FPGA
ﺁﻧﺎﻟﻮﮒ
ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ
ﭘﺮﻭﺳﺴﻮﺭ
ﻣﺪﻭﻻﺳﻴﻮﻥ
ﻃﻴﻒ ﻓﺮﻛﺎﻧﺴﻲ
ﭘﺮﺩﺍﺯﺵ ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ
ﺩﻱ ﻣﺪﻭﻻﺳـﻴﻮن
رادیوی نرم افزاری
مؤلفه همفاز و مؤلفه عمود
پیاده سازی نرم افزاری روشهای دی مدولاسیون
شبیه سازی نرم افزاری دی مدولاسون آنالوگ و دیجیتال
دانلود پروژه کارشناسی مهندسی برق با عنوان
ﺷﺒﻴﻪ ﺳﺎﺯﻱ ﻭ ﭘﻴﺎﺩﻩ ﺳﺎﺯﻱ ﻧﺮﻡ ﺍﻓﺰﺍﺭﻱ ﺩﻱ ﻣﺪﻭﻻﺳﻴﻮﻥ ﺁﻧﺎﻟﻮﮒ ﻭ ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ ﺑﺎﻳﻨﺮﻱ ﻫﺎﻱ ( ﺩﻣﺪﻭﻻﺗﻮﺭ ﺭﺍﺩﻳﻮ ﻧﺮﻡ ﺍﻓﺰﺍﺭﻱ )
چکیده:
ﻣﺪﺕ ﺯﻳﺎﺩﻱ ﺍﺯ ﺑﻜﺎﺭﮔﻴﺮﻱ ﺭﻭﺷﻬﺎﻱ ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﭘﺮﺩﺍﺯﺵ ﺻـﻮﺕ، ﺗﺼـﻮﻳﺮ، ﺩﺳﺘﺮﺳـﻲ ﺑـﻪﺳﻴﺴﺘﻤﻬﺎﻱ ﺑﺎ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﺯﻣﺎﻧﻲ، ﺳﻴﮕﻨﺎﻝ ﮊﻧﺮﺍﺗﻮﺭﻫﺎﻱ ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ ﻭ … ﺩﺭ ﻣﺴـﺎﺋﻞ ﻣﺨﺘﻠـﻒ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻧﻴـﻚ ﻭﻣﺨﺎﺑﺮﺍﺕ ﻧﻤﻲ ﮔﺬﺭﺩ .ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﺭﻭﺷﻬﺎﻱ ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ،ﺍﻣﻜﺎﻥ ﺑﻜﺎﺭ ﺑﺮﺩﻥ ﻧﺮﻡ ﺍﻓﺰﺍﺭ ﺭﺍ ﻣﻬﻴـﺎ ﻣـﻲ ﻛﻨـﺪ . ﺍﺯ ﻃﺮﻓﻲ،ﻧﺮﻡ ﺍﻓﺰﺍﺭ، ﭘﻴﺎﺩﻩ ﺳﺎﺯﻱ ﺳﻴﺴﺘﻤﻬﺎﻱ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﭘﺬﻳﺮ ﺭﺍ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﺁﺳﺎﻧﺘﺮ ﻣﻲ ﺳﺎﺯﺩ .ﺑﻨﺎﺑﺮﺍﻳﻦ ﻃﺮﺍﺣـﻲ ﻭ ﭘﻴﺎﺩﻩ ﺳﺎﺯﻱ ﺳﻴﺴﺘﻤ ﻬﺎﻱ ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ ﻭ ﺑﻜﺎﺭ ﺑﺮﺩﻥ ﻧﺮﻡ ﺍﻓﺰﺍﺭ،ﺑﺎﻋﺚﺁﺳﺎﻧﺘﺮ ﺷﺪﻥ ﻃﺮﺍﺣﻲ ﻭ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺷﺪﻥ ﺣﻮﺯﻩ ﻣﺎﻧﻮﺭ ﺩﺭ ﻛﺎﺭ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻫﺎ ﻣﻲ ﺷﻮﺩ .
از عمر ایده بكارگیری نرم افزار در فرستنده ها و گیرنده های مخابراتی بیشتر از چند دهه نمی گذرد . این ایده با به وجود آمدن رادیوهای نرم افزاری جامه عمل پوشید . بن ا بر این ا یده ،یا انتقال سیگنال به باند پایه از ،(IF) عملیات مدولا سیون سیگنال ، فرستادن آن به باند میانی باند میانی و دی مدولاسیون، به صورت مدارات دیجیتالِ قابل برنامه ریزی، پیاده سازی می شود.
هدف این پروژه پیاده سازی نرم افزاری روشهای دی مدولاسیون در یك رادیوی نرم IF آنالوگ به فركانس IF به RF با یك طبقه مبدل RF افزاری می باشد. در این رادیو ، سیگنال دیجیتال، از سیگنال نمونه برداری كرده، آن IF به RF اول منتقل شده است . سپس طبقه مبدل را به باند پایه منتقل می كند. این طبقه ، خروجی خود را به صورت مؤلفه های متعامد به طبقه بعد می دهد. بعد از این بخش ، عملیات دی مدولاسیون مبتنی بر پردازش دیجیتال ، با كمك دو مؤلفه متعامد، انجام می گیرد. حاصل این عملیات، برای استفاده، به كمك ی ك مبدل دی جیتال به آنالوگ، به سیگنال آنالوگ تبدیل می شود.
کلمات کلیدی:
FPGA
ﺁﻧﺎﻟﻮﮒ
ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ
ﭘﺮﻭﺳﺴﻮﺭ
ﻣﺪﻭﻻﺳﻴﻮﻥ
ﻃﻴﻒ ﻓﺮﻛﺎﻧﺴﻲ
ﭘﺮﺩﺍﺯﺵ ﺩﻳﺠﻴﺘﺎﻝ
ﺩﻱ ﻣﺪﻭﻻ ﺳـﻴﻮن
ﺭﺍﺩﻳـﻮﻱ ﻧـﺮﻡ ﺍﻓـﺰﺍﺭﻱ
مؤلفه همفاز و مؤلفه عمود
مقدمه
مدت زیادی از ب ه كارگیری روشهای دیجیتال مانند پردازش صوت ، تصویر، دسترسی به سیستمهای با تقسیم زمانی ، سیگنال ژنراتورهای دیجیتال و … در مسائل مختلف الكترونیك و مخابرات نمی گذرد. به كارگیری روشهای دیجیتال امكان پیاده سازی الگوریتمهای آشكارسازی و یا تصحیح خ طای انتقال اطلاعات در مقصد و همچنین بهبود كیفیت نسبی را مهیا می سازد . در مقابل این مزایا، سیستم های دیجیتال، نیاز به پهنای باند بیشتر و مبدل های آنالوگ به دیجیتال با نرخ نمونه برداری بالا و همچنین در نظر گرفتن نویز چندی كردن ١ دارند.
یكی از مزایای است فاده از روشهای دیجیتال، امكان به كار بردن نرم افزار در یك سیستم دیجیتال است . از طرفی ، نرم افزار ، پیاده سازی سیستمهای برنامه پذیر را بسیار آسان تر می سازد .بنابراین، طراحی و پیاده سازی دیجیتالِ سیستم و به كار بردن نرم افزار ، باعث آسانتر شدن طراحی و بیشتر شدن حوزه مانور در كار سیستم ها می شود؛ به عنوان مثال در سیستم مخابرات دیجیتال، صوت، تصویر و داده را می توان به كمك یك كانال ارتباطی یكسان ، ارسال كرد . در حالیكه در سیستم آنالوگ، برای ارسال انواع اطلاعات ، به طراحی ه ای مجزا برای فرستنده و گیرنده احتیاج است.
فهرست
فهرست . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
-1 مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
-2 شبیه سازی سیگنال ورودی به دی مدولاتور . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
-2-1 روش های مدولاسیون آنالوگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
-2-1-1 روش مدولاسیون دامنه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . AM -2-1-1-1 مدولاسیون
-2-1-1-2 روش مدولاسیون دامنه با حذف باند كناری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
-2-1-1-2-1 روش فیلتر كردن . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
-2-1-1-2-2 روش ویور . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
-2-1-2 روش مدولاسیون فركانس . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
-2-1-3 روش مدولاسیون فاز . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
-2-2 روش های مدولاسیون دیجیتال . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
-2-2-1 روش مدولاسیون دیجیتال دامنه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
-2-2-2 روش مدولاسیون دیجیتال فركانس . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
-2-2-3 روش مدولاسیون دیجیتال فاز . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
-2-2-3-1 مدولاسیون فاز پاسخ كامل . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
-2-2-3-2 مدولاسیون فاز پاسخ جزئی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
44 . . . . . . . . . . . . . . AGC -3 شبیه سازی دی مدولاسیون های نرم افزاری و كنترل
-3-1 دی مدولاسیون های آنالوگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2
-3-1-1 روش دی مدولاسیون دامنه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
44 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . AM -3-1-1-1 دی مدولاسیون
-3-1-1-2 روش مدولاسیون دامنه با حذف باند كناری . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
-3-1-2 روش دی مدولاسیون فركانس . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
-3-1-2-1 روش مشتق آرك تانژانت . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
-3-1-2-2 روش تخمین درجه اول مشتق و هم ارز آرك تانژانت . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
-3-1-3 آشكارسازی مدولاسیون فاز . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
-3-1-3-1 روش آرك تانژانت . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
-3-1-3-2 روش تخمین درجه اول مشتق و هم ارز آرك تانژانت . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
-3-2 دی مدولاسیون های دیجیتال . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
-3-2-1 روش دی مدولاسیون دیجیتال دامنه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
-3-2-2 روش دی مدولاسیون دیجیتال فركانس . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
-3-2-3 روش مدولاسیون دیجیتال فاز . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trellis فاز، نمودار Trellis -3-2-3-1 درخت فاز، نمودار
-3-2-3-2 دی مدولاسیون همزمان بهینه به روش انتخاب شبیه ترین رشته بیت . . . . . . . 66
-3-2-3-3 دی مدولاسیون غیرهمزمان بهینه به روش انتخاب شبیه ترین رشته بیت . . . . . 69
72 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Viterbi -3-2-3-4 دی مدولاتور
-3-2-3-5 طراحی گیرنده ای كه متریك شاخه را تولید كند . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
75 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Viterbi -3-2-3-6 الگوریتم
پاسخ كامل . . . . . . . 76 CPM برای دی مدوله كردن سیگنال Viterbi -3-2-3-7 الگوریتم
77 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IF به RF در طبقه اول مبدل AGC -3-3 روشهای كنترل
3
-4 بررسی قطعاتی كه قابلیت انجام عملیات د یمدولاسیون دیجیتال را دارند . . . 80
-4-1 مقدمه و تاریخچه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
82 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DSP -4-2 پردازشگرهای
از شركتهای مختلف . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 DSP -4-2-1 خصوصیات چند پردازشگر
84 . . . . . . . . Texas Instrument از شركت DSP -4-2-2 خصوصیات چند پردازشگر
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 CPLD و FPGA-4-3
-4-3-1 انواع قطعات قابل برنامه ریزی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 FPGA ها و CPLD -4-3-2 مشخصات برخی از
93 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Altera -4-3-2-1 شركت
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 CPLD -4-3-2-1-1
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 FPGA -4-3-2-1-2
96 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Xilinx -4-3-2-2 شركت
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 CPLD -4-3-2-2-1
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 FPGA -4-3-2-2-2
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 CPLD ،Lattice -4-3-2-3 شركت
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 FPGA -4-3-2-3-1
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 CPLD -4-3-2-3-2
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 FPGA ،Actel -4-3-2-4 شركت
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 CPLD ،Cypress -4-3-2-5 شركت
102 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Atmel -4-3-2-6 شركت
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 CPLD -4-3-2-6-1
4
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 FPGA -4-3-2-6-2
ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 FPGA ،QuickLogic -4-3-2-7 شركت
104 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FPGA یا DSP -4-4 انتخاب بین پردازشگر
-5 پیشنهادات . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
ضمیمه 1 تغییر فاز دهنده ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
-1 ض 1- محیط آنالوگ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
-2 ض 1- محیط دیجیتال . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
ضمیمه 2 سیگنالهای شبه تصادفی و تولید آنها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
منابع . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5
