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

Propuesta en papel

1. Descripción general

Con el desarrollo de la tecnología de comunicación digital, la digitalización se ha vuelto inevitable en el desarrollo de tecnología de la información y la comunicación Las tendencias son 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 la transmisión directa de señales PCM a largas distancias a través de relés, la transmisión de datos de computadora dentro de una red de área local a través de pares trenzados, 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 y codificación de señales de banda base, así como el 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 de los pulsos. 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) es un método de modulación que utiliza la posición relativa de los pulsos para transmitir información. Fue 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 de acuerdo con el símbolo de datos y no necesita controlar la amplitud y polaridad del pulso. Es fácil de implementar y tiene baja complejidad. PPM es particularmente adecuado para comunicaciones submarinas, comunicaciones infrarrojas de computadoras locales y otras ocasiones 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 juega un papel vital en el desempeño de los sistemas de comunicación.

Actualmente, los métodos de diseño basados ​​en chips, que utilizan herramientas EDA y dispositivos programables para diseñar chips que realicen funciones del sistema, están reemplazando gradualmente a los métodos de diseño tradicionales. La matriz de puertas programables en campo (FPGA) es un nuevo tipo de 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, alta densidad y alta gama. Tiene las características de gran escala, baja inversión en el proceso de desarrollo, programación y borrado repetibles, 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 la eficiencia del 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, que puede realizar las funciones de generación de señales PPM. y demodulación de señal PPM. Este artículo utiliza principalmente el software de herramienta Quartus II para escribir programas VHDL para implementar el sistema de banda base PPM y descargar los programas para probarlos 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 dentro de un marco. Este tiempo de cuadro 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 transmisión de información es bit/s.

La función principal del sistema de modulación y demodulación PPM es modular la señal digital de entrada para obtener una señal PPM de pulso estrecho y transmitirla en el canal demodula la señal PPM recibida para restaurar 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 intervalo de tiempo está controlada por la señal de control de ancho de pulso, y el divisor de trama cuenta la señal de intervalo de tiempo. Cuando el valor de conteo se compara con los datos de modulación, se emite un pulso cuando son iguales y se emite una señal de cuadro cuando el valor de conteo es igual al número de modulación. 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 el pulso PPM. El propósito de la señal de trama es borrar el contador. El módulo de salida genera los datos demodulados.

3. Métodos de implementación y objetivos esperados

La estructura del modelo del sistema de modulación y demodulación PPM en el 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 modelador 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 las señales de salida de dos dígitos son o1 y o2. Las funciones de sumar A y A se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Menú de conversión serie/paralelo

a

o1

Oxígeno

1

1

El divisor binario de la Figura 1 es un divisor de 4 bits que genera señales binarias altas y bajas. El comparador se utiliza para comparar los bits altos de la salida del divisor con los bits altos de la salida del sumador, y los bits bajos de la salida del divisor con los bits bajos de la salida del sumador. Cuando son iguales, genera "1", de lo contrario "0". Dado que la salida de 2 bits del divisor de frecuencia corresponde a cuatro estados (00, 01, 10, 11), cada estado se emite secuencialmente, es decir, diferentes estados corresponden a diferentes posiciones de tiempo, y las salidas del convertidor serie a paralelo dos estados, la posición inicial de dos pulsos idénticos en los dos estados (00, 10) y los cuatro estados (00, 01, 1) emitidos por el convertidor serie-paralelo cambia según el nivel del código de señal. De esta manera, se puede obtener información de salida con diferentes posiciones de inicio de pulso de salida dependiendo del nivel de código de señal. El modelador de pulso retrasa la señal de salida del comparador en un ciclo de reloj a través de un flip-flop D e invierte la señal de salida del comparador para obtener una señal PPM de pulso estrecho. Parte de demodulación: el circuito de conformación está compuesto por un flip-flop D y un inversor, y su función es dar forma a la señal PPM recibida. La función de la detección de la posición del pulso es invertir la señal, contar el reloj de alto nivel y detectar la posición de la transición de la señal 01. Luego se suman el pulso más largo y el pulso más corto detectado para obtener la información de ubicación del salto 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, es difícil escribir el programa para que cada componente implemente el circuito de conformación y evite fallas en la señal. Debido a que el principio fundamental de la modulación PPM es relativamente simple, la atención se centra en la programación y la implementación del sistema.

El entorno de software para todo el proceso de diseño es Quartus de Altera. 2 programas. El programa está escrito en lenguaje VHDL. ¿Altera? ¿Cuatro? El software de diseño 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 Quartus es una versión mejorada de MAX plus ⅱ y es el software de desarrollo de cuarta generación de Altera. Quartus proporciona un cómodo modo de entrada de diseño, compilación rápida y programación intuitiva de dispositivos.

Referencia

【1】Tecnología realista. Tecnología de desarrollo de aplicaciones CPLD/FPGA y práctica de ingeniería. Beijing: People's Posts and Telecommunications Press, 2005

[2] Ren et al. Diseño de sistema integrado basado en FPGA: Xi'an University of Electronic Science and Technology Press, 2004.

[3]Fu Yongqing. Lenguaje VHDL y sus aplicaciones. Beijing: Higher Education Press, 2005

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

Modelado y diseño de sistemas de comunicación digitales basados ​​en CPLD/FPGA. Beijing: Electronic Industry Press, 2005

[6] Yite Technology. CPLD/FPGA. Diseño de sistemas de aplicación y desarrollo de productos. Beijing: Editorial Popular de Correos y Telecomunicaciones

[7][Italia] Maria-Gabriela DiBenedetto Greno Giancola. Fundamentos de la radio de banda ultraancha. Beijing: Electronic Industry Press, 2005