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解码码型方案的设计(一)-通信工程毕业论文

2013-06-16 01:04

2  解码码型方案的设计
   本设计是关于多参数测井仪地面解码，它包括解码系统的前向通道电路部分、信号处理电路部分，并能还原成标准的曼彻斯特码，系统通道电路部分还具有自动门槛电平功能，根据输入信号的大小自动调节比较器门槛电平的高低以适应输入信号。整个测井系统的任务是：将由井下的多参数组合仪取得信息(通过WTC，多路生产组合仪将不同参数测量仪器所取得的多种信息归集在一起的)以曼彻斯特码形式传送到地面后，对其进行处理，再通过单片机进行解码，最后恢复成数字信号并储存。
2.1  方案论证
2.1.1  采用一般二进制码与采用Manchester码的比较
 为了时分多路传输大量测井信息，充分利用测井电缆的频带宽度，提高信息传输速率，各种测井的数字化信息，先要进行编码和调制，再经电缆传至地面，先就常用的编解码讨论如下[6]：
 在这部分中，不是直接传输二进制信号，而是将二进制信号转换成便于传输的码型。如图2-1是一些常用的码型：
                  
 图 2-1 常用的码型
 Fig 2-1 Commonly used yards of types
 图(a)为单极性归零码，发“1”时，电压为正，持续时间短于移个码元时间，发“0”时为0电压。
 图(b)为双极性归零码，每个码元要归零一次，可以从该信号中指取定时脉冲，因此又称“自定时”信号。
 图(c)为双极性码信号，发“0”时电位总是零，发“1”时电位交替地变为＋1和－1脉冲，该码优点为无直流分量。
 图(d)为差分信号，则码型用有极性改变表示“0”，用无极性变换表示“1”，或者相反。 中国大学排名
 图(e)为双码信号，该码中，相邻地前一码元与本码元相同时，则本码元电压为0，如果前码元为“0”,而本码元为“1”，则本码元极性为正。如果前一码元为“1”，而本码元为“0”，则本码元地极性为负。这种波形优点为无直流分量。
 图(f)为曼彻斯特码(Manchester)，该码规定，由低电平跳到高电平代表“1”，高电平跳到低电平代表“0”。该码优点是既能提供足够地定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但是它的带宽要宽些。，接受端还可利用所接收信号的跳变沿来恢复时钟。
PCM码：双极性归零制，不含直流成分，易与传输，在数字传输初期常用。
BPSK(双相位相移键控)：“0”只在位边界处有跳变，“1”在位边界和中央都有跳变。自时钟码，无直流，易传输和处理。此外，能有效利用频带宽度。显然，它只有两种相移0度和180度，相应电路比较简单，可靠性高。
QPSK：由于调制和解调电路比较复杂，在测井作业中不易保证其可靠性，故很少采用。
 从上面地分析可以看出，几种基带信号波形中，双极性归零码，曼彻斯特码自带时钟信号，可以方便的提取出定时脉冲，而双极性码无直流分量，而曼彻斯特码又无直流漂移，因此，从含定时信号，无直流分量，编解码复杂程度等因素方面考虑，曼彻斯特码比其它码型更加适合基带传输，又由于曼彻斯特码是以上升、下降沿表示0或1的，因而传输过程中的抗干扰的能力比较强。
 通过上面分析可知，2FSK、2PSK、2DPSK各项指标均可满足测井系统的要求。但是它们的设备比较复杂。又由于测井环境比较差，因而产生载波器件容易产生很大的温漂，使系统工作的稳定性下降，这时可以考虑载波采用方波，不过这会增加技术上的难度。对于上述三种编码信号传输，只要码型选得好了，一般来说，也可以达到要求的，并且采用编码方式传输，其硬件结构简单，编解码实现比较容易，不失为一种可采取的方案。因此，本系统从各项指标，经济角度加以综合分析，最终选取编码传输。在编解码中选取抗干扰能力比较强，容易提取定时信号，且无直流漂移的Manchester码作为数据传输系统的码型。

 2.1.2 直接用曼码与RB调制后用曼码
 若直接采用Manchester码传输，则其发射端所驱动的功率要求比较大。为了解决直接 这一问题，需将Manchester码进行RB调制，其RB调制后如图2-2所示，即在所有上跳变的地方，用一正窄脉冲表示，在所有下跳变的地方用一负窄脉冲表示，图2-2给出了Manchester码经RB调制后的波形。由于在图所示的框图中有电容隔离直流电源，RB调制码相对Manchester码来说，电平持续时间更短，更适合于图所示的系统，在地面接收端可将RB调制码波形经信号处理电路恢复成Manchester码波形。这样做的优点是：在所有存在上升沿的地方用正脉冲取代，在所有存在下降沿的地方用负脉冲表示，即将原来的Manchester码变为一种归零形式的Manchester码。由于这种码型采用了窄脉冲，因而在实际驱动中，消耗的功率比较小，而且这种码型正负脉冲交替，无直流分量。需要说明的是，由于单芯电缆只能传输正电压，该双极性码的负脉冲并不是对电缆地来说的。也就是说，归零码的零电平并不是电缆地，而是 “悬浮”的。实际上，对电缆地来说，该码的正脉冲、零、负脉冲的电势分别为+24V，+12V、地。

Manchester码

双极性曼码

图 2-2 RB 调制的Manchester码
Fig 2-5 Manchester yard that RB modulates
 在测井数输系统中，由于曼彻斯特码(Manchester)既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编解码过程相对简单，因而Manchester码是测井数据传输中常用的编码方式之一。
 在实际的工程测井中，常采用Manchester编译码器HD-15530把测井数据转换为Manchester码及把Manchester码解码为数据。由于HD-15530发送数据输入及接受数据接受均为串行方式，并且Manchester编码、解码是以16位数据为基本单位，逻辑上要求使用16位的并入串出移位寄存器(PISO)和16位的串入并出移位寄存器(SIPO)与单片机接口，这样硬件结构比较复杂，相应的仪器成本也比较高。考虑到系统内部有单片机，用单片机及软件来实现Manchester码解码功能，可使得整个方案灵活可靠。 （科教作文网http://zw.nseAc.com）
2.1.3 用硬件门电路解码与用单片机软件解码
 传统的解码方式采用硬件电路不但成本高、体积大、占用空间而且仪器之间也存在误差可能导致解码失误。
 例如一种由生成多项式G(x)=x8 +x7+x6+x5+1生成BCD代码的基本译码器。由G(x)生成的编码为16位。接受的R(x)信息系列，有8为冗余位。其原理是输入序列时送入反馈移位寄存器和暂存寄存器。在位组识别器中对循环移位的位组进行识别，使其输出位组和存储器存储输出有确定的关系。如果有噪声干扰影响的存在，则是原编码的各位符号之间的规律发生变化，这样的一个序列，再经译码后，是识别器输出具有差错的码。这样，不能按着预