新闻资讯

单工无线呼叫系统设计概述

标签:   | 作者:jiantaokj.com | VISITORS: | 来源:重庆剑涛科技有限公司
10
Nov
2015

1.1 本课题的意义

单工无线呼叫器系统设计中包含有通信的原理和技术,不仅是信息工程高级专业技术人员所必需掌握的,也是从事相关产业的普通技术人员、管理人员和营销人员应当了解的,并把它应用于信息产业中。 单工无线呼叫系统的实现具有单向性,完成的是信息的单方面传输,这是研究半双工和全双工通信的基础。一个单工无线呼叫系统,实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务,对以后增加图片传输、多媒体音乐、无线上网和电子商务的套餐具有重要的意义。
以单工无线通信系统的设计为基础,人们进行了不断的探索和研究。在未来几年内通信系统将会有更令人惊奇的发展。光纤如今已经成为了一种非常重要的传输媒介,并且仍然以迅猛的速度在发展。包括话音和视频传输在内,由模拟向数字方向的发展仍在继续。
现在人们很难准确地预测通信在未来的发展状况,以单工无线呼叫系统设计为开端,蜂窝电话和传真已经出现了很多年,并且曾一度被认为不久将会过时,但是在过去的几年中蜂窝电话和传真这两种技术仍然在迅速发展。大概有关未来通信技术唯一可以确定的就是:它将给人们带来无限的惊喜。

1.2 通信发展的历史和前景

1837年莫尔斯(Samuel Morse)发明了电报码,即莫尔斯电码,从而使电子通信进入了实际应用阶段。虽然此前已经出现了电子信息传送系统,但他第一次成功地开始了其商业化运作。莫尔斯的电报系统包括发射机、接收机和传输信道,具备了通信系统的所有基本要素。其中发射机由电话键盘和电池组成,可以将信息转换为电信号(或者也可以记录在纸带上),传输信道就是电线。从1866年开始,电报线路也可以在水下铺设,到1898年,已经有12条海底电缆横跨大西洋。
1876年贝尔(Alexander Graham Bell)发明了电话,开始了利用电子话音进行通信的时代。从此电话系统逐渐发展,现在不管你身在何处,都可以通过电话和世界各地的朋友进行交谈。当然这个过程是逐步实现的,起初电话系统不包括任何电子器件,随着电子管和晶体管的出现,电话系统中使用了放大器,从而大大增加了信号的传输距离。在不易铺设电缆的地方还可以采用无线通信链路,而且现在无论是传输系统还是交换系统都已进入了数字时代。
无线通信是通信领域的一个非常重要的方式,麦克斯韦(James Clerk Maxwell)于1865年建立了其理论框架,而赫兹(Heinrich Rudolph Hertz)于1887年通过实践证明了其可行性。19世纪末20世纪初时无线电话开始投入实际使用,当时主要用于航船和海岸、航船和航船之间的通信联系。1901年马可尼(Guglielmo Marconi)首次成功地进行了跨大西洋的无线通信。
早期的无线电发射机采用的是放电器的方式,这并不适用与话音通信。到了1906年,一些发射机使用了专门设计的高频交流发电机,并且用于进行话音传输的实验。具体方法是将一个1KW的放射机连接到传声器上,并且连接发射天线,当时的传声器还是水冷式。常规的无线电广播直到1920年才开始出现。随着技术的不断发展,发射机和接收机逐渐使用了电子管。1904年弗来明(John Ambrose Fleming)爵士发明了二极管,而1906年弗里斯特(Lee De Forest)又发明了可以用做放大器的三极管。
到了20世纪20年代末期,无线电广播已经变得在普通不过了,人们开始把注意力又转移到了对电视的研发上面。美国和欧洲的一些国家在第二次世界打战之前就已经开始了这方面的工作,二战结束后电视机已经在全世界范围开始使用了。
从此以后发射机的结构越来越复杂,包括多路放电器、旋转式放电器、交流供电以及复杂精致的调谐系统,直到后来被电子管取代。到了20世纪60年代后,随着半导体、计算机和激光技术的出现和发展,传输字符和计算机数据的数字通信技术进入了高级发展阶段。由于这种高级数字通信技术在许多方面都优于模拟通信,甚至像语音、图像一类的模拟信号也希望采用数字通信技术来传输。近年来,数字通信得到迅猛的发展,人们不会满足简单的语音和短信通信,实现了图片彩信、手机上网、电子商务等3G技术,未来需要我们对通信系统不断探索和研究的路还很长。21世纪的电信技术正进入一个关键的转折点,未来十年将是技术发展最为活跃的时期。未来无线通信技术发展的主要趋势是宽带化、分组化、综合经、个人化。信息化社会的到来以及IP技术的兴起,正深刻的改变着电信网络的面貌以及未来信息技术发展的走向。

1.3 通信系统组成

在当代社会里,信息这个词高度概括可我们这个社会的现代化特点,在社会的信息化程度快速提高的过程中,集成电路(IC)芯片不可替代的作用也越来越明显。通信技术是信息技术的一个重要子类,虽然信息工程具有宽泛的覆盖面,且现代信息处理与存储技术越来越发精湛,但通信业的崛起却具有更大的社会意义和效益。通信的含义无论从中文 “通讯”或英文Communication来看,名词本身就在很大程度上体现了通信的定义。通信系统具有很广泛的内涵,并有多个层次。一般地,利用传输信道或通信网,将具有收、发信息功能的终端设备由信道或链路有机连接起来,这些实施信息传输的设备集合,称为通信系统。图1.1示出了一个通信系统的基本构成框图,同时也包括点与点间、点与多点间,以及多点之间的信息传输系统所涉及功能单元的有机结合。

通信系统按工作方式分,可分为单工(Simplex)、半双工(Half-duplex)和全双工(Duplex)。这三种方式的例子如单向广播、步话机、固定电话和移动电话等。
通信系统的构成根据通信业务特征、信道类型、传输方式等可有多种类型。模拟系统已成为传统技术,呼叫器数字通信系统在终端要涉及很多信号处理与交换设备,计算机数据通信又提供了一套特殊的标准接口,传输、控制等一系列协议,多媒体通信系统涉及多种媒体集成、同步与交互功能等,更为复杂。

1.3.1模拟通信系统模型

传输模拟信号,消息源为模拟的,经过输入转换器得到模拟信号。发送设备包括很多部件,如调制、放大、滤波和天线等。在方框图中只画出了调制器,其原因一方面是为了突出调制器的重要性,另一方面其它部分可以认为是理想线形的,对信号传输可以看作不产生失真,不引入噪声。同样接收设备只画出一个解调器,图1.2就是一个最简化的模拟通信系统。

1.3.2数字通信系统模型

数字通信系统有多种,例如数字电话系统、高速计算器并行数据处理传输系统、数字电视信号传输系统等,可以把它们都归纳为图1.3所示的数字通信系统模型。
             
图1.3 数字通信系统模型
一个较为完善的数字通信系统,除了发送与接收端,还有传输信道及收发同步系统等,现分别介绍个部分的功能与作用。
1 源信息格式(format)
源信息格式是信息采集后的源信息最初表示方式,如模拟电信号的限带波形,图像信号的扫描像素集合或其红绿蓝三个基本分量的PCM编码。信源格式为信源编码做好了基本格式的准备,其中还包括信源编码前去噪、限带等的预处理。
2 信源编码
为了提高信息的有效性,在源信息中可能存在某种程度的冗余“信息”及根据需要的质量标准,可以去除其中次要信息,因此提高有效性的措施为采用去相关及压缩编码,即用更少的编码位数来表示符合一定接受质量的更多源符号,其基本原理是香农率失真理论,其基本技术如无失真预测编码和有损正交变换编码等。
3 信道编码
经过信源码的码字序列,均应认为是重要信息,因此如果在传输与接收判决中发生错误或超出限定的符号误差概率,则会不满足接收者的质量要求。如果信源码字之间互为正交或不相关,则有一定的抗干扰能力,或者基带码流的码符号选用某些合适的码型,也有一定的抗干扰性。最好的方法是根据信道环境的特性,将信源码字中按一定规则适当加入冗余码元,构成差错控制码,可以根据不同的结构和冗余位多少,提供1位或多位自纠错或通过反馈重发纠错能力。
4 信道复用
信道复用(Multiplexing)是通信系统中很重要的组成部分。其基本功能是使多种信息流共享同一信道,提高通信资源利用率。如目前无线正在使用整个频段跨越105~1012Hz的频率资源,各个不同频段和频点用于各种类型的无线信号传输,必须采用频分复用(FDM)。基于有线信道的基带传输,多采用时分复用(TDM)。
5 调制
   调制是信号的一种变换过程,通常是将不便于信道传输的基带模拟信号或编码符号序列,或其波形序列作为调制信号,去控制一个适于信道传输特性的载波,使其某一两个参量正比地受控于调制信号。载波为正弦信号时的调制方式称为连续波调制。此时若调制信号为模拟信号,可提供模拟(线形)调幅和模拟调角(又分调频与调相);若调制信号为数字代码,相应的调制方式分为数字调幅、调频、调相,均称为数字信号的载波传输,仍为模拟传输方式。调制是实现复用的重要环节,同时多元调制可提高信道频带利用率,不同的调制方式的抗干扰性能也不同。调制系统的信号性能尚与调制信号的设置有关,并且接收与判决的方式也影响接收的质量。
6 同步
在数字信号传输和采用相干接收或最佳接收方式的模拟调制系统中,尚有一个非常重要的控制单元,即同步系统。它可以使通信系统的收、发两端,以精度很高的时钟提供定时,以便系统中的数据流能与发信端同步地恢复原信息。同步准确性对通信质量有很大影响,从功能和实现环境的方法不同,同步可分为四种方式:
a. 载波同步
在数字或模拟调制系统中,为了以相干或相关解调方式准确恢复原信息,接收端提供的本地载波应与接收到的已调信号载波严格同频或同相。
b.位同步
应用数字信号基带与频带传输系统,以一定码型的脉冲编码波形序列,直接进入基带信道传输,接收两端的位定时系统,可以确保系统有一致的时钟,以便有序、准确的对失真的接收波形进行定时抽样,而正确判决原发送信息。
c.帧同步
数据信号传输,往往要按一定规则划分为一定规模的分组数据块,可称其为信息帧。不论帧的大小,均在发送前加有帧头与帧尾的额外开销,以便接收时正确认定逐个帧的完整性。
d.网同步
在目前通信网发达的时代,很多通信系统是通过网络功能构成的。地区网或全国网必须设有网同步,据网络的类型或要求不同,网络同步的定时时钟可取自国际1级时钟或地方时钟。实现同步的方法很多,同步系统可看做通信网正常运行的中枢神经系统。

1.4 系统的实现思想

随着现代电子技术的发展,呼叫器许多通信集成芯片应运而生,如编码/解码芯片、大规模信号发射/接收芯片和集成控制芯片,这些芯片大大简化了系统电路设计的复杂性,并且使得信号传输速率更快,效率更高。同时信号传输过程中加入差错控制电路,使得误码率大大降低。硬件组成的电路灵活性能较差,这就要求我们利用许多成熟的软件系统来辅助硬件系统的设计,如许多可编程器件的数值可以通过DSP,FPGA以及单片机来预置,这就减少了硬件的投入,同时使设计出来的系统更加灵活化和人性化,这设计利用单片机作为辅助软件。

1.5 本论文研究的内容

本论文研究单工无线呼叫系统的设计,由发射和接收两大部分组成。实现主站至从站间的单工语音通信,并能完成英文短信的传输业务。主要研究在无线通信中发射与接收系统中单元电路的设计,其中包括锁相环、压控振荡、功率放大、编码/解码以及接收机芯片MC3363等核心电路。
通过三个多月的设计,必须理解单工无线呼叫系统设计的相关知识。能够掌握锁相环(PLL)的工作原理,正确计算分频数N,将载波频率精确的锁定在设计要求范围之内;掌握压控振荡器(VCO)对调制信号的频率调制过程,并合理设置电路中的参数;在接收机设计中能够选择出满足设计要求的中频频率,掌握每个工作级的技术要求并且能够根据需要选择合适的电路类型;掌握无线电接收机电路MC3363的工作原理,完成对35MHz高频信号的接收;实现键盘和显示接口电路的单片机控制;绘制单工无线呼叫系统中发送与接收部分的单元电路图,并完成对系统的仿真。
相关新闻
首页 | 无线呼叫系统 | 取餐叫号系统 | 医用呼叫系统 | 智能安灯系统 | 服务支持
分享按钮