Исследование систем синхронизации по времени и частоте высокоскоростных радиомодемов и их аппаратно-программная реализация

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические основы синхронизации в высокоскоростных инфокоммуникационных сетях

1.1. Принципы формирования сигналов в современных радиомодемах и роль временной и частотной определенности

1.2. Классификация методов поиска и слежения за параметрами сигнала в условиях многолучевого распространения

1.3. Требования государственного регулирования и нормативной базы РФ к точности синхронизации оборудования связи

Глава 2. Исследование и реализация узлов синхронизации высокоскоростных модемов

2.1. Сравнительный анализ алгоритмов оценки частотной расстройки и временного движения символов

2.2. Моделирование работы петли фазовой автоподстройки частоты для высокоскоростных режимов модуляции

2.3. Разработка функциональной схемы и оценка эффективности аппаратно-программной реализации системы на ПЛИС

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Исследование систем синхронизации по времени и частоте высокоскоростных радиомодемов и их аппаратно-программная реализация

ВВЕДЕНИЕ

Современные инфокоммуникационные сети и системы связи характеризуются непрерывным ростом требований к скорости передачи данных, надежности и помехоустойчивости радиоканалов. Высокоскоростные радиомодемы, применяемые в беспроводных системах широкополосного доступа, мобильных сетях четвертого и пятого поколений, специализированных системах передачи данных, предъявляют критические требования к точности синхронизации по времени и частоте. Актуальность темы курсовой работы обусловлена необходимостью обеспечения высокоэффективной работы современного телекоммуникационного оборудования в условиях многолучевого распространения сигналов, доплеровских сдвигов частоты и нестабильности генераторов опорных колебений.

В российской нормативно-технической базе, включающей требования государственных стандартов и рекомендаций Роскомнадзора, установлены жесткие ограничения на допустимые отклонения несущей частоты и временного положения символов для оборудования связи различных классов. Проблема синхронизации становится особенно критичной при использовании многопозиционных видов модуляции, таких как квадратурная амплитудная модуляция высоких порядков и ортогональное частотное мультиплексирование, где даже незначительные расстройки приводят к деградации помехоустойчивости и снижению пропускной способности канала связи.

Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе достаточно высока: фундаментальные исследования в области теории синхронизации проведены научными школами МТУСИ, СПбГУТ, МИЭТ, однако вопросы практической реализации узлов синхронизации на современной элементной базе с использованием программируемых логических интегральных схем требуют дальнейшего изучения и адаптации к актуальным стандартам связи.

Цель курсовой работы – исследование методов и алгоритмов синхронизации по времени и частоте в высокоскоростных радиомодемах и разработка эффективной аппаратно-программной реализации системы синхронизации на базе ПЛИС.

Задачи курсовой работы:

• изучить теоретические основы формирования и обработки сигналов в современных радиомодемах с учетом требований к временной и частотной определенности;
• провести классификацию и анализ методов поиска и слежения за параметрами сигнала в условиях многолучевого распространения и нестабильности частоты;
• исследовать требования государственного регулирования и нормативной базы Российской Федерации к точности синхронизации оборудования связи;
• выполнить сравнительный анализ алгоритмов оценки частотной расстройки и временного смещения символов с моделированием работы петли фазовой автоподстройки частоты;
• разработать функциональную схему аппаратно-программной реализации системы синхронизации на ПЛИС и оценить ее эффективность.

Объект исследования – системы синхронизации высокоскоростных радиомодемов в инфокоммуникационных сетях и системах связи.

Предмет исследования – методы и алгоритмы синхронизации по времени и частоте, их аппаратно-программная реализация на базе программируемых логических интегральных схем.

Методологическая база исследования включает теоретические основы цифровой обработки сигналов, статистической радиотехники и теории связи; методы математического моделирования в программных средах; анализ нормативно-технической документации, включающей требования ГОСТ Р 53533-2009, ГОСТ Р 8.736-2011 и рекомендации ITU-R; методы синтеза цифровых систем на базе языков описания аппаратуры.

Научная новизна работы заключается в систематизации и адаптации алгоритмов синхронизации к условиям функционирования современных высокоскоростных радиомодемов с учетом специфики российской нормативной базы и требований к оборудованию связи.

Теоретическая значимость состоит в обобщении методов оценки и компенсации временных и частотных рассогласований, анализе влияния параметров алгоритмов на качество синхронизации.

Практическая значимость определяется возможностью применения разработанных функциональных схем и алгоритмов при проектировании и модернизации отечественного телекоммуникационного оборудования.

Структура курсовой работы включает введение, две главы основного содержания, заключение и список использованной литературы. В первой главе рассмотрены теоретические основы синхронизации в высокоскоростных инфокоммуникационных сетях, включая принципы формирования сигналов, классификацию методов синхронизации и нормативные требования. Во второй главе проведено исследование и реализация узлов синхронизации, включая сравнительный анализ алгоритмов, моделирование петли фазовой автоподстройки частоты и разработку функциональной схемы на ПЛИС.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНХРОНИЗАЦИИ В ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ

1.1. Принципы формирования сигналов в современных радиомодемах и роль временной и частотной определенности

Современные высокоскоростные радиомодемы, используемые в инфокоммуникационных сетях, реализуют передачу информации посредством цифровой модуляции несущего колебания. Принципы формирования сигналов базируются на преобразовании цифрового потока данных в последовательность модулированных символов, передаваемых в радиоканале с заданной скоростью. Основными видами модуляции в высокоскоростных системах связи являются фазовая манипуляция, квадратурная амплитудная модуляция и ортогональное частотное мультиплексирование с разделением каналов. Каждый из перечисленных методов предъявляет специфические требования к точности воспроизведения несущей частоты и временного положения символов.

Формирование сигнала в передатчике радиомодема начинается с кодирования исходного информационного потока, включающего помехоустойчивое кодирование и перемежение символов для борьбы с замираниями и импульсными помехами. После кодирования осуществляется отображение битовой последовательности в комплексные символы модуляции, определяе

…