مقاله پردازشگری دیجیتال یا (DSP) در 13 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه

بخش مخابرات هوایی از مهمترین و اصلی ترین بخش هاست و زیرسیستم های یک سیستم هوایی را تشکیل می دهد. درحوزه صنعت هوایی و ناوبری، گیرنده ها و فرستنده های رادیویی نقش اساسی را دربخش مخابراتی برعهده دارند بخش مخابرات از سه بخش اساسی گیرنده، فرستنده و کانال مخابراتی تشکیل شده است که دراین مقاله بیشتر به پردازش سیگنالهای گسسته درزمان می پردازیم که در گیرنده ها و فرستنده های مخابراتی نقش اساسی را ایفا می کنند گیرنده های رادیویی نقش اساس درآشکارسازی، آنالیز، شنود و جهت یابی سیگنالهای دریافتی داشته که عمدتاً از نوع سوپرهیتروداین استفاده می شود.

علاوه بر سیستم های رادیویی، بسیاری از انواع سیتمها برای ارسال دیتاهای با ارزش، از سیگنال های رادیویی RF استفاده می کنند که دارای رشدی مداوم ، پیوسته و قابل توجه هستند، گیرنده های هوایی برای انواع مختلفی از کاربردها و حوزه ای عملیاتی طراحی و بنا به نیاز، بصورت انفرادی و یا عمدتاً درقالب سیستم بکارگیری می شوند که عمده اهداف و مقاصد این نوع گیرنده ها برای ارتباطات هوایی یا زمین به هوا و بالعکس انجام می شود عمده تعاریف به کاررفته درمخابرات هوایی یا درکل، مخابرات:

رنج دینامیکی : رنج از کمترین تا بیشترین سیگنالهای ورودی برحسب dB، که یک گیرنده می تواند احساس کند بطور مثال اگر یک گیرنده قادر به آشکارسازی ، سیگنالهای بین dB 10 و dB50- باشد در این صورت رنج دینامیکی گیرنده dB 60 خواهد بود.

-پهنای باند لحظه ای : پهنای باند گیرند درهر نقطه معلوم از زمان (که اساساً کمتر از پهنای باندکلی سیستم برای هرگیرنده می باشد.

-حساسیت یا Sensitivity: کمترین سطح توان سیگنال دریافتی که هر گیرنده قادر به آشکارسازی آن می باشد را گویندکه (برحسب dBm اندازه گیری می شود)

-پهنای باند رادیویی کل : رنج فرکانسی که گیرنده قادر به آشکارسازی آنها می باشد راگویند.

-توانایی پردازش چندین سیگنال: میزان قابلیت و توانایی گیرنده درتشخیص و تمیز دادن بین دو سیگنال راداری درفرکانس های متفاوت در درون پهنای باند لحظه‌ای یک گیرنده

پردازشگرهای دیجیتالی درگیرنده های دیجیتالی

به دلیل استفاده از تکنیک سوپرهیتروداین درگیرنده های دیجیتالی ابتدا به مقدمه ای از این گیرنده ها می پردازیم سپس گیرنده های دیجیتالی را شرح داده و سپس به پردازشگر دیجیتالی که مهمترین قسمت این بخش از گیرنده هاست می پردازیم.


گیرنده های سوپرهیتروداین:

گیرنده های سوپرهیتروداین از رایجترین و پرکاربردترین نوع گیرنده ها درجهان برای تقریباً همه سیستم های دریافت رادیویی و راداری با بهره گیری از ساختار سوپرهیت می باشد. درگیرنده سوپرهیت نیاز به تقویت کننده رادیویی باند پهن برای اصلاح حساسیت نیست بلکه به جای آن، سیگنال [1]RF با استفاده از یک مخلوط کننده یا میکسر و یک نوسان ساز محلی[2] به یک فرکانس میانی[3] تبدیل و سپس با استفاده از یک تقویت کننده IF، گین با بهره مورد نیاز بدست می آید. سیگنال تبدیل شده به فرکانس پائین[4] ازمیان یک فیلتر میان گذر[5] عبور می کند، این فیلتر باعث عبور بودن تضعیف سیگنال مورد نظر شده و سایر سیگنالهای ناخواسته بویژه سیگنالهای ناشی از حاصلضرب های فرکانسی که باعث تولید اعوجاج اینترمدولاسیون و در نتیجه سیگنال نامطلوب می شوند را حذف می نماید و آنها را عبور نمی دهد.

مزیت تبدیل سیگنال RF به یک سیگنال IF با فرکانس پائین تر به روش سوپرهیت این است که فیلتر ها و تقویت کننده هایی با پهنای باند باریک و با مشخصه های فرکانس قطع[6] نیز نیازمند است که درفرکانس های IF به راحتی در درسترس است به همین دلیل گیرنده های سوپرهیتروداین دارای حساسیت بالا و انتخاب گری[7] فرکانس بسیار خوبی است که باعث ایده آل بودن آنها برای آنالیز دقیق و جزئی مشخصه های سیگنال دریافتی است. هرچند بسبب بالا بودن سطح انتخابگری فرکانس این گیرنده معمولاً دارای پهنای باند فرکانس لحظه ای باریک بوده و قادر نیست چندین سیگنال ورودی را بطورهمزمان کنترل و پردازش نماید. در زمینه پردازش بعداً مفصلاً بحث خواهد شد.

خواص تبدیل فوریه گسسته

در این بخش ما شماری از خواص DFT را با توجه به دنباله های محدود درزمان در نظر میگیریم. بحث ما درموازات با بحث موجود درابطه با دنباله های متناوب به پیش می رود. بهرحال: این حضور ویژه به عکس العمل فرضیات موجود می پردازد و اشاره ای به تناوب نمایش DFT از دنباله های کراندار دارد.

حالت خطی

اگر دو دنباله محدود درزمان X1[n] و X2[n] درحالت خطی با هم ترکیب شوند، به عبارتی داریم :

x3[n]=ax1[n]+bx2[n]

سپس DFT متعلق به x3[n] خواهد بود:

x3[k]=aX1[k]+bX2[k]

به وضوح، اگر x1[n] دارای طول N1 و x2[n] دارای طول N2 باشد، سپس حداکثر طول x3[n] به صورت N3[k]=max[N1,N2] خواهد بود. بنابراین، به این خاطر که معادله گفته شده با معنی باشد، هر دو مورد DFTs باید با همان طول محاسبه شود.

اگربرای مثال باشد، پس x1[k]، DFT دنباله x1[n] می باشد که به وسیله نواحی تقویت شده است. یعنی، به عبارتی، نقطه متعلق به DFT برابراست با:



و نقطه N2 متعلق به DFT از X1[n] برابر است با :



درخلاصه داریم :



درجاییکه طول دنباله ها و تبدیل های فوریه گسسته همه برابر با حداکثر طول X1[n] و X2[n] می باشند. البته، طول بیشتر DFTs می تواند بوسیله تقویت هردو دنباله با نمونه های دارای ارزش صفر تقویت شود.


نتیجه گیری

با توجه به گسترش سیستمهای دیجیتالی درتمامی زمینه ها که منجز به کوچک شدن قطعات و تجهیزات و همچنین کاهش حجم و سرعت بالای پردازشگرها دراینگونه سیستمها و مقاوم بودن تجهیزات دیجیتالی درمقابل تداخل و خطاها به دلیل فریمهای تشخیص و تصحیح خط درگیرنده که در فرستنده پیش بینی شده اند جا دارد که این زمینه ازعلم و صنعت درصنایع هوایی نیز مورد استفاده قرارگیرند چرا که صنعت هوایی بیشتر از صنایع دیگر به این قبیل از مزایا نیازمند است بخصوص حجم و وزن کم تجهیزات درصنایع هوایی یکی از اهداف مهندسان و طراحان این صنعت می باشد.

کدک صحبت استاندارد G.728، یک کدک کم تاخیر است که صحبت با کیفیت عالی را در نرخ بیت 16 kbps ارائه می دهد و برای شبکه های تلفن ماهواره ای و اینترنت و موبایل که به تاخیر زیاد حساس هستند ، مناسب است. در این رساله به پیاده سازی بلادرنگ اینکدر و دیکدر G.728 بصورت دوطرفه کامل ( Full Duplex )بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم .

روشی ترکیبی برای برنامه نویسی TMS ارائه می شود که در آن زمان وپیچیدگی برنامه نویسی نسبت به برنامه نویسی دستی به 30% کاهش می یابد . در این روش پس از برنامه نویسی و شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم کدک به زبان C ، با استفاده از نرم افزار ( Code Composer Studio ) CCS، برنامه به زبان اسمبلی ترجمه شده و بهینه سازی دستی در کل کد اسمبلی صورت می گیرد . سپس بعضی از توابع مهم برنامه از نظر MIPS ، بصورت دستی به زبان اسمبلی بازنویسی می شوند تا برنامه بصورت بلادرنگ قابل اجرا گردد . در پایان نتایج این پیاده سازی ارائه می شود .

کلمات کلیدی

کدینگ و فشرده سازی صحبت ، پیاده سازی بلادرنگ ، DSP ، TMS320C5402 ، برد DSK

فهرست مطالب

- مقدمه 4

فصل 1 : بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت

1-1- معرفی سیگنال صحبت 6

1-2- مدل سازی پیشگویی خطی 10

1-2-1- پنجره کردن سیگنال صحبت 11

1-2-2- پیش تاکید سیگنال صحبت 13

1-2-3- تخمین پارامترهای LPC 14

فصل 2 : روش ها و استانداردهای کدینگ صحبت

2-1- مقدمه 15

2-2- روش های کدینگ 19

2-2-1- کدرهای شکل موج 21

2-2-2- کدرهای صوتی 22 2-2-3- کدرهای مختلط 24

الف- کدرهای مختلط حوزه فرکانس 27

ب- کدرهای مختلط حوزه زمان 29

فصل 3 : کدر کم تاخیر LD-CELP

3-1- مقدمه 34

3-2- بررسی کدرکم تاخیر LD-CELP 36

3-2-1- LPC معکوس مرتبه بالا 39

3-2-2- فیلتر وزنی شنیداری 42

3-2-3- ساختار کتاب کد 42

3-2-3-1- جستجوی کتاب کد 43

3-2-4- شبه دیکدر 45

3-2-5- پست فیلتر 46

فصل 4 : شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم به زبان C

4-1- مقدمه 49

4-2- ویژگی های برنامه نویسی ممیزثابت 50

4-3- ساده سازی محاسبات الگوریتم 53

4-3-1- تطبیق دهنده بهره 54

4-3-2- محاسبه لگاریتم معکوس 58

4-4- روندنمای برنامه 59

4-4-1- اینکدر 63

4-4-2- دیکدر 69

فصل 5 : پیاده سازی الگوریتم برروی DSP

5-1- مقدمه 74

5-2- مروری بر پیاده سازی بلادرنگ 75

5-3- چیپ های DSP 76

5-3-1- DSP های ممیزثابت 77

5-3-2- مروری بر DSP های خانواده TMS320 78

5-3-2-1- معرفی سری TMS320C54x 79

5-4- توسعه برنامه بلادرنگ 81

5-5- اجرای برنامه روی برد توسعه گر C5402 DSK 82

5-5-1- بکارگیری ابزارهای توسعه نرم افزار 84

5-5-2- استفاده از نرم افزارCCS 86

5-5-3- نتایج پیاده سازی 94

5-6- نتیجه گیری و پیشنهاد 97

- ضمائم

- ضمیمه (الف) : دیسکت برنامه های شبیه سازی ممیز ثابت به زبان C و

پیاده سازی کدک به زبان اسمبلی - ضمیمه (ب) : مقایسه برنامه نویسی C و اسمبلی 98

- مراجع103