделов и подразделов пишутся без переносов. Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой. В конце заголовка точка не ставится.

3. Наименования подразделов и пунктов начинаются с прописной буквы после их порядковых номеров, а остальные буквы являются строчными. Наименование подраздела может располагаться в любом месте листа ПЗ, но после наименования должно быть не менее трех строк текста от нижнего поля листа.

4. Порядковые номера всех заголовков записывают с красной строки (абзацный отступ равен 15-17мм), заголовки отделяются от текста пустой строкой. Сокращение слов в заголовках не допускается.

5. Формулы могут нумероваться для ссылок в тексте. Номер формулы записывается в строке, где формула заканчивается, у правого края лиса в круглых скобках арабскими цифрами. Нумерация формул может быть единой для всего текста (сквозной) или осуществляться внутри разделов. В последнем случае номер формулы должен содержать номер раздела и номер формулы в нем, разделенные точкой.

При выполнении расчетов по формуле сначала записывается математическая формула, затем формула с подставленными в нее числовыми значениями, а после этого результат вычислений.

3. Формулы записываются в отдельной строке.

4. Таблицы нумеруются так же, как и формулы. Заголовок таблицы записывается строчными буквами кроме первой прописной после слова “Таблица”.

4.Оформление иллюстраций в пояснительной записке

4.1. Все иллюстрации (схемы, графики, чертежи и диаграммы) обозначаются в ПЗ как рисунки. Нумерация рисунков аналогична нумерации формул и таблиц. Рисунки могут иметь заголовок, помещаемый под рисунком.

Методические рекомендации по выполнению курсовой работы

1. Начать работу нужно с изучения следующих разделов конспекта лекций по дисциплине «Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры в системах подвижной радиосвязи»:

• Дискретизация,

• Цифровые фильтры,

• Цифровые узлы устройств цифровой обработки сигналов

.

2. Приступив к выполнению курсовой работы, целесообразно воспользоваться приводимыми ниже методиками расчета и моделирования в программной среде Mathcad:

1. Выбор частоты дискретизации;

2. Формирователь сигнала DBPSK;

3. Автокорреляционный демодулятор сигнала DBPSK.

При проектировании можно воспользоваться также следующими источниками информации:

1. . В.Г.Иванова, А.И.Тяжев. Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры / Под редакцией д.т.н., профессора Тяжева А.И. - Самара, 2008г.,

2. К.Феер. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. – М.: Радио и связь, 2000. – 520 с.: ил.

1. Выбор частоты дискретизации

1. Ширина спектра сигнала на выходе формирователя определяется соотношением

.

2. Так как частота дискретизации должна быть больше удвоенной ширины спектра

сигнала, примем

(1)

3. Количество отсчетов сигнала в элементарной посылке равно

(2)

4. Количество отсчетов в периоде несущей равно

, (3)

где F₀ = частота несущей, приведенная в интервал Котельникова.

По условию задания частота несущей равна четверти частоты дискретизации, поэтому

n₀ = 4.

5. При автокорреляционном детектировании необходимо, чтобы в длительности элементарной посылки укладывалось целое число полупериодов несущей сигнала. Следовательно, должно выполняться условие

, (4)

где L– целое число.

6. Из (1) – (4) следует, что

(5)

Полученное значение округляется до ближайшего большего целого числа.

7. При найденном значении L уточняется по (4) количество отсчетов в элементарной посылке n_v.

8. По (2) уточняется значение частоты дискретизации.

2. Формирователь сигнала DBPSK

2.1. Укрупненный алгоритм формирования сигнала DBPSK

На рисунке 1 показан укрупненный алгоритм функционирования формирователя сигнала двухпозиционной фазоразностной манипуляции DBPSK.

Временная диаграмма рисунка 2 поясняет принцип работы блока перекодирования

На входе блока перекодирования действует передаваемый сигнал x_n, представляющий собой последовательность элементарных посылок длительностью T. На второй вход этого блока подается вспомогательная последовательность единичных отсчетов I_n, действующих на границах элементарных посылок.

Сигнал на выходе перекодирующего устройства определяется следующим соотношением

Значение текущей посылки перекодированного сигнала определяется на границе посылки при I_n>0. Если знак произведения отсчета текущей посылки x_n на предыдущее значение отсчета перекодированной посылки отрицателен, то x_{p n} = -X, если положителен – то X. При I_n = 0 значение перекодированного сигнала остается неизменным.

Для сужения ширины спектра выходного сигнала формирователя перекодированный сигнал пропускается через ФНЧ. В качестве ФНЧ часто используют нерекурсивный цифровой фильтр с АЧХ вида «приподнятый косинус», которая минимизирует межсимвольные искажения.

Сигнал на выходе формирователя получается путем перемножения отфильтрованного перекодированного сигнала на синусоидальную несущую.

2.2. Расчет и моделирование ФНЧ

АЧХ фильтра показана на рисунке 3, где f_og = F_g/F_Д – нормированная граничная частота, F_g – абсолютное значение граничной частоты на уровне 0.5, F_Д – частота дискретизации; - коэффициент округления АЧХ; f_o –текущее значение нормированной частоты.

АЧХ описывается следующим соотношением

Минимальное значение граничной частоты равно частоте манипуляции

F_g = F_М = 1 / (2Т).

Указанную характеристику может обеспечить нерекурсивный цифровой фильтр с линейной ФЧХ, схема которого приведена на рисунке 4.

Фильтр выполнен на основе цифровой линии задержки с отводами, содержащей 2К₀ элементов. Линейность ФЧХ обеспечивается за счет симметрии коэффициентов B относительно середины линии задержки.

Для фильтра с АЧХ «Приподнятый косинус» коэффициенты B можно рассчитать по формулам:

Программа расчета фильтра приведена в Приложении А.

Реальная АЧХ фильтра (рисунок 5) отличается от идеальной пульсациями, уровень которых в полосе задерживания не должен превышать 1/А_z1.

Рисунок 5 – Функция «приподнятый косинус» и АЧХ (пунктир) ФНЧ

при f_og = 0.05, α =0.5, A_z1 = 40дБ и К₀=25

Сигнал на выходе фильтра определяется на основании следующего соотношения

На рисунке 6 показаны временные диаграммы сигналов на входе и выходе ФНЧ.

Рисунок 6 – Временные диаграммы сигнала на входе и выходе ФНЧ

Из него видно, что выходной сигнал отличается от входного крутизной фронтов и изменяющимся уровнем посылок позитива и посылок негатива.

2.3. Формирование несущей и выходного сигнала

Синусоидальное колебание несущей получается из пилообразного колебания, частота которого определяется константой

A = 2 F₀ / F_Д,

где F₀ – частота несущей.

Отсчет пилообразного колебания формируется на основании следующего соотношения при начальном значении z₀ = 0 и n = 1, 2, ..

Отсчет синусоидального колебания связан с отсчетом пилы следующим образом:

Выходной сигнал модулятора равен

На рисунке 7 показаны временные диаграммы выходного сигнала модулятора при наличии и отсутствии ФНЧ.

Рисунок 7 – Выходной сигнал модулятора при отсутствии (а)

и при наличии (б) ФНЧ

Из сравнения рисунков а) и б) следует, что при отсутствии ФНЧ ярко выражены скачки фазы сигнала при постоянной амплитуде. Применение ФНЧ вызывает изменение огибающей сигнала, а переходы от посылок позитива к посылкам негатива и наоборот становятся более плавными.

На рисунках 8 и 9 показаны спектры сигнала на выходе модулятора при наличии и отсутствии ФНЧ. Видно, что ФНЧ подавляет боковые лепестки спектра, повышая спектральную эффективность системы связи.

Рисунок 8 – Амплитудный спектр сигнала на выходе модулятора

при наличии ФНЧ

Рисунок 9 – Амплитудный спектр сигнала на выходе модулятора

при отсутствии ФНЧ

3. Автокорреляционный демодулятор сигнала DBPSK

3.1. Укрупненный алгоритм функционирования демодулятора

Укрупненный алгоритм функционирования автокорреляционного демодулятора сигнала двухпозиционной фазоразностной манипуляции приведен на рисунке 10.

Демодулятор состоит из полосового фильтра основной селекции, автокорреляционного детектора, интегратора, обеспечивающего помехоустойчивость при действии флуктуационных помех, формирователя прямоугольных элементарных посылок и блока синхронизации, вырабатывающего единичные отсчеты на границах элементарных посылок. Последовательность единичных отсчетов необходима для обнуления интегратора на границе элементарной посылки и определения знака выходного сигнала формирователя в зависимости от знака выходного сигнала интегратора в конце интервала интегрирования.

Рассмотрим детальные алгоритмы работы блоков, представленных на рисунке 10.

3.2. Полосовой фильтр основной селекции

Исходными данными для расчета полосовых фильтров являются:

- коэффициент прямоугольности k _p

- неравномерность АЧХ в полосе пропускания в дБ ,

- ослабление в полосе задерживания в дБ A_pz ,

- частота дискретизации в кГц F_Д ,

- полоса пропускания в кГц П = ΔF ,

- средняя частота полосы пропускания в кГц F ₀ (средняя частота сигнала на

входе АЦП, приведенная в интервал Котельникова).

На рисунке 11 показана типичная АЧХ рекурсивного эллиптического полосового фильтра и её характеристики.

Рисунок 11- АЧХ полосового фильтра основной селекции

Цифровой фильтр реализуется в виде последовательного соединения звеньев второго порядка (рисунок 12) с масштабным коэффициентом М_vна выходе, обеспечивающим требуемый коэффициент передачи фильтра.

Рисунок 12 – Последовательное соединение звеньев второго порядка.

Типовая схема звена второго порядка приведена на рисунке 13.

Рисунок 13 – Типовая схема звена второго порядка

Для расчета фильтров можно воспользоваться программой FILTRP (FILTRD).

Результатом расчета по этой программе являются:

• коэффициенты системной функции последовательно соединенных звеньев второго

порядка A1_L A2_L, B1_L, B2_L, где L - порядковый номер звена;

• масштабные коэффициенты на входах звеньев M_L и на выходе фильтра M_V.

Расчет АЧХ фильтра целесообразно выполнить в среде MathCad. Программа расчета АЧХ приведена в Приложении Б.

3.3. Автокорреляционный детектор

Схема детектора приведена на рисунке 14. Он состоит из цифровой линии задержки, перемножителя и триангулярного ФНЧ. Количество элементов задержки должно быть равно количеству отсчетов в элементарной посылкеn_v. Цифровой фильтр нужен для устранения побочных высокочастотных продуктов детектирования

На рисунке 15 приведены временные диаграммы сигналов автокорреляционного детектора. Из него видно, что после перемножителя наряду с полезным продуктом детектирования имеется интенсивная высокочастотная составляющая, которую убирает ФНЧ.

Рисунок 15 – Временные диаграммы сигналов автокорреляционного

детектора: а) после перемножителя, б) на выходе фильтра

Из рисунке 15 видно также, что форма сигнала на выходе фильтра отличается от последовательности передаваемых элементарных посылок. При наличии помехи указанное отличие становится еще больше.

3.4. Узел синхронизации

Для повышения помехоустойчивости приема при действии флуктуационной помехи на выходе детектора включается интегратор, а для формирования последовательности прямоугольных элементарных посылок – формирователь. Обеспечивает работу этих блоков узел синхронизации.

Узел синхронизации вырабатывает последовательность единичных отсчетов, период следования которых равен длительности элементарных посылок. Для того чтобы единичные отсчеты соответствовали границам элементарных посылок, необходимо обеспечить подстройку их фазы по сигналу на выходе детектора. Эталонным сигналом для подстройки служат единичные отсчеты на выходе выделителя фронтов выходного сигнала детектора.

Алгоритм функционирования узла синхронизации приведен на рисунке 16.

Узел синхронизации состоит из выделителя фронтоввыходного сигнала детектора,генератора пилы, охваченного кольцом ФАПЧ, иформирователя единичных отсчетов.

Выделитель фронтов вырабатывает выходной сигнал согласно следующему соотношению:

На рисунке 17 показаны сигналы на входе и выходе выделителя фронтов.

Принцип подстройки фазы генератора пилообразных колебаний с периодом, равным длительности элементарной посылки поясняет рисунок 18.

Отсчет I_{g n} формируется или при нулевом значении пилы, или при переходе пилы с отрицательного на положительное значение. Если пилообразное колебание сфазировано правильно, то единичному отсчету сигнала выделителя фронтов I_{F n} соответствует нулевое значение z_gn. При неправильном фазировании единичный отсчет I_{F n} приходится либо на отрицательное, либо на положительное значение z_gn.

Рисунок 17 – Входной и выходной сигналы выделителя фронтов

Это обстоятельство используется для подстройки фазы пилообразного колебания в соответствии со схемой рисунка 16. На этом рисунке A_g0 – значение константы пилы при разомкнутом кольце автоподстройки, а R – константа управления. Эти константы определяются следующим образом:

Ниже приводится фрагмент программы определения массива отсчетов пилообразного колебания z_g в программной среде MathCad

Последовательность выходных отсчетов блока формируется согласно следующему соотношению:

Смысл этого соотношения состоит в том, что выходной отсчет равен 1, если z_{g n} = 0 или имеет место переход пилы с отрицательного на положительное значение. В противном случае выходной сигнал блока равен нулю.