自主定位中数字相关器的设计

自主定位中数字相关器的设计（共6篇）

篇1：自主定位中数字相关器的设计

自主定位中数字相关器的设计

针对目标自主定位的环境复杂性和高速处理数据的要求,文中用VHDL语言设计了一种基于扩频通信原理的`数字相关器.仿真结果显示,该数字相关器具有很高的精度和很好的可辨识性,可以在恶劣环境下降低传输过程中信噪比的要求.

作 者：生平张丕状 SHENG Ping ZHANG Pi-zhuang  作者单位：中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原,030051 刊 名：弹箭与制导学报  PKU英文刊名：JOURNAL OF PROJECTILES, ROCKETS, MISSILES AND GUIDANCE 年，卷(期)： 27(4) 分类号：V448.224 关键词：自主定位   数字相关器   VHDL  

篇2：自主定位中数字相关器的设计

高机动自主水下航行器的仿生设计研究

基于黄鳍金枪鱼的生理结构特征,以及鱼类的体干尾鳍推进模式(BCF)和中鳍对鳍推进模式(MPF),运用仿生工程学原理,开发出高机动自主水下航行器.通过柔性鱼体机构、推进器、沉浮水舱、控制系统和航行稳定性的仿生设计,航行器在水下实验中可自主完成高速巡航和多种机动方式水下作业.建立的水下试验平台可有效应用于仿生推进模式特征参数和推进性能内在关系的`研究,同时为改善自主水下航行器的机动性能提供了新的设计思路.

作 者：陈宏 徐刚 CHEN Hong XU Gang  作者单位：深圳大学机电与控制工程学院,广东深圳,518060 刊 名：机电工程技术 英文刊名：MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY 年，卷(期)： 38(8) 分类号：P745.3 关键词：体干尾鳍推进模式   中鳍对鳍推进模式   自主水下航行器   仿生设计  

篇3：自主定位中数字相关器的设计

本文主要依据无载波UWB通信技术的工作原理,实现了一种超宽带信号模拟相关器的设计,并搭建了基于该模拟相关器的超宽带通信系统基带验证平台,通过发送端窄脉冲信号的扩频调制以及接收端的扩频解调,进一步验证了该模拟相关器的性能。

系统总体设计

超宽带信号模拟相关器的工作原理是通过不断调整本地PN码相位,利用时间积分相关器来实现接收信号的捕获。图1是系统总体设计框图。

在系统总体设计方案中,“窄脉冲的产生”模块主要是模拟超宽带通信系统的接收信号;“积分清洗电路”的作用是当积分器完成一个信息码周期的积分累加并将结果送入A/D转换器后,将积分值清除,为下一次积分做准备;A/D转换好的数据送入FPGA可编程逻辑器件,由FPGA完成门限值的判决。FPGA可编程逻辑器件的其他功能还包括信息码的调制解调等。

工作时首先在一定范围内选定一个初始相位,在这个初始相位下将本地PN码序列和输入的接收信号相乘,再进行一个信息码周期的积分累加。然后将结果与事先设定的门限进行比较,如果符合门限要求则开始接收信号的扩频解调;如果不符合门限要求则本地码序列移动一定数量的码片,重复上述过程。

硬件电路设计

相关模板信号转换电路的设计

由于在超宽带信号模拟相关器中,模拟乘法器和高速A/D转换器对输入信号的电平幅度有要求,因此产生好的窄脉冲信号不能直接进入相关器,需要进行相关模板信号的转换。模拟乘法器(AD835)对输入信号电平的要求是-1V～+1V,这样相关模板信号转换的工作就是将窄脉冲信号的电平调整到该范围中。具体方案是:通过高速运算放大器对窄脉冲信号作电平加减和缩放运算。

系统选择了ADI公司的AD8002AR。AD8002AR是低功耗、高速电流反馈型运算放大器[1]。信号带宽可达600MHz,转换速率1200V/μs。若窄脉冲幅度范围在-0.5V～+2.2V之间,可以计算出中心点电平为0.85V。用运放先将最低点电平移至0V,再将信号整体缩放到oV～+1V之间。图2是其信号转换电路原理图。

模拟乘法器的设计

模拟乘法器中选择AD835。其主要性能指标如下[2]:工作带宽250MHz;模拟输入范围为±1V;带符号差分输入方式,输出按四象限乘法结果表示;信号建立时间20ns;转换速率1000V/μs。模拟乘法器AD835的功能原理框图如图3所示。图4是AD835的典型应用电路图。

由电路图的连接关系,可以列出输出信号W的表达式:

其等效为:

因器件的固有特性,一般U取值为1.05V,为了能让U'=1V,经过计算可以得出R1的阻值应是R2阻值的20倍以上,根据图4中的参数,R1=2kΩ,通过调整的R2的阻值为200Ω,U'的取值范围应在0.95V～1.05V之间。

相关积分器的设计

本系统的相关积分器由积分器、积分清洗器和A/D模数转换电路三部分组成。下面分别讲述它们的设计过程。

积分器的设计

图5是采用电容性负载的Howland电流源,亦称“Deboo”积分器[3]。这是一种采用双极或单极电源的非反相积分器,具有以地为基准电位的输入和输出。本系统对积分器的要求是频率响应快、积分精度高。为提高系统稳定性,在设计实际电路时,通过增加匹配反馈电路对“Deboo”积分器作了进一步改进。图6是改进后的“Deboo”积分器电路。改进后的电路采用相匹配的双运放结构,与单运放相比能很好地弥补因器件固有特性引起的偏差,这里的运算放大器选用ADI公司的AD8004AR。

积分清洗器的设计

积分清洗器的作用是在相关器完成一个PN码周期的积分后打开积分清洗器,释放积分电容上的电荷,为下一次积分作准备。在设计中主要考虑以下两点:一是清洗时间要尽可能短;二是清洗要彻底。在本系统中,一个占空比为12.5%的窄脉冲信号,周期是32ns,开关电路的设计目标是在32ns内能完成一次清洗动作。通过测试,选用ADI公司的模拟开关ADG749BKS,它是单刀双掷单片集成高速CMOS模拟开关,主要性能参数如下[4]:导通电阻RON=2.5Ω;导通平滑阻抗RFLAT(ON)=0.75Ω;信号建立时间tON=7ns、tOFF=3ns。

根据ADG749BKS的逻辑控制关系和改进后的“Deboo”积分器电路,设计的积分清洗电路如图7所示。充电电阻R的输入端Vin与模拟乘法器的输出端相连接,另一端连接模拟开关的S2;ADG749BKS的1脚逻辑控制端IN与FPGA相连接;积分电容C与模拟开关的公共端D以及“Deboo”积分器电路相连接。在滑动相关器开始工作的同时,FPGA控制端输出高电平,模拟开关断开S1,接通S2,这样相关结果通过充电电阻R和模拟开关导通电阻RON对积分电容C进行充电,“Deboo”积分器电路开始工作。在积分时间接近一个PN码周期的结束时刻,FP-GA控制端再次输出低电平时,接通S1,断开S2,在非常短的时间内释放掉积分电容C上的电荷,完成积动相关积分后就启动模数转换电路,在积分的过程中模数转换电路一直工作,在积分清洗器发出清洗脉冲的同一时刻,FPGA读入A/D分清洗工作。

高速A/D转换电路的设计

由于本系统低占空比窄脉冲信号在相关积分时,有效积分时间短,积分结果不宜分辨,因此模数转换器件的量化精度越高越好。系统选用ADI公司的AD9059。AD9059是8-bit单片双通道模数转换器[5],主要由2个跟踪/保持电路(T/H)、2个模数转换器(AD-CA、ADCB)和一个2.5V的基准电源等组成,实际设计时,使用了AD9059的一个转换通道,编码时钟EN-CODE的信号由FPGA编程产生。当PN码序列开始滑转换好的数据,进行门限判决。

模拟相关器的实现和测试

窄脉冲生成和相关积分器的实现和测试

本系统采用可编程逻辑器件,通过编程的方法实现窄脉冲的产生。窄脉冲实测波形如图8所示。其有效脉冲宽度约4～5ns,占空比12.5%,与仿真结果十分符合。根据积分的时间定为32个窄脉冲的总体时间,即32×32=1 024ns。模拟开关电路保护电阻R5的取值略大于导通电阻RON约10Ω。概略计算出积分电容C的容值和充电电阻R的阻值,这里C=330pF,R=5.1kΩ。积分清洗的实测波形如图9所示,其中曲线1代表积分波形,曲线2代表模拟开关逻辑控制端IN的清洗脉冲。从曲线1的变化可以看出积分清洗的效果非常理想,在预定的时间内积分电容C上的电荷能够完全释放。

模拟相关器的全系统测试

发端信息码扩频调制

本系统针对超宽带通信的特点,采用无载波的调制方案,即信息码与PN码序列运算后,产生的扩频序列不经过载波调制而直接发送出去。图10是发端信息码扩频调制原理框图。

PN码序列的周期定为32位,信息码由FPGA编程产生,信息速率为一个PN码序列周期,即125/(4×32)=0.976 562 5MHz。在已经产生的m序列中,每一符号位的周期是32ns,占空比100%。如图11所示,将m序列同窄脉冲相与,由于窄脉冲的周期是32ns,占空比12.5%,当m序列的符号位为逻辑1时,即可得到相同特征的窄脉冲。由于在m序列的符号位为逻辑0时,两信号相与后窄脉冲被平滑掉了,这样在进行相关积分时,有效的积分区域相应减小,不利于门限判决。

本系统对上述方案进行了改进。在m序列的符号位为逻辑1时,维持原设计方案;在m序列的符号位为逻辑0时,将窄脉冲的位置向后时延20ns。根据脉冲位置的不同可以生成两种形式的PN码序列模板:“块0模板”和“块1模板”。它们的区别在于“块0模板”中逻辑1对应的脉冲位置,在“块1模板”中由逻辑0对应的脉冲位置来表示。

图11是使用QuartusⅡ进行仿真的波形,图中信号impulse表示m序列,信号source表示PN码序列模板中的“块0模板”。信号pncode表示PN码序列模板中的“块1模板”。在发端信息码扩频调制时,当信息码的符号位为0时,发送“块0模板”序列;当信息码的符号位为1时,则发送“块1模板”序列。

收端信息码扩频解调

为能在滑动相关中取得最大相关峰,根据PN码序列相关模板信号宽度的统计分析,相关模板信号的宽度设计与接收到的PN码序列信号宽度相当。PN码序列的周期是32位,一次相关积分的时间为1 024ns。

在解调过程中,每次相位滑动的幅度定为一个系统时钟周期,即8ns。模拟信元和本地PN码序列相关模板信号由不同的编程模块产生,而且信号发出的启始时刻不相同。接收端采用不断改变本地PN码序列启动时延的方法,实现相位滑动。解调时,当模拟信元和本地PN码序列不相关时,积分器的输出结果基本保持在同一电压范围;当本地PN码序列的相位滑动到与模拟信元一致时,会有相关峰出现。

图12中曲线1表示“块0模板”的实测信号波形。曲线2表示“块1模板”的实测信号波形。图13表示本地PN码序列采用“块0模板”时,实际测试的信息码解调波形和其对应的积分情况。曲线1表示解调出(接上页)的01010101测试信号波形;曲线2表示每位解调出的符号对应相关积分的情况。从图中可以看到,发端发送符号0时,当本地“块0模板”的PN码序列的相位同发端符号0序列的相位一致时,相关积分结果出现相关峰。

通过基于该模拟相关器的超宽带通信系统基带验证平台,实现了发端窄脉冲信号的扩频调制以及收端的扩频解调,实际的测试结果与理论分析相符,进一步验证该模拟相关器的性能符合设计要求。

参考文献

[1] Analog devices dual 600MHz,50mW current feedback amplifier.Datasheet.

[2] Analog devices AD835-250MHz,voltage output 4-Quadrant multiplier datasheet.

[3] Maxim/Dallas application note 1155 consider the“Deboo”singlesupply integrator Jul 29,2002

[4] Analog devices ADG749-CMOS low voltage 2Ω SPDT switch in SC70 package.Datasheet.2002．

篇4：自主定位中数字相关器的设计

【关键词】 自主学习 教师角色 巧妙构思 适时参与

《中学语文课程标准》明确提出“语文教学应激发学生的学习兴趣,注重培养学生自主学习的意识和习惯,为学生创造良好的自主学习情境”,在这种自主学习方式中,“教师是学习活动的组织者和引导者”,“教师应转变观念”。这些都要求把学习的主动权还给学生,教师要能正确地定位,切忌越俎代庖。我校早在2001年就已经开始《自主教育实践研究》课题的研究工作,作为课题组成员之一,我在实践中不断摸索,不断调整自己的角色,努力寻求着提高学生自主学习的能力的最佳途径,进而培养学生自主学习习惯。

今年的4月3日,根据我市崇川区第22届“紫琅之春”教研活动的安排,在我校举办了“学为主导,优效课堂——实验中学‘自主学习课题研讨”活动。我有幸作为执教者亲历了这次活动的始末。从课堂上师生间的和谐氛围和课后同行专家们的诚挚点评中,我明白这节大胆创新、大胆尝试的课,全方位地调动了学生的学习积极性,同时也为此次研讨活动提供了一个良好的平台,获得了较高的赞誉。通过这次“紫琅之春”教研活动,我进一步确信自己对课堂教学中教师的角色定位——课前的“巧妙构思”、课上的“适时参与”是切实有效的。

现把这次活动中,我在课前对教材及学生做的一些思考,在课上对学生的学习给的一些指导整理成文,以期能引起您些许的共鸣。

一、课前的“巧妙构思”

苏教版语文八年级(下)第三单元的四篇课文《沙漠里的奇怪现象》《我们的知识是有限的》《叫三声夸克》《花儿为什么这样红》,意在阐明事理,知识性比较强,涉及的知识有光学、声学、物质的结构以及一些生物学方面的知识,比较抽象。但是课文的语言通俗易懂,加之涉及的知识在物理和生物课程中已经学习过,学生基本上能通过自主阅读课文和查找资料来了解相关知识。课堂上可以通过一问一答的方式来检查,从核对答案筛选得是否正确的角度来说,这样效率可能更高些。但是这样的环节机械枯燥,难以调动学生学习的积极性,更难以达到激发学生学习科学、探索科学奥秘的兴趣的深层的目标。

这四篇课文中揭示了不少现象的神秘面纱,据此,我精心设计了课堂的第一个板块“缤纷呈现、科学奥秘——梳理内容”。

1.请学生看大屏幕,屏幕上闪现着一朵娇艳欲滴的红玫瑰,让学生用一个词表达看到这朵花时的感受,接着请学生用一个句子描述这朵玫瑰花的美。当全体学生正沉浸在美的享受中时,让他们根据课文《花儿为什么这样红》中的相关知识,选择一个角度给来宾们做个解释。学生可以从物质基础、物理学原理、生理上的需要、进化的角度、自然选择六个角度中,任选一个角度进行解释。

然后在大屏幕上闪现一朵绚丽的蓝色玫瑰(俗称“蓝色妖姬”),激发学生探究它的色彩为什么这样蓝。

经过两朵玫瑰花或红或蓝原因的解释,不仅检查了学生预习《花儿为什么这样红》的情况,还锻炼了学生运用科学知识的能力,从而激发学生热爱科学的情感。

2.接下来大屏幕上播放沙漠风光图,带领学生走近沙漠,去看看沙漠中的神奇景象,这对生活在江海平原上的学生显得尤为必要。大屏幕上的图片停留在呈现“魔鬼的海”这种沙漠中的奇怪现象这一张。让学生根据《沙漠里的奇怪现象》一文中的描述进行判断这是怎么回事儿,继而让学生能解释出现这种现象的原因。顺势请学生回答文中介绍的另一奇怪现象——“鸣沙”,以及为何会发出声音的原因。

经过创设情境,让学生在情境中体验,在体验中感受,在感受中培养探索科学奥秘的兴趣。

3.学生弄清鸣沙的声音是在一定条件下,沙粒移动摩擦发出的,《我们的知识是有限的》一文中列举了多种声音,它们又是怎么发出的呢?用这样的疑问引起学生的思考,激发他们运用预习所得的知识来解答各种声音现象的发声原理。

4.屏幕上出示八年级物理课本第七章中的一幅“粒子世界概貌”示意图,这是约半个月前学习过的内容,学生是那般熟悉,倍感亲近,这时再让学生结合物理课程中的相关知识,来理解《叫三声夸克》中探究的物质的最小结构问题已易如反掌。

通过多样的形式,不仅了解了学生的预习情况,还为将要进行的深入探讨作好铺垫,更主要地是能充分调动学生学习的积极性,激发他们运用自然科学、探索自然科学的兴趣。

学生学习这一单元的重点不应只是了解一些自然科学知识,更应是掌握阐明事理的方法,为此我设计了一道预习题:“四篇课文的作者都是某一领域的专家,他们把原本深奥的事理说得浅显易懂。作者运用了哪些巧妙的方法把抽象的事理说得具体而明晰的?”根据阐明事理方法的多样性的特点,我推出了课堂的第二板块“科学奥秘缤纷呈现——把握技法”,这一板块是课堂的重中之重,采用学生小组合作探究,全班交流探讨,教师全程参与的方式,从篇章巧妙构思的角度,或从说明方法、说明顺序、说明语言等说明文要素的角度把握技法,为学写简单的事理说明文打下良好基础。

二、课上的“适时参与”

教师在“学为主导”“自主学习”理念引领下的课堂中,到底该是怎样的角色?我认为决不是袖手旁观,放任自流,我觉得借用《水浒传》主题曲《好汉歌》中的“该出手时就出手”,稍做改动成“该参与时就参与”,即“适时参与”很是妥当。回顾这次课堂,我主要在两种情况下,积极参与了。

1.为了增长学生的见识。在解释蓝色玫瑰呈现蓝色的原因时,很显然,学生缺乏这方面的知识。此时,我理应参与。给学生补充了相关内容,一般我们见到的蓝玫瑰是由白玫瑰用特殊染色剂浸染而成的,正宗的蓝玫瑰是把蓝花的基因植入玫瑰花(因为它本身不含蓝色色素),培植出来的。

在了解“魔鬼的海”的成因时,我给同学们找来了“魔鬼的海”成因的示意图。紧接着展现了两幅沙漠中出现的海市蜃楼的美景图。让学生结合相关物理知识解释这些美景又是从哪儿来的?学生能解答一些,但他们并不明白到底是什么原因。此时,我播放了一个解说“海市蜃楼”成因的flash演示图,学生恍然大悟,“海市蜃楼”有上现和下现等不同情况。

在了解“鸣沙”现象及成因时,我给同学们找来了一段描述鸣沙山的声音的优美文字:“平时常有雷鸣号角之声,忽而声响如万马奔腾,忽而柔弱若琴若笛;假如你抓一把细沙奋力扔出,马上就会激起无数蛙鸣;当无数人并排下滑,雷声荡漾,大有叱咤风雷之势。”并进行优美的朗读,激发学生张开想像的翅膀。接着给同学们播放了一段鸣沙的声音,大家一起听,一起感受大自然的神奇。

在补充蝉的发声方式时,有同学找来了一段专业化的介绍性的文字,看着学生一脸茫然,我播了一个知识短片,片中通俗易懂的解说词配以具体形象的画面,看罢,只见学生频频点头,应该是增长见识了。

像这样适时地补充课外知识,不仅有利于学生更好地了解课内知识,而且增长了学生的见识,进一步激发学生对自然科学知识的热爱。

2.为了拨正学生的思维。尽管我任教的班级的大部分学生自主学习的能力已较强,也有着良好的阅读习惯和较好的语文基础,说明文的基本常识在初一时也全面地学习过,但“事理说明”类是第一次涉及,学生难免会出现认识上的偏差,这就需要教师及时地拨正学生的思维。

比如,课堂上有一学生认为《沙漠里的奇怪现象》一文中第一自然段到第三自然段,以时间为序解释了沙漠中出现奇怪现象的原因,其他学生没有提出疑议。之所以有了这样的理解,完全是因为没有读懂作者写作课文前三段的用意。为师者当然不能听之任之,此时,我引导学生剖析文章的结构,分析作者写作前三段的意图,让他们清楚地、正确地认识到:课文的前三自然段引用古代旅行家对沙漠中光怪陆离现象的描述,从而引出本文的说明对象。

再比如,在对课文《我们的知识是有限的》的说明对象的把握时,有部分学生认为是介绍声音的发音方式的,有部分认为是阐述“我们的知识是有限的”,双方各执一词。就这篇课文而言,后者的观点是正确的。此时犹如作为裁判的我必须给出裁决,但又不能武断,明智的选择当然是引导他们从文中找证据,最终达成一致认识,即本文的说明对象是“我们的知识是有限的”。

还有许多个例子,我不再一一赘述。

以上仅是我个人的肤浅认识,当然课堂中也存在着不少需要完善的地方,在以后的课堂设计中,我应该力争更佳。

最后,我想借用一位此次听课老师在听、评课记录表“总体评价与建议”一栏中的一段话来结束我的这篇经验总结:“这是一个‘美的课堂:黑板设计、多媒体画面——视觉美,多媒体音乐——听觉美,知识的展示——认知美;这是一个‘智的课堂:课堂设计由初步感知到深入探究,科学知识由浅入深,由课内到课外,培养永不满足的学习精神。”

篇5：自主定位中数字相关器的设计

1 多信号数字复分接器的设计要求

复分接器需要完成对以下信号的复分接:

(1)4路8 k B语音(符合G.729A标准)及线路信令;(2)1路4.8 k B低速同步数据;

(3)2路最高为2.4kB的异步数据。

形成速率为64 kb/s的群路码流。功能框图见图1。

2 复分接器的设计与实现

2.1 复分接器的设计

2.1.1 复分接器的帧结构设计

本方案采用时分复用技术,帧结构见表1。

根据表1可以计算出:

每帧的帧长L=1 280 bit

当群路码速率fS=64 kb/s时:

帧对告:发送端告诉对端本机是否处于失步状态;接收端将对端帧失步的信息输出给话路板。CAS:传输话路板的四路是否为摘挂机状态。注1:语音压缩电路输出的有效数据为23 B注2:对异步数据以6.4 kb/s的速率进行过采样

由帧结构设计结果可对信道容量估算如下:

4路话音压缩成23×8×4×50=36.8 kb/s,低速异步数据2路为128×2×50=12.8 kb/s,低速同步数据1路为4.8 kb/s,总开销为54.4 kb/s。

时分复用的分割方式是用时隙实现的,每一支路信号分配一路时隙,帧同步码和其他业务信号、信令信号再分配一个或两个时隙,这种按时隙分配的重复性图案就是帧结构。设计的多路信号复接器,就是按帧结构将各种信息规律性地相互交插汇总成64 kb/s的群路码流。

PCM基群[3]的复接是在时隙信号控制下进行的。以30/32路PCM基群为例,在一个完整的帧周期中,定时系统均匀地产生32个时隙信号,所有时隙信号均和系统时钟同步。在每帧的开始,第一个时隙信号有效,此时在系统时钟作用下,复接器读取第一支路的数据信息(8 bit);接着,第二个时隙信号有效,复接器读取第二支路的数据信息,直至依次读取完所有32个支路信息,如此周而复始进行。这种复接方式以字节为单位进行。

从设计要求可知,复接器要复接的各个支路数据量差别较大,既有8 k B语音信号(该数据由语音压缩电路提供),还有4.8 k B的同步数据及2.4 k B的异步数据。如果按字节方式复接,不仅会造成在不同的时隙中需要复接的有效数据差别很大(如对每一个语音支路、同步数据、异步数据而言,其有效数据分别为184 bit、103 bit、128 bit,而帧对告只需1 bit),而且会浪费较多的系统资源。基于以上分析,本设计采用按位复接。

具体复接过程如下:首先设计一个计数器,该计数器计数速率为64 kb/s,计数范围为0~1 280,与一帧数据的长度正好相同。计数时钟从系统时钟中得到,因而它们是完全同步的。计数器从复位开始计数时,即是每一帧数据的开始。当计数器计数为1时,复接器读取帧的第1位,即帧头的第1位;当计数为2时,复接器读取第2位,即帧头的第2位……,在计数为1 280时,复接器则读取帧的最后一位数据。若按复接支路划分,则有如表2所示的对应关系。

综上所述,可以得出以下结论:复接器应读取的数据位在数值上等于计数器计数值。需要说明的是:CRC采用ITU-T建议的CRC-4方案,其生成多项式为x4+x+1。在计数器值每次变化即复接器每读取一位数据后,立即把该数据发送到群路码流中而不需要进行保存,发送的同时进行CRC校验计算。待需要复接CRC数据时,正好得到其计算结果,不会影响到复接结果。

2.1.2 复分接器的硬件设计

复分接器基于一片FPGA来实现,模块化硬件框图见图2。

2.2 复分接器的设计实现

2.2.1 同步设计

一个时分复用系统必须收、发同步才能正常工作,这个同步包括位同步(时钟同步)和帧同步。位同步是最基本的同步,是实现帧同步的前提。

位同步的基本含义是收、发两端的时钟频率必须同频、同相,这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。为此,一般应在传输的群路码流中含有发送端的时钟频率成分。这样,接收端从接收到的码流中可提取出发端时钟频率,通过锁相技术就可做到位同步。

帧同步是为了保证收、发各对应的支路在时间上保持一致,这样接收端就能正确分接出各支路信号。为了建立帧同步,需要在每一帧的固定位置插入具有特定码型的帧同步码。这样,只要接收端能正确识别出这些帧同步码,就能正确辨别出每一帧的首尾,从而能正确区分出发送端送来的各路信号。

常用的帧同步码插入方式有分散插入和集中插入两种方式。分散插入采用把多位同步码分散地插入到信息码流中,最大特点是同步码不占用信息时隙,但同步引入时间长;集中插入则将多位同步码以集中的形式插入到信息码流中,显然,帧同步码需占用信息时隙,但缩短了同步引入时间。

本设计采用帧同步码(1B)集中插入方式。同步捕捉模块框图见图3。

Pc:帧时标,决定状态机何时转换Pr:比较时标,决定比较器是否动作Ps:同步时标,决定状态机的转换状态在帧同步状态时,计数值为零时,Pc、Pr有效一次,Ps检出一次在失步时,Pc、Pr在每个时钟周期有效,Ps则逐位比较

2.2.2 准同步复接

同步复接是指参与复接的支路数字信号与复接时钟严格同步;准同步复分接则是把标称速率相同、而实际速率略有差异、但均在规定的容差范围内的多路数字信号进行复接分接的技术。

在设计中,由于同步数据时钟和系统时钟不同源,因此,该部分复分接属准同步复分接。码率调整及码速恢复技术是该部分的设计要点,即先把参与复接的各准同步支路码流调整成为同步码流,然后再对这些同步码流进行同步复接;在接收端,则先实施同步分接,得到同步支路码流后,再经过码速恢复装置,把同步支路码流还原成原来的准同步支路码流。码速调整示意图如图4所示。

被复接的码速fL与其标称码速fm之间有三种关系:fLfm。当瞬间fL>fm时,采用负码速调整;当瞬间fL

在设计的帧结构中,该部分复接后占用的帧长度是固定的,它包含的信息和相应位置如表3。

“插入标志”用来表示采用码速调整的方式,很明显,使用2 bit即可代表三种码速调整方式,在此用6 bit来指示三种码速调整方式,将该6 bit分为3组,对3组数据采用大数判决,可较好解决由于该插入标志误码造成分接时的码流恢复错误。插入码则表示对应的调整码。在分接端,通过读取插入标志即可正确判断和分离出插入码,从而还原成为原来的准同步支路码流。

下面对码速调整率进行估算:

其物理意义为:对速率为4.8 kb/s的同步数据,允许的速率变化范围是(4.8-4.8×1%)kb/s~(4.8+4.8×1%)kb/s,在此范围内均可完全正确地进行复分接。

2.2.3 语音数据和异步数据的采样

结合图1可知,话音经抽样压缩为8 kb/s,在MCU的控制下,实时写入语音通道的FIFO中,等待参与复接。

异步数据的最高速率限制为2 400 b/s。根据采样定理,FPGA以6.4 kb/s的速率对低速异步数据过采样,使之成为一个同步码流,即可参加复接。

2.2.4 芯片选型

数字复接时,缓存器是必不可少的部件,因为复接过程中,各个支路信号均为连续传输。当复接某一支路信码时,其他支路信码仍在传送,但暂时尚未轮到复接它们,因此需要将这些数据缓存起来,以免丢失。

FPGA既继承了ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优点,又克服了ASIC设计的周期长、投资大、灵活性差的缺点。结合性能、成本等要求,设计选用了Xilinx公司的XC2S300E-6,该FPGA为30万门大规模可编程逻辑器件,基于查找表、触发器结构。查找表可等效为16×1 RAM或移位寄存器,提高逻辑利用率,内置专用双端口Block RAM,方便了系统开发。

3 设计中需要注意的问题

系统中其他相关设备对群路码流的速率容差要求较为严格,为±50 ppm,因此在选择全局时钟源时应慎重考虑,避免由于时钟源造成的码速抖动和漂移。设计中应多采用同步时序电路来实现各个进程模块的功能,以免电路中产生毛刺。接口数字信号5 V TTL,内部芯片工作电压3.3 V LVTTL,需要进行电平转换。

本设计选用Xilinx公司的ISE6.1作为硬件开发平台,并采用VHDL编程语言。程序已通过了综合实验,并使用Model Sim软件进行了功能仿真和时序仿真,仿真结果正确。在硬件实现与调试过程中,将程序下载到Xilinx公司的SPARTANⅡE系列的XC2S300E-6芯片,经过整体调试,最终实现了对多路数字复分接器的设计。该方法不仅具有通用性、实用性,而且具有灵活性和程序可移植性,相信在很多行业都会得到广泛应用。

参考文献

[1]傅海阳.SDH数字微波传输系统[M].北京:人民邮电出版社,1998.

[2]段吉海,黄智伟.基于CPLD/FPGA的数字通信系统建模与设计[M].北京:电子工业出版社,2004.

篇6：自主定位中数字相关器的设计

一、小组学习中的引导者

杜朗口模式中的“教育超市”大家应该印象较深。但事实上，在实施过程中，常常因为学生素质的参差不齐，加上学生的怯场，而无法达到应有的效果。此时，“小老师”就必须发挥鼓动者的作用，在小组学习中抛砖引玉，鼓励同学发表看法、提出质疑、参加讨论。要做小组学习中的“托”，整个小组要在“托”的影响下，积极地融入热火朝天的讨论学习氛围，从而达到百花齐放，百家争鸣的效果。

二、小组学习中的拾遗者

传统教育最大的失败就是关注了精英而无奈地放弃了大部分，这是教育的悲哀。这个结果的造成，除了有教育体制本身的原因外，还有一个很大的原因是由于现在我们很多的学校是大班教学，过大的班级规模造成了老师的力不从心，所以只好无奈地放弃了许多本不应放弃的学生。自主合作学习的出现，把大班学习转化成为了小组合作，此时，“小老师”必须帮助老师承担一部分转化学困生的任务，他们至少要完成以下几个任务：1. 了解这堂课的知识，小组中谁没有掌握？2. 哪一部分或哪一个问题没有掌握？3. 为什么没有掌握？其症结在哪里？4. 帮助他掌握。

三、小组学习的监督者

小组合作学习的出现，极大地激发了学生的学习兴趣，但因为这个年龄学生较差的自约能力和好动的天性，常常会使小组的讨论偏离了主题。另外，还有部分学生在课堂上积极参与，但课下常常没有回去巩固，或者无法完成第二天内容的预习，此时，“小老师”就要起到监督者的作用，督促、帮助他们完成课堂以外的任务。

四、小组学习的润滑剂

学生为什么不爱学习，是因为他不懂得学，没有兴趣学，再加上有些老师不负责任，天花乱坠地复杂化了教学过程，更使有些学生对学习望而却步。“小老师”的出现，恰恰激发这部分孩子的学习兴趣，淡化了他们与老师之间的对立情绪，至少“小老师”的同伴身份会让学习交流更为流畅，效果更加明显。

五、小组学习的参与者

“小老师”首先是小组学习的参与者，只有参与了小组合作的全过程，才能了解与发现这个小组在学习过程中出现的问题和需求，并通过思考加上与“大老师”的沟通，调整与完善“小老师”的工作思路与工作方法，使“小老师”的指导更加有的放矢，更加有效果，真正地做到教学相长。

“自主合作学习的目的主要是想通过改变学生的学习状态与学习体验，让学习成为学生的一种精神需要，而不是一种外在压力，使儿童从受逼的学习状态中解脱出来。”（余文森语）作为自主合作学习中出现的“小老师”，在促进学生主动学习，激发学生学习兴趣方面功不可没。

（作者单位：福建省顺昌县实验小学 责任编辑：庄严）