Введение. Исходные данные к проекту:

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Тема: РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ СТАНДАРТА DRM

Студент гр. 5097/2 М.А. Журавлёв

Санкт-Петербург

Исходные данные к проекту:

Вид сигналов: стандарт DRM ETSI ES 201 980 v.2.2.1.

Вход: цифровой интерфейс управления-данных RS-232C, 115200 Бит/с, по протоколу MDI ETSI TS 102 820 v.3.1.1.

ВЧ выход: аналоговый сигнал в диапазоне несущих частот 1, 5-30 МГц, выходная нагрузка 50 Ом, выходное напряжение 3 В.

ПЛИС: Altera Cyclone.

Контроллер: Atmel Atmega128.

Источник питания: один источник +5B, 5А.

Вход внешней синхронизации опорного генератора 10 МГц.

Индикатор и клавиатура управления.

Техническое задание:

- разработать структурную схему устройства;

- разработать принципиальную схему;

- разработать программную часть устройства в соответствии со стандартом;

- обеспечить соответствующие параметры на выходе устройства:

Δ f = 1, 5-30 МГц; Rвых = 50 Ом; Uвых = 3 В; подавление вне полосы = 60 дб; MER ≥ 40дБ;

Реферат.

с.59, рис.20, табл.9

DRM, ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС, ЛОГИЧЕСКИЕ УРОВНИ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, ПЛИС, ЦАП, БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ.

Разработано устройство передачи сигналов стандарта DRM в КВ диапазоне. Разработана структурная схема устройства, разработана схема формирования опорной частоты. Приведены схемы соединения основных элементов схемы, и их характеристики. Построены принципиальные схемы.Приведено технико-экономическое обоснование проекта. Решены вопросы техники безопасности, промышленной санитарии, электробезопасности, пожарной безопасности. Приведены спецификации.

Содержание.

1.Введение………………………………………………………………...5

2.DRM……………………………………………………………………..7

2.1 Основные технические характеристики………………………….7

2.2 Блок-схема передающей части системы DRM………………….8

3.Цифровая система передачи………………………………………….11

4.Последовательный интерфейс………………………………………..15

5.Логические уровни…………………………………………………….16

6.Разработка структурной схемы………………………………………18

6.1 Общая структурная схема………………………………………..18

6.2 Микроконтроллер…………………………………………………19

6.3 Последовательная логическая интегральная схема…………….20

6.3.1 Кодер-модулятор……………………………………………...21

6.3.2 Схема фильтрации и интерполяции сигнала………………..22

6.4 Цифро-аналоговый преобразователь……………………………23

6.5 Блок формирования опорной частоты…………………………..26

6.6 Подробная структурная схема…………………………………...28

7.Экономическая часть………………………………………………….30

7.1. Затраты на НИОКР……………………………………………….30

8.Безопасность жизнедеятельности…………………………………….36

8.1 Электромагнитная безопасность…………………………………36

8.2 Защита от воздействия электромагнитного поля……………….37

8.3 ЭМП диапазона частот 30 кГц – 30 МГц………………………..39

8.4 Причины возникновения пожаров……………………………….41

8.5 Категория помещения по пожарной безопасности……………..41

8.6 Профилактика пожара…………………………………………….41

9.Выводы и результаты…………………………………………………44

9.1 Состав испытуемого оборудования………………………………44

9.2 Методика испытаний……………………………………………….44

9.3 Результаты испытаний……………………………………………..45

Приложение 1……………………………………………………………..47

Приложение 2……………………………………………………………..53

Приложение 3……………………………………………………………..55

Список литературы……………………………………………………….59

Введение.

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.

DRM.

2.1 Основные технические характеристики.

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].

2.2 Блок-схема передающей части системы DRM

Рис. 1

Как следует из рис. 1, обработка сигналов производится в несколько этапов.

Сначала происходит кодирование (сжатие, компрессия) сигналов. Кодирование необходимо для понижения скорости передачи цифровых потоков, поступающих на вход передающей части DRM. Если пропускная способность канала передачи сигналов ограничена, кодирование увеличивает количество передаваемых программ.

В системе DRM применяются три MPEG4 аудиокодека: MPEG-4 AAC, MPEG-4 CELP и MPEG-4 HVXC. Эти аудиокодеки различаются по области применения и скорости передачи данных.

В передающем тракте системы DRM формируются три системных канала:

· Main Service Channel (MSC – главный канал передачи пользовательской информации);

· Fast Access Channel (FAC – канал быстрого доступа);

· Service Description Channel (SDC – канал описания 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.

Мультиплексер объединяет указанные цифровые потоки.

Рандомизация необходима для выравнивания энергетического спектра(во избежание провалов). Происходит дополнение цифровых потоков псевдослучайными последовательностями битов.

Канальный кодер представляет собой сверточный код. Он производит помехоустойчивое кодирование информации, для рассредоточения групповых ошибок и преобразования информации в так называемые “QAM-ячейки”.

QAM-ячейки в канале MSC подвергаются перемежению. Перемежение делается для того чтобы разнести ошибки, т.е. для того чтобы увеличить эффективность работы канального декодера на приёмной стороне.

Для того чтобы исключить временные задержки, связанные с процедурой перемежения, и повысить оперативность работы приемника DRM, перемежение QAM-ячеек в каналах FAC и SDC не применяется.

В генераторе пилот-ячеек вычисляются все параметры DRM(количество поднесущих и их расстановка, значения пилотов усиления, временных пилотов, частотных пилотов и т.д.).

OFDM – преобразователь формирует так называемую “частотно-временную сетку”.

OFDM – генератор сигналов преобразует в цифровой форме каждый ансамбль ячеек с одинаковыми временными индексами в совокупность модулированных несущих, разнесенных по частоте с определенным интервалом. Затем образуется полный OFDM-символ путем введения защитного интервала, который представляет собой повторение части символа и служит для предотвращения межсимвольной интерференции.

В модуляторе производится преобразование цифрового OFDM-сигнала в аналоговый. Эта операция включает в себя цифро-аналоговое преобразование, частотное преобразование вверх, фильтрацию. Далее сигнал поступает на вход DRM-передатчика и затем передается в виде радиоволн.[1]