System-View的2ASK调制解调器设计.doc

锁相技术锁相技术 课程结业论文课程结业论文 题题 目目 2ASK 信号的解调电路设计 院系名称 院系名称 信息科学与工程学院信息科学与工程学院 专业班级 专业班级 电子信息工程电子信息工程 xxxxxx 班班 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 201116910322201116910322 授课教师 授课教师 2014 年 6 月 19 日 摘 要 现代通信系统要求通信距离远 通信容量大 传输质量好 作为其关键技术之 一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向 从最早的模拟调幅调频技术的 日趋完善 到现在数字调制技术的广泛应用 使得信息的传输更为有效和可靠 二 进制数字振幅键控是一种古老的调制方式 也是各种数字调制的基础 本次课程设计主要是利用System View仿真软件平台 设计一个2ASK解调器系 统 用示波器观察解调前后的信号波形 并将其记录下来 分析该系统的性能 通 过System View的仿真功能模拟实际中的2ASK解调 本课题研究的是基于System View的2ASK解调器设计 对解调进行简单的介绍 选择出合适的方法完成设计 关键词 System View 解调 2ASK 仿真 目 录 1 1 引言 引言 1 1 课题目的和意义 1 2 课题研究内容 2 2 2ASK2ASK 解调的基本原理解调的基本原理 2 1 2ASK 的定义 2 2 2ASK 的解调 3 3 基于 基于 SystemSystem ViewView 的调制解调系统设计的调制解调系统设计 3 1 2ASK 的调制解调 3 2 2ASK 解调的功能模版分析 4 4 测试过程及结果 测试过程及结果 4 1 调制信号和载波信号 4 2 已调信号 4 3 已调信号经包络检波器各个元器件后的波形 5 5 结论 结论 6 6 参考文献参考文献 1 1 引言引言 1 1 课题目的和意义 课题目的 加深对 2ASK 信号解调系统的理解 了解解调方法以及每种解调方 法的模块建立 熟练使用 systemview 仿真软件 课题意义 对 2ASK 信号调制解调有更深的印象 锻炼动手能力等等 为以后 更好的踏入社会打下坚实的基础 1 2 课题研究内容 本次课程设计的内容 对 2ASK 信号解调系统的设计 其中包括非相干解调 包络 检波 和相干解调 以及包括各个模块的设计 参数选定 2 2 2ASK2ASK 解调的基本原理解调的基本原理 2 1 2ASK 的定义 数字幅度调制又称幅度键控 ASK 二进制幅度键控记作 2ASK 2ASK 是利用代表 数字信息 0 或 1 的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波 使载波时断时续 有 载波输出时表示送 1 无载波输出时表示发送 0 2 1 twtste cook cos 2ASK信号可表示为 2 2 n bn nTtgats 式中为载波角频率 为单极性NRZ矩形脉冲序列 c ts 2 3 1 0 1 P P an 出现概率为 出现概率为 其中 是持续时间为 高度为1的矩形脉冲 常称为门函数 为二进制数 tg b T n a 字 二进制振幅键控信号时域波形如图2 1所示 可以看出2ASK信号的时间波形 随二 进制基带信号 通断变化 所以又称为通断键控信号 OOK信号 S t 101101 t t t Tb 载波 信号 2ASK 信号 图2 1 2ASK信号时域波 2 2 2ASK 的解调 2ASK信号的解调的常用方法主要有两种 包络检波法和相干检波法 包络检波法 的原理如图3 4所示 带通滤波器恰好使2ASK信号完整的通过 经包络检测后 输出其 包络 低通滤波器的作用是滤除高频杂波 使基带信号 包络 通过 抽样判决器包 括抽样 判决及码元形成器 定时抽样脉冲 位同步信号 是很窄的脉冲 通过位于 每个码元的中央位置 其重复周期等于码元的宽度 不计噪声影响时 带通滤波器输 出为2ASK信号 即 包络检波器输出为 经抽样 判决后将ttbtety c cos 0 tb 码元再生 即可恢复出数字序列 n a 带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器 输出 定 时 脉 冲 图2 2 包络检波法 相干检波法原理方框图如图3 5所示 相干检测就是同步调解 要求接收机产生一 个与发送载波同频同相的本地载波信号 称其为同步载波或相干载波 利用此载波与 收到的已调信号相乘 输出为 2 4 2cos1 2 1 2 1 2cos1 2 1 cos cos 2 twtb twtb twtbtwtytz c c cc 经低通滤波器滤除第二项高频分量后 即可输出信号 低通滤波器的截止频 tb 率与基带数字信号的最高频率相等 由于噪声影响及传输特性的不理想 低通滤波器 输出波形有失真 经抽样判决 整形后再生数字基带脉冲 带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器 输出 定 时 脉 冲 cos t 图2 3 相干检波法 3 3 基于基于 SystemSystem ViewView 的调制解调系统设计的调制解调系统设计 前面第二章节简单的介绍了 2ASK 的解调工作原理 下面将用 System View 实现 2ASK 的解调系统 并进行仿真 3 1 2ASK 的调制解调 因为信号的解调也有两种方法 所以可以有两种2ASK调制解调器 经过优化后的 处理 可以得到2ASK调制解调器的总体电路图 1 包络检波解调法 调制部分 采用乘法模拟法调制 包含的元件序号是 0 1 2 3 4 解调部分 采用包络检波解调法 也即非相干解调法 解调 包含的元件序号是 5 6 7 8 如图3 1所示 图3 1 包络检波解调 模块说明 3为正弦载波 0为随机NRZ信号 也即是二进制基带信号 5和7是滤 波器 2是乘法器 6是半波整流器 8是判决器 2 相干解调法 调制部分 采用乘法模拟法调制 包含的元件序号是 0 1 2 3 4 解调部分 采用相干解调法解调 包含的元件序号是 5 7 8 16 17 如图3 2所示 图3 2 相干检波解调 模块说明 3和17是正弦载波 0是随机NRZ信号 也即是二进制基带信号 5和7 是滤波器 2和16是乘法器 8是判决器 经滤波滤除第二项高频分量后 即可输出s t 信号 低通滤波器的截止频率与基 带数字信号的最高频率相等 由于噪声影响及传输特性的不理想 低通滤波器输出波 形有失真 经抽样判决 整形后再生数字基带脉冲 虽然2ASK信号中确实存在着载波分量 原则上可以通过窄带滤波器或锁相环来提 取同步载波 但这会给接收设备增加复杂性 因此 实际中很少采用相干解调法来解 调2ASK信号 所以 本次设计我所采用的是包络解调的方法 3 2 2ASK调制解调的功能模版分析 1 非相干解调模块 Token 0是产生二进制的随机基带信号 选用的是Source Library里的PN Seg 其参数为 Amp 0 5V Offset 0 5V Rate 10Hz Levels 2 Phase 0 deg 如 图3 3 图3 3 Token 0参数设置 Token 2是乘法器 将载波和基带信号相乘 产生调制信号 选用的是 Multiplier 默认没有参数可以设置 Token 1 4 是时间延时器 是将信号延迟一段时间再传送出去 选用的是 选用的是Operator Library里的Delays里的Delay 其参数如图3 4所示 图3 4 Token 1 4 参数设置 Token 3 是正弦载波产生器 选用的是Source Library里的Sinusoid 其参 数为 Amp 1V Freq 50 Hz Phase 0 deg output 0 Sine t14 如图3 5所示 图3 5 Token 3 参数设置 Token 5 是带通滤波器 滤除有效信号以外的噪声 选用的是Operator Library 里的Liner Sys Filters 它的详细的参数设置如图3 6所示 图3 6 Token 5 参数设置 Token 6 是半波整流器 作用是将2ASK信号的下半部分载波翻转到正半轴 选用的是Function Library里的Half Rctfy 参数为Zero Point 0V Max Rate 500Hz 它的详细的参数设置如图3 7所示 图3 7 Token 6 参数设置 Token 7 是低通滤波器 滤除有效信号以外的噪声 选用的是Operator Library里的Liner Sys Filters 它的详细的参数设置如图3 8所示 图3 8 Token 7 参数设置 Token 8 是缓冲器 起到的作用是抽样判决器 选用的是Logic Library子目 录Gates Buffer里的Buffer 如图3 9所示 图3 9 Token 8 参数设置 2 相干解调模块 Token 0是产生二进制的随机基带信号 选用的是Source Library里的PN Seg 其 参数为 Amp 0 5V Offset 0 5V Rate 10Hz Levels 2 Phase 0 deg 如图3 3 Token 2 和Token 16是乘法器 将载波和基带信号相乘 产生调制信号 选用的 是Multiplier 默认没有参数可以设置 Token 3 和Token 17是正弦载波产生器 选用的是Source Library里的 Sinusoid 其参数为 Amp 1V Freq 50Hz Phase 0 deg output 0 Sine t21 Token 5和Token 7是滤波器 滤除有效信号以外的噪声 选用的是Operator Library里的Liner Sys Filters 它们的参数设置同图3 6和图3 8 Token 8是缓冲器 起到的作用是抽样判决器 选用的是Logic Library的子目录 Gates Buffer里的Buffer 4 4 测试过程及结果测试过程及结果 4 1 调制信号和载波信号 图 4 1 模拟法调制信号 图 4 2 载波信号 4 2 已调信号 图4 3 模拟法已调制信号 4 3 已调信号经包络检波器各个元器件后的波形 用包络检波解调中经带通滤波器后信号波形 如图 4 4 所示 图4 4 经带通滤波器后的的信号波形 在包络检波解调中经半波整流器后信号波形 如图 4 5 所示 图4 5 经半波整流器后的信号波形 在包络检波解调中经包络检波器后输出波形 如图 4 6 所示 图4 6 经包络检波器后的输出波形 在包络检波解调中经抽样判决器后输出波形 如图 4 7 所示 图4 7 经抽样判决器后的输出波形 综合上述 包络检波解调法对 2ASK 调制信号与解调信号进行比较 如图 4 8 所示 其中 a 为调制信号 b 为解调信号 a 调制信号 b 解调信号 图4 8 2ASK调制信号与解调信号波形比较 二进制的基带信号和正弦载波经过乘法模拟器得到调制信号 即为 2ASK 信号 已调信号经过信道时 受到不同噪声的干扰 导致在解调接收端出现的已调信号中混 入了噪声 该已调信号经过半波整流器和抽样判决器后会输出二进制基带信号 最后的接收端的解调输出波形和原始 NRZ 信号相比 虽然有着部分的不吻合 但其参量是相同的 表明该系统可以实现 2ASK 数字调制系统解调功能 符合设计要 求 5 5 结 结论论 本次课程设计主要有以下几个方面收获 以下全部都是在本次课程设计中的解决 的问题和学到的东西 System View 软件的再次学习 System View 在仿真软件中也是具有分出重要的地 位的 作为我们通信工程的专业的人来说 熟悉使用一款以上的电路仿真软件是必须 的 电路仿真时我们通信系统在检测我们的设计是一个重要的工具 当我们设计的电 路能够在电路上实现时 我们的设计的电路才有可能能够在实际中实现 也许实际更 难实现 有很多的环境等因素我们在仿真时很难考虑到 所以这次对于我来说是一个 非常好的机会来学习这款软件 通过自己把这些电路图实现 能够基本掌握了其中一 些常用的软件的相关知识 对于以后进一步去掌握这款软件打下坚实的基础 提高了动手能力 在这次课程设计中 我通过由不熟悉这款软件 到自学其中的 知识 并且在网络上查找窗口中的界面的介绍 自学这款软件 并独立完成全部的仿 真的内容 仿真的结果与预想中的差不太大 符合我们所学的内容 通过本次设计 更使我明白了学习和实践之间的密