1000

Разработка передатчик GSM900

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Подключение сигнального процессора. Смеситель ADL 5350. Фильтр B 3850. Усилитель мощности RF 2173. Выбор синтезатора. Диапазон частот передатчика 876-915 МГц (канал вниз). Для передачи низкочастотного полезного сигнала необходимо использовать высокостабильный опорный кварцевый генератор DS4026.

Русский

2013-01-06

582.5 KB

124 чел.

Федеральное агентство связи Российской Федерации

ГОУ ВПО «СибГУТИ»

Кафедра САПР

Расчетно-графическое задание

по дисциплине: «Схемотехнические устройства систем подвижной радиосвязи»

на тему: «Разработка передатчик GSM900»

                                                                      

Выполнил:

ст. гр. С-78

Проверил:

Микушин А.В.

Новосибирск – 2011

Введение

Влияние технологий мобильной связи на нашу жизнь переоценить невозможно. Мобильная связь рассматривается в настоящее время как необходимость, а технологии мобильной связи являются наиболее востребованными и быстро растущими. Системы мобильной связи эволюционировали в очень короткое время.

Системы первого поколения (1G) были аналоговыми, реализованными на достаточно надежных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями.

Системы мобильной связи второго поколения (2G) являются цифровыми. Они привнесли существенные преимущества с точки зрения предложения абонентам усовершенствованных услуг, повышения емкости и качества. Система GSM относится к технологии 2G. Возросшая потребность в беспроводном доступе в Интернет привела к дальнейшему развитию системы 2G. Так появилась система, называемая 2.5G.

Поскольку в настоящее время существует несколько систем 2G, использующих несовместимые технологии и работающих в различных частотных спектрах, они не могут завоевать массовый рынок на долгосрочный период. Эти факторы привели к концепции систем третьего поколения (3G), которые позволят осуществлять связь, обмен информацией и предоставлять различные развлекательные услуги, ориентированные на беспроводное оконечное устройство (терминал). Развитие подобных услуг началось уже для систем 2G, но для поддержки этих услуг система должна располагать высокой емкостью и пропускной способностью радиоканалов, а также совместимостью между системами для того, чтобы предоставлять прозрачный доступ по всему миру.

Для работы передатчика стандарта GSM900 используем антенну на 50 Ом.

Мощность передатчика составляет Р=2 Вт. По уровню= 33дБм(2000мВт=10*Lg2+10*Lg1000=3+30=33дБм).

Диапазон частот передатчика 876-915 МГц (канал вниз). Для передачи низкочастотного полезного сигнала необходимо использовать высокостабильный опорный кварцевый генератор DS4026.

Устройство включает 10, 12,8, 19,44, 20, 38,88, 40 и
51.84MHz. Будем использовать частоту на 12,8 МГц.

 Но при его использовании возникают проблемы с перестройкой частоты, следовательно, используем сигнальный процессор.  GMSK получаем от СП.

Модуляция GmSK используется в современных системах цифровой радиосвязи GSM (DCS, PCS), GPRS и других и обеспечивает высокое качество передачи в относительно узкой полосе, занимаемой сигналом. GmSK реализуется в электронных компонентах, выпускаемых фирмами ANaLoG DevICes, Texas INstRUmeNts, INfINeoN TeChNoLoGIes и другими.

GmSK (GaUssIaN mINImUm ShIft KeyING) - это гауссовская двухпозиционная частотная манипуляция с минимальным сдвигом, обладающая двумя особенностями, одна из которых - "минимальный сдвиг", другая - гауссовская фильтрация. Обе особенности направлены на сужение полосы частот, занимаемой GmSK-сигналом. Использование GmSK в системе сотовой радиосвязи GSM регламентируется стандартом ETSI (Европейский институт стандартов связи). В основе GmSK лежит ММС (mSK) - узкополосная ЧМн "с минимальным сдвигом. Скорость для GmSK, используемой в GSM, составляет v = 270,833… Кбит/с. при формировании сигналов с GmSK используется гауссовская низкочастотная фильтрация модулирующих посылок. Гауссовской она называется потому, что в качестве импульсной характеристики фильтра используют характеристику нормального распределения Гаусса.

Микроконтроллер — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. При выборе микроконтроллера мы руководствовались следующими  условиями :

- высокая вычислительная мощность;

- малые габариты;

- малая потребляемая мощность.

AD9857

AD9857 объединяет высокую скорость прямого цифрового синтезатора (DDS), высокая производительность, высокая скорость, 14-разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), схема умножения, цифровые фильтры, и другие функции DSP на одном чипе. AD9857 предназначен функционировать как универсальный I / Q модулятор и  upconverter, однотонных DDS, или интерполяции ЦАП для коммуникационных приложений, где стоимость, размер, рассеиваемая мощность и динамические характеристики являются важнейшими атрибутами.

Скорость передачи символов = 270,833кбит/с. Чтоб фильтр Найквиста работал нужно отсчеты символизировать:

Берем 6 отсчетов на один символ (требования СП)

271*6=1,626МГц

4 интерполяционных фильтров (вычисляет промежуточную частоту):

1,626*4=6,4 МГц. Но у СП 200 МГц

100:6,4=15,6.

15*6,4=96МГц (Промежуточная частота)


Определим уровень сигнала:

 

Для нашего случая промежуточная частота =70МГц

192:70=2,7

0.8*5mA=4мВт

Что соответствует 6дБм. Тогда на выходе получаем уровень 6дБм.

Подключение сигнального процессора

В принципиальной схеме приёмного устройства выбран цифровой сигнальный процессор TMS320VC5509AGHH.

Характеристики:

  •  Время цикла 6.25/5 нс
  •  Тактовая частота 160/200 МГц
  •  Питание ядра 1.6 В
  •  Питание портов ввода-вывода 3.3 В

Поскольку питание осуществляется от USB с напряжением 5 В, то мы должны преобразовать это напряжение подходящее для DSP.  Чтобы получить нужное напряжение ставим стабилизаторы STU. На сайте Texas Instruments мы нашли подходящий под TMS320VC5509AGHH: стабилизаторы (D19: TP62004DGS; D20: TPS62007GS ) и супервизор (D22: TPS3110H15DBV).

Чтобы обеспечить напряжение 1.6В на ядре DSP используется стабилизатор  D19 и супервизор D22- контролирует выходное напряжение на стабилизаторе D19. Чем больше напряжение на ядре (CVdd), тем больше тактовая частота. Мы выбрали частоту f=200МГц, исходя, что такая производительность нам подходит. Этой частоте соответствует напряжение на ядре (Cvdd=1.6 В).

Чтобы подать питание равное 3.3 В мы ставим стабилизатор D20, в качестве супервизора к нему используем супервизор для питания микроконтроллера (D4: ADuC842BS62-5).

У DSP имеется 3 последовательных порта: «0-порт» используется для входа сигнала от цифрового приёмника (D15: AD9874ABST); «1-порт» для управления микроконтроллером (D4: ADuC842BS62-5); «2-порт» используется для выхода на кодек.

CLKR1- синхронизация приёмника

DR1 – порт приёма данных

FSR1 – кадровая синхронизация приёмника

CLKX1 – синхронизация передатчика

DX1 - порт передачи данных

FSX1 – кадровая синхронизация передатчика

Вся синхронизация на DSP берётся от микроконтроллера D4 (D4-мастер, DSP – подчиняется, потому что нагрузка на DSP неравномерна и это может привести к нарушению синхронизации).

Программа DSP загружается загрузчиком из флеш-памяти (D18: AT45DB021D), в этот момент микроконтроллер D4 должен разомкнуть ключ (D14: ADG749BKSZ-REEL7), тем самым обеспечить связь между флеш-памятью и DSP. При этом сам микроконтроллер D4 на время загрузки должен уйти в спящий режим и не использовать порты. После загрузки микроконтроллер начинает работать и замыкает ключ D14.

Фильтр:

На данном фильтре мы имеем потери в 3дБм. Данный фильтр рекомендуем производителем и рассчитан им же.

На смеситель должно приходить -5дБм для смещения ip3 на 30 дБм .

Далее используем перенос частот с помощью смесителя.

Смеситель ADL 5350

Коэффициент передачи: 6,8 дБ
Коэффициент шума: 6,5 дБ
Точка IP3 входа: 25 дБм
Высокий входной P1dB: 19 дБм
Низкий уровень диск LO
Одноместный напряжение питания: 3 В ; 19 мА
Миниатюрный, 2 мм × 3 мм, 8-выводном LFCSP

высокая линейность, вверх-вниз преобразования смесителя, способные работать в широком диапазоне частот. Она хорошо подходит для требовательных сотовой базовой станции смесителя проекты, которые требуют высокой чувствительностью и эффективный иммунитет окон. 

На выходе смесителя имеем уровень сигнала в 7 дБм.

Фильтр B 3850

Полосовой фильтр осуществляет основную фильтрацию диапазона частот 935-960 МГц. Хорошими характеристиками обладает фильтр B3580 фирмы Epcos. Но необходимый уровень подавления зеркального канала в 60 dB одним фильтром обеспечить не удается. Выходом будет поставить два фильтра.

Особенностями данного фильтра являются:

1.Малые потери ПЧ фильтра для GSM EDGE БС

2.Полезная пропускная способность 400 кГц

3.Очень низкий уровень пульсаций групповой задержки

4.Температурная стабильность

5.Керамические пакеты SMD

Частотная характеристика

На фильтре мы имеем ослабление в 3 дБм следовательно на выходе имеем 4 дБм уровень сигнала.

Усилитель мощности RF 2173

Функции:

  1.  Один источник питающего напряжения 2.7 – 4.8 В
  2.  +36 дБм выходная мощность при 3.5 В
  3.  32 дБ усиление с аналоговой регулировкой усиления
  4.  Эффективность 56%
  5.  Обслуживание 800-950 МГц
  6.  Поддержка GSM и E-GSM

Области применения:

  •  3 В сотовые телефоны GSM
  •  Двухдиапазонные/трехдиапазонные телефоны
  •  GPRS совместимые устройства
  •  Коммерческие и пользовательские системы
  •  Портативные устройства на батарейках


Функциональная блок-схема:

Схема оценочной платы:

RF2173, высокомощный, эффективный усилитель мощности, обеспечивает высокую производительность в GSM или GPRS приложениях. Устройство изготавливается на основе передовой технологии GaAs HBT и используется как конечный усилитель ВЧ в цифровых сотовых устройствах GSM и других в полосе частот 800-950 МГц. Бортовой контроль мощности обеспечивает свыше 70 дБ диапазон регулирования аналогового входного напряжения. Автономное устройство с входным и выходным сопротивлением 50 Ом, позволяет легко получить оптимальное значение мощности и эффективные характеристики. RF2173 может использоваться вместе с RF2174 для двухдиапазонных операций. Устройство упаковано в сверхмалый пластиковый пакет.

Выдаёт усиление в 32 дБм следорвательно на выходе имеем 36дБм.

Опять происходит падение уровня в 3 дБм имеем на выходе 33дБм.

Что соответствует нашей рабочей мощьности.

Выбор синтезатора

На основании диапазона частот стандарта GSM мобильной станции 876 915 МГц, был выбран синтезатор с встроенным ГУН типа ADF4360-8, производитель AnalogDevices [1].

Характеристики:

  •  Диапазон частот 65МГц – 400МГц
  •  Напряжение питания 3В – 3,6В
  •  Волновое сопротивление – 50 Ом

Зависимость величины фазового шума цепи питания частотой 1 ГГц от частоты сигнала:

Зависимость величины относительного фазового шума ОГ от частоты сигнала:

Leakage (ток утечки отсутствует):

АЧХ и ФЧХ фильтра:

Рис. Функциональная блок – диаграмма синтезатора

На вход синтезатора REFIN подается опорная частота с генератора, частота колебаний которого стабилизирована кварцем в нашем случае это 12.8 МГц.

Диапазон частот стандарта GSM мобильной станции равен   876 915 МГц. Значит, набор частот на выходе синтезатора должен лежать в диапазоне

Частоту сравнения фазового детектора () взята из необходимой частоты перестройки ( частота канала GSM 200кГц)

  •  , где

– частота опорного генератора;

частота сравнения фазового детектора;

- коэффициент деления опорной частоты

Зная и диапазон частот на выходе синтезатора, получим коэффициенты ДПКД:

         (

           ()

Количество каналов: каналов

Необходимо обеспечить развязку для того, чтобы не залазить на соседние каналы. В качестве развязки мы используем усилитель, так как у него коэффициент передачи на выходе больше 1, на входе меньше 1.

Усилитель ставим для того, чтобы полезный сигнал не «таскал» за собой несущую частоту =>  ставим дополнительные развязывающие цепи.

У всех измерительных приборов сопротивление 50 Ом =>  поэтому сопротивление кабелей приводим к 50 Ом.

Генератор

Термокомпенсированный генератор (Temperature ControlledCrystal Oscillators, TCXO) содержат датчик температуры, варикап и систему автоматического регулирования, корректирующую частоту генерации при изменении температуры кристалла. Поэтому генераторы класса ТСХО отличаются повышенной стабильностью частоты. Температурная компенсация DS4026 обеспечивает стабильность частоты ± 1 ppm в диапазоне от -40 ° C до +85 ° C. Каждая микросхема откалибрована на заводе по температуре для достижения ± 1 ppm стабильности частоты. Стандартные частоты:

  •  12.8 MHz
  •  19.44 MHz
  •  20.0 MHz
  •  38.88 MHz
  •  40.0 MHz
  •  51.84 MHz.

DS4026 обеспечивает превосходные характеристики фазового шума. Выход двухтактный CMOS прямоугольных волн с симметричным нарастанием и спадом. Кроме того, гарантированная относительная нестабильность частоты за 10 лет эксплуатации модели DS4026 менее чем ± 4.6 ppm. Микросхема имеет записаную таблицу температуры, и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для регулировки частоты. Интерфейс I2C, используется для взаимодействия с DS4026 при измерении температуры и двухтактной частоты. Напряжение питания 3,3 В.

Рекомендуемы условия работы:

Диапазон напряжения на VCC, VCCD, и VOSC

Относительно земли      - 0.3V до +3,8 V

Диапазон напряжения на SDA, SCL, и FOUT

Относительно земли      - 0,3 с (VCC + 0,3)

Диапазон рабочих температур (без конденсации ) - 40 ° C до +85 ° C

Диапазон температур записанных в памяти  - 55 ° C до +125 ° C

Фазовый шум (дБ / Гц) (типичные, +25 ° C, 3,3)

OFFSET (MГz)

10 Гц

100Гц

1кГц

10кГц

100кГц

1МГц

12.80

88.41

130.16

147.84

150.84

151.71

151.87


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4692. Социально психологическая генетика. Методы психогенетики и их разрешающая способность 247 KB
  Методы психогенетики и их разрешающая способность Популяционный метод. Примеры популяционных исследований психологических признаков. Генеалогический метод. Основная схема метода, построение родословных. Проблема проведения различий между генетически...
4693. Медицинская генетика. Учебник 174 KB
  Введение Клиническая генетика одна из фундаментальных наук в современной медицине, без знания которой любой врач, независимо от его специальности, не может обойтись. Знание генетики напрямую связано со здоровьем не только нас самих, но и здоровьем н...
4694. Полевая практика по популяционной генетике 6.47 MB
  Изучение закономерностей модификационной изменчивости. Изучение мутационной изменчивости. Цитоплазматическое наследование. Закон гомологических рядов. Центры происхождения растений. Изучение изменчивости седых пятен у клевера. Изучение...
4695. Скарби України. Сценарій уроку 62 KB
  Скарби України. Сформувати уявлення про національну культуру українського народу, познайомити з архітектурними пам’ятками нашої країнирозвивати допитливість виховувати інтерес до історії і культури рідного краю викликати бажання вивчати...
4696. Программная реализация алгоритмов циклической структуры 55.35 KB
  Программная реализация алгоритмов циклической структуры Цель работы -Получение навыков программирования алгоритмов циклической структуры на языке С. -Исследование эффективности применения различных видов циклов в задаче табулирования функци...
4697. Економічний аспект сталого розвитку в Україні: регіональній вимір 137.5 KB
  Людська цивілізація переживає складні часи на переломі віків і на початку третього тисячоліття. З одного боку, спостерігаються бурхливі темпи наукового і технічного прогресу, а з іншого виявляються тенденції до економічної стагнації і навіть с...
4698. Концепція управління за цілями та її застосування в діяльності ФСП НТУУ КПІ 203.5 KB
  Актуальність даної роботи зумовлена рядом причин: управління за цілями є розповсюджена концепція підходу до управління і широко застосовується в багатьох галузях менеджменту не дивлячись на популярність концепції, існує чимало пом...
4699. Основи менеджменту. Формування місії, цілей та стратегій організації 721 KB
  Формування місії, цілей та стратегій організації, сутність понять: бачення, філософія організації, місія, ціль організації. Одним із головних завдань менеджменту є встановлення цілей, заради досягнення яких формується, функціонує і розвивається ор...
4700. Дослідження методик розробки ІС на основі IBM Rational Method Composer 400 KB
  Дослідження методик розробки ІС на основі IBM Rational Method Composer Мета виконання роботи – ознайомитись з кращими практиками розробки інформаційних систем з використанням бази знань IBM Rational Method Composer, навчитись роз...