第5節 電子綜合設計范例4----數據采集與傳輸系統
一、設計任務與要求
1、設計任務
設計制作一個用于8路模擬信號采集與單向傳輸系統。系統方框圖參見下圖。
2、設計要求
二、方案設計與論證
首先，分析一下信道與信噪比情況。本題中碼元傳輸速率為16kbps，而信號被限定在30～50kHz的范圍內，屬于典型的窄帶高速率數字通信?；鶐盘柕膸挒锽m=16 kHz，經調制后能量主要分布在2Bm=32 kHz的頻帶內(功率譜密度的主瓣)，而噪聲近似為0～43 kHz×((1/Ts)×45％)的窄帶白噪聲，因此經過帶寬僅為20 kHz的信道后信號與噪聲的能量損失比較大，而且兩者大致相當。根據香農公式C＝Blog2(1+S/N)知，信號和噪聲幅度比值為3:1時，信噪比約為9，信道傳輸信息的極限能力約為66.5 kbit/s；幅度比值為1:1時，傳輸極限能力約為40 kbit/s。
方案一：常用的數字調制系統有：ASK、FSK、PSK等。其中FSK具有較強的抗干擾能力，但其要求的帶寬最寬，頻帶利用率最低，所以首先排除。ASK理論上雖然可行，但在本題目中，由于一個碼元內只包括約兩個周期的載波，所以采用包絡檢波法難以解調，也不可行。PSK調制方式具有較強的抗干擾能力，同時其調制帶寬相對也比較窄，但其調制及解調設備比較復雜，制作和調試都比較困難。特別是由于本題中載波的頻率非常低，幾乎可與基帶信號相比擬，一個碼元內只包括約兩個周期的載波，載波的提取和跟蹤非常困難，因此解調設備的制作和調試也會比較困難，短時間內很難完成調試。
方案二：根據題目的特點，由于信道的頻帶比較窄，我們考慮對基帶信號進行適當的基帶編碼處理后使它的頻率變換到信道頻帶內，從而可以直接傳輸。當要求的數據傳輸速率較低(≤24 kbps)時，對原始數據模仿PSK處理(下面有具體分析)，方法如下：
“1”用“1010”(0相位兩個周期的方波)表示
“0”用“0101”(π相位兩個周期的方波)表示
其中傳輸編碼后數據的頻率為96 kHz，這樣上述編碼調制方法能傳輸的最大碼元速率為24 kbps。當要求的數據傳輸速率大于24 kbps時，對原始數據處理的方法如下：
“l”用“10”(0相位一個周期的方波)表示
“0”用“01”(π相位一個周期的方波)表示
即進行Manchester編碼。
本設計采用方案二，系統的原理框圖如圖1所示。