Введение к работе
Актуальность работы Развитие науки и техники в последние десятилетия во многом связано с применением систем автоматизированного проектирования (САПР) САПР используются во многих областях науки и техники, в том числе при разработке узкополосных средств радиосвязи Применение САПР в этой области позволяет значительно сократить время проектирования средств радиосвязи и улучшить их технические характеристики
Важной задачей, решаемой разработчиком при проектировании узкополосных средств радиосвязи, является повышение спектральной эффективности передачи (отношение скорости передачи к ширине используемой полосы частот) Одним из вариантов повышения спектральной эффективности передачи через канал с замираниями является использование адаптивной модуляции, в которой параметры передатчика (мощность и размер сигнального созвездия сигнала, вид канального кодирования) меняются в зависимости от состояния радиоканала Адаптивная модуляция является предметом исследования двух последних десятилетий, за это время было опубликовано большое число научных трудов, посвященных этой проблеме Однако только в последние несколько лет методы адаптивной модуляции стали применяться на практике при разработке адаптивных радиомодемов
Обработка сигнала в адаптивных радиомодемах выполняется в цифровом виде Для этого могут быть использованы специализированные микросхемы, цифровые сигнальные процессоры (ЦСП) или программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) ПЛИС является быстро развивающейся элементной базой, конкурирующей с цифровыми сигнальными процессорами и специализированными микросхемами в области цифровой обработки сигнала Выигрышной особенностью ПЛИС по сравнению с ЦСП является возможность создавать архитектуру устройства, оптимально использующую аппаратные ресурсы для решения поставленной задачи ПЛИС име-
ет более короткое время проектирования с меньшими затратами по сравнению со специализированными микросхемами Кроме того, наблюдается тенденции уменьшения удельной стоимости (в расчете на ячейку), увеличения числа вычислительных ячеек, уменьшения потребляемой мощности, что делает ПЛИС еще более привлекательной и перспективной элементной базой для использования в области цифровой обработки сигналов
Разработка устройств на базе ПЛИС выполняется с помощью специализированных САПР и включает следующие этапы ввод проекта, моделирование, синтез логики, размещение логики на ячейке кристалла, моделирование временных параметров и энергопотребления Результатом развития методики проектирования устройств на ПЛИС стало появление библиотек синтезируемых компонентов, выполняющих функции различной сложности (от простых умножителей до законченных трансиверов) Таким образом, ввод проекта и его моделирование происходит уже на системном уровне, что значительно сокращает время проектирования устройства Также появилась тенденция расширения САПР с помощью специализированных модулей, позволяющих реализовать конкретную функцию (цифровой фильтр, синтезатор частот и т д ) с минимальными временными затратами
Использование ПЛИС в качестве элементной базы при разработке адаптивных радиомодемов является хорошим выбором, поскольку они позволяют реализовать их с меньшей аппаратной избыточностью по сравнению с ЦСП Однако специализированных средств для автоматизированного проектирования адаптивных радиомодемов до настоящего момента найдено не было
Цель диссертационной работы сокращение времени автоматизированного проектирования и улучшение технических характеристик адаптивных узкополосных радиомодемов на базе ПЛИС за счет разработки специализированной подсистемы САПР
Поставленная цель может быть достигнута при условии решения следующих задач
-
Провести анализ и систематизировать известные методы адаптивной модуляции и алгоритмов автоматизированного синтеза схемотехнических решений для их реализации
-
Синтезировать математические модели (ММ), используемые для автоматизации составления структуры адаптивного радиомодема, а также для расчета параметров адаптивного радиомодема
-
Разработать библиотеку синтезируемых компонентов адаптивного радиомодема
-
Разработать методику, включающую полный цикл автоматизированного проектирования адаптивного радиомодема на ПЛИС с использованием разработанных ММ и библиотеки компонентов
-
Реализовать опытный образец адаптивного узкополосного радиомодема на базе ПЛИС по предлагаемой методике, проверить адекватности разработанных ММ
Научная новизна В диссертационной работе получены следующие научные результаты
-
Синтезирована целевая функция для определения значений параметров адаптивного радиомодема Рассчитанные параметры используются для автоматизированного синтеза структуры адаптивных узкополосных радиомодемов, обеспечивающих максимальную спектральную эффективность передачи при заданных ограничениях на аппаратные затраты
-
Разработаны ММ, применяемые для автоматизированного проектирования адаптивных узкополосных радиомодемов в подсистеме САПР
-
Разработана методика автоматизированного проектирования адаптивных радиомодемов на базе ПЛИС
Практическая ценность работы
-
Разработана подсистема САПР для моделирования и синтеза узкополосных радиомодемов на базе ПЛИС
-
Разработана библиотека синтезируемых компонентов адаптивного радиомодема
Подана заявка на изобретение № 2007113104- «Способ автоматизированного проектирования адаптивных радиомодемов на ПЛИС»
Реализация и внедрение результатов Разработанная методика, алгоритмы и ММ были использованы при проектировании адаптивного радиомодема (проект «РМ Сократ») на ОАО «Завод «Автоприбор», а также внедрены в учебный процесс на кафедре конструирования и технологии радиоэлектронных средств Владимирского государственного университета
Апробация работы Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на технических советах научно-технического центра ОАО «Завод «Автоприбор», на семинарах кафедры Конструирования и технологии радио электронных средств Владимирского государственного университета и на конференции «Инновационные технологии в проектировании - 2007»
Публикации по работе Материалы по теме диссертации опубликованы в 6 работах, одна из которых входит в перечень изданий, рекомендуемых ВАК Подана заявка на изобретение
Структура работы Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 112 страницах, содержит 34 рисунка и 12 таблиц, а также включает список литературы из 106 наименований, и приложения
