2ask调制解调

信息与电气工程学院CDIO项目设计说明书（2011 /2012学年第一学期）CDIO项目名称 ： 电子应用系统一级项目(第五学期) 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计成绩 ： 2011年11月1、CDIO设计目的掌握 2ASK 解调原理及其实现方法，了解线性调制时信号的频谱变化； 认识和理解通信系统，掌握信号是如何经过发端处理被送入信道然后在接收端还原； 学会2ASK传输系统的二级调制解调结构，测试2ASK传输信号加入噪声后的误码率，分析2ASK传输系统的抗噪声性能；2、CDIO设计正文2.1 2ASK调制 2.1.1 2ASK调制方法调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在2ASK调制中，载波的幅度只有两种变化状态，即利用数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出。有载波输出时表示“1”，无载波输出时表示发送“0”。2ASK信号可表示为 （1-1）式中，为载波角频率，是（他）为单极性NRZ矩形脉冲序列（1-2）其中，g(t)是持续时间为、高度为的矩形脉冲，常称为门函数；为二进制数字，当，出现概率为P；当，出现概率为（1-P）。在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种： （1）相乘法：通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为相乘法，其电路如图1所示。在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。图1 相乘法（2）开关法：这种方法是使载波在二进制信号“1”和“0”的控制下分别接通和断开，这种二进制振幅键控方式称为开关键控方式，它是2ASK的一种常用的方式。以二进制数字信号去控制一个初始相位为0的正弦载波幅度，可得其时域表达式如下：式中的各参数含义如下：A为载波振幅，为二进制数字调制信号，为载波角频率，为2ASK已调波。二进制数字振幅键控电路原理模型如图2所示。图2 开关法本设计选用相乘法来实现2ASK的调制。总体设计方案如图3-1，3-2所示。本设计调制部分选用按键法实现，暨图3-2所示。图3-1 开关法2ASK调制电路图图3-2 乘法器2ASK调制电路图如图4所示，2ASK调至电路仿真波形图图4 2ASK调制电路图仿真波形图模拟双向开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。LC振荡器简单的说就是一个频率源，一般用在锁相环中。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。它能够完成从直流电能到交流电能的转化。缓冲放大器的作用主要是提高负载能力和减少负载对信号源的影响，兼有增加抗干扰能力。2.1.2 2ASK调制功率谱密度若设S(t)的功率谱密度为Ps（f），2ASK信号的功率谱密度为 ，则由图5可见，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，由连续谱和离散谱组成。图5 2ASK功率谱密度2.2 2ASK解调 2.2.1 2ASK解调方法2ASK信号解调的常用方法主要有两种：包络检波法和相干检测法。包络检波法的原理如图6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b(t)。经抽样、判决后将码元再生，即可恢复出数字序列。y(t)b(t)带通滤波器包络提取低通滤波器抽样判决器定时脉冲S2ASK信号图62ASK信号的包络解调相干检波法原理方框图如图7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，输出为经低通滤波器滤除第二项高频分量后，即可输出b(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。定时脉冲低通滤波器带通滤波器抽样判决器b(t)S2ASK信号costz(t)y(t)图72ASK信号的相干解调虽然2ASK信号中确定存在着载波分量，原则上可以通过窄带滤波器或锁相环来提取同步载波，但这会给接受设备增加复杂性。因此，实际中很少采用相干解调法来解调2ASK信号。本设计解调部分选用包络检波法如8所示。低 通滤波器整流器带 通滤波器比较器2ASK已调信号比较电平输出 图82ASK包络检波法系统框图整流器是一个整流装置组成，是将交流电源转化为直流的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电变成直流电，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。低通滤波器容许低频信号通过, 但减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比较器的功能是对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序。它能够实现这种比较功能的电路或装置。比较电平是由2ASK峰值检波并分压而得到。2.3 单元电路设计与参数计算 2.3.1 2ASK调制电路的原理及实现通过乘法器把载波信号cos（wt）和数字信号相乘，得到我们需要的2ASK信号s（t）。如图9所示，为2ASK调制电路图。图10所示为电路图实现的功能暨我们所需的2ASK信号。图 9 利用乘法器实现的2ASK调制图 10 2ASK的调制波形2.3.2模拟双向开关CD4066简介模拟双向开关CD4066的引脚功能如下图11所示。每个封装内部有4个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时,开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时,导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时,呈现很高的阻抗,可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号,可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小,典型值为50dB。图11CD4066的引脚功能2CD4066电路设计图12模拟双向开关调制电路2.3.3 2ASK解调电路图 13 2ASK解调电路图 14 2ASK解调波形图2.3.4整流器与低通滤波器1.电路结构及工作原理整流器与低通滤波器都采用二极管包络检波电路。本电路中是由二极管1N4148和低通滤波器RC相串联而构成的二极管包络检波电路如图 15 所示，检波电路是对已调幅信号进行处理的电路。图15二极管包络检波电路2参数计算及元件选择在图2-7中，设k则C的选择应满足下述要求：msmsms，则nF在二极管包络检波电路中二极管（整流器）选用DIODE_VIRTUAL，该管为高速开关二极管。下图16为包络检波波形图。图 16 2ASK包络检波波形图2.3.5比较器1电路结构与工作原理检波以后的信号是模拟信号，需要经过比较器与判决门限比较，才能还原为数字基带信号，本设计中使用的比较器电路如图17所示。图17比较器电路比较器实际上是工作在开环状态下的运算放大器，它是用来比较两个电压大小的器件，其传输特性如图18所示。图18比较器传输特性比较器的工作原理比较简单，当稍高于时，输入端的电压差-经过具有很大电压增益的集成运放进行放大，输出时达到高电平饱和状态；当稍低于时，输入经过具有很大电压增益的集成运放进行放大，输出时达到高电平饱和状态。饱和输出电压和分别接近于正电源电压和负载电源。当时，对应的区域称为转换区域，它是输出电压不在任何一个饱和状态的区域。若集成运放的开环增益为，两个输出饱和状态电压之差为10V，则该转换区域的宽度为mV即转换区域内输入差模电压的范围是很小的在此电路中忽略这一转换区域。2参数计算及元件选择比较器采用单电源运算放大器LM258做比较，比较电平可由2ASK信号峰植检波（注意，并非包络检波）并分压而得到，显然分压系数应为0.5。峰值检波器参数应满足：RC10/F=10ms。图19为比较器输出波形图。图19 2ASK比较器输出波形图图20为2ASK调制解调电路整体电路图。图 20 2ASK调制解调整体仿真图3、设计总结或结论振幅键控调制(ASK) 因为传输效率低,在实际中很少采用，因此本设计是由数字基带脉冲信号与载波信号相乘来实现振幅键控的调制。在对2ASK的解调过程中，低通滤波后的波形失真较大，经过抽样判决整形后可以再生数字基带脉冲。但是，在实践中，从2ASK信号提取载波需要相应的电路，将会给设备增加复杂性，为了简化设备，目前很少采用同步检波来解调2ASK信号。通过此次课程设计，我学会了2ASK通信系统的设计与仿真。通过波形的可视化，使得系统更加形象，理解的更加透彻，在实验中关于滤波器的选择上遇到了困难，多亏老师和同学们的帮助，使我克服困难顺利完成这次设计。通过仿真系统，能够深刻理解通信系统的原理和具体实现法案，而且通过实际仿真，积累了宝贵的实践经验，掌握了multisim仿真软件的操作。同时要感谢同学们无私的帮助，让我觉得学习是一个快乐的过程。让我明白团队的重要性。在与他人的交流和讨论中我受益匪浅，同时也被同学们刻苦钻研的精神所深深感染。乐于助人，耐心的解答我提出的问题，对我的设计上提出了许多中肯的修改意见，并对一些技术上的细节给予了很大的帮助。4、参考文献1于海勋，郑长明高频电路实验