第5節(jié) 電子綜合設計范例4----數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)
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(tǒng)。系統(tǒng)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(nèi)，屬于典型的窄帶高速率數(shù)字通信。基帶信號的帶寬為Bm=16 kHz，經(jīng)調(diào)制后能量主要分布在2Bm=32 kHz的頻帶內(nèi)(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(jīng)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(jù)香農(nóng)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(shù)字調(diào)制系統(tǒng)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(nèi)只包括約兩個周期的載波，所以采用包絡檢波法難以解調(diào)，也不可行。PSK調(diào)制方式具有較強的抗干擾能力，同時其調(diào)制帶寬相對也比較窄，但其調(diào)制及解調(diào)設備比較復雜，制作和調(diào)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(nèi)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(diào)設備的制作和調(diào)試也會比較困難，短時間內(nèi)很難完成調(diào)試。
方案二：根據(jù)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?shù)幕鶐Ь幋a處理后使它的頻率變換到信道頻帶內(nèi)，從而可以直接傳輸。當要求的數(shù)據(jù)傳輸速率較低(≤24 kbps)時，對原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的頻率為96 kHz，這樣上述編碼調(diào)制方法能傳輸?shù)淖畲蟠a元速率為24 kbps。當要求的數(shù)據(jù)傳輸速率大于24 kbps時，對原始數(shù)據(jù)處理的方法如下：
“l(fā)”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(tǒng)的原理框圖如圖1所示。