电子综合设计范例4-数据采集与传输系统

第5节 电子综合设计范例4----数据采集与传输系统
一、设计任务与要求
1、设计任务
设计制作一个用于8路模拟信号采集与单向传输系统。系统方框图参见下图。
2、设计要求
二、方案设计与论证
首先，分析一下信道与信噪比情况。本题中码元传输速率为16kbps，而信号被限定在30～50kHz的范围内，属于典型的窄带高速率数字通信。基带信号的带宽为Bm=16 kHz，经调制后能量主要分布在2Bm=32 kHz的频带内(功率谱密度的主瓣)，而噪声近似为0～43 kHz×((1/Ts)×45％)的窄带白噪声，因此经过带宽仅为20 kHz的信道后信号与噪声的能量损失比较大，而且两者大致相当。根据香农公式C＝Blog2(1+S/N)知，信号和噪声幅度比值为3:1时，信噪比约为9，信道传输信息的极限能力约为66.5 kbit/s；幅度比值为1:1时，传输极限能力约为40 kbit/s。
方案一：常用的数字调制系统有：ASK、FSK、PSK等。其中FSK具有较强的抗干扰能力，但其要求的带宽最宽，频带利用率最低，所以首先排除。ASK理论上虽然可行，但在本题目中，由于一个码元内只包括约两个周期的载波，所以采用包络检波法难以解调，也不可行。PSK调制方式具有较强的抗干扰能力，同时其调制带宽相对也比较窄，但其调制及解调设备比较复杂，制作和调试都比较困难。特别是由于本题中载波的频率非常低，几乎可与基带信号相比拟，一个码元内只包括约两个周期的载波，载波的提取和跟踪非常困难，因此解调设备的制作和调试也会比较困难，短时间内很难完成调试。
方案二：根据题目的特点，由于信道的频带比较窄，我们考虑对基带信号进行适当的基带编码处理后使它的频率变换到信道频带内，从而可以直接传输。当要求的数据传输速率较低(≤24 kbps)时，对原始数据模仿PSK处理(下面有具体分析)，方法如下：
“1”用“1010”(0相位两个周期的方波)表示
“0”用“0101”(π相位两个周期的方波)表示
其中传输编码后数据的频率为96 kHz，这样上述编码调制方法能传输的最大码元速率为24 kbps。当要求的数据传输速率大于24 kbps时，对原始数据处理的方法如下：
“l”用“10”(0相位一个周期的方波)表示
“0”用“01”(π相位一个周期的方波)表示
即进行Manchester编码。
本设计采用方案二，系统的原理框图如图1所示。