2ASK调制解调

信息与电气工程学院CDIO项目设计说明书（2013/2014学年秋季）CDIO项目名称：电子应用系统基础训练项目一级项目（第五学期）专业班级：通信11-02班学生姓名：学号：指导教师：设计成绩：2014年01月02日1目录1、CDIO设计目的……………………………………………………22、CDIO设计正文……………………………………………………22.12ASK调制解调工作原理………………………………………22.1.12ASK调制工作原理………………………………………22.22ASK解调工作原理…………………………………………32.2.12ASK相干检波法………………………………………32.2.22ASK包络检波法………………………………………42.3单元电路设计与参数计算……………………………………72.3.1matlism仿真2ASK调制原理实现……………………72.3.2Matlism仿真2ASK解调电路…………………………82.3Matlism仿真2ASK调制解调总体电路……………………93、设计总结心得……………………………………………………114、参考文献…………………………………………………………125、附录表格…………………………………………………………1221、CDIO设计目的⑴了解2ASK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。⑵理解2ASK调制的工作原理及电路组成。⑶理解2ASK解调的原理及实现方法。⑷掌握2ASK信号的频谱特性。⑸掌握2ASK调制与解调的设计方法和过程。2、CDIO设计正文2.12ASK调制解调工作原理2.1.12ASK调制工作原理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ttbteccos0）（）（（2-1）式中，c为载波角频率，是为单极性NRZ矩形脉冲序列）（）（bannTtgatb（2-2）其中，g(t)是持续时间为bT的矩形脉冲，常称为门函数；na为二进制数字，当1na，出现概率为P；当0na，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2.1.1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2.1.1相乘法3（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：tcoststecA式中的各参数含义如下：A为载波振幅，ts为二进制数字调制信号，c为载波角频率，te为2ASK已调波。二进制数字振幅键控电路原理模型如图2.1.2所示。图2.1.2开关法本设计选用相乘法来实现2ASK的调制。图2.1.3乘法器2ASK调制电路图2.22ASK解调工作原理2.2.12ASK相干检波法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。4y(t)相干检波法原理方框图如图2.2.1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ttbttytzcc2cos)(cos)()()2cos1(21)(21)2cos1)((21ttbttbcc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。图2.2.12ASK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。2.2.22ASK包络检波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ttbtetyccos)()()(0,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{na}。定时脉冲低通滤波器带通滤波器抽样判决器nab(t)S2ASK信号cosctz(t)5图2.2.22ASK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。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2.2.3所示，检波电路是对已调幅信号进行处理的电路。图2.2.3二极管包络检波电路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)(tASKu6（2）参数计算及元件选择在图2-7中，设R=200则C的选择应满足下述要求：cfRC10FRC1010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。比较器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2.2.4所示。32481U4ALM258AHR1047kohm12VVCCOutIn1IO1图2.2.4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2.2.所示。图2.2.5比较器传输特性7比较器的工作原理比较简单，当2v稍高于1v时，输入端的电压差2v-1v经过具有很大电压增益的集成运放进行放大，输出12vv时达到高电平饱和状态HV；当2v稍低于1v时，输入12vv经过具有很大电压增益的集成运放进行放大，输出21vv时达到高电平饱和状态LV。饱和输出电压HV和LV分别接近于正电源电压sV和负载电源sV。当12vv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。图2.2.62ASK解调电路图2.3单元电路设计与参数计算2.3.1matlism仿真2ASK调制原理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2.3.1所示，为2ASK调制电路图。图2.3.2所示为2ASK调制信号波形。图2.3.12ASK调制电路8图2.3.22ASK调制信号波形参数设定：调制载波信号频率要远大于原始信号，选取原始信号为1KHZ，载波为100KHZ。2.3.2Matlism仿真2ASK解调电路本设计采用包络检波实现2ASK解调，电路如下图2.3.32ASK包络检波解调电路9参数设定：（1）二极管包络检波条件Rl1/C=Tc/2πCRlRd电容充放电时间常数t=RC电路中R2影响C1的放电速度，R2越大，放电越缓慢，解调载波越平稳；R2越小，放电速度越快，解调载波波动越大。综合考虑，取R2=200Ω。电容C1大小也影响电容充放电时间，C1越大，放电越缓慢，解调载波越平稳；R2越小，放电速度越快，解调载波波动越大。综合考虑，取C1=50nF。（2）比较器判决门限电压值选取由包络检波输出波形知峰值电压为2V，可选判决电压为1V，使判决输出波形与原始信号相同（根据包络检波输出波形，总能找到一个合适的判决电压使解调输出的信号周期与原始信号相同）。2.3Matlism仿真2ASK调制解调总体电路仿真总体电路如下图图2.3.42ASK调制解调总体电路总体电路中每一级的输出波形如下：10图3.3.5仿真调制波形图图2.3.6整流及包络检波输出波形11整流及包络检波输出波形，由上图可以确定判决门限，使最终解调输出波形的周期和原始信号相同，波形也相同。图2.3.7解调输出波形和原始信号相同3、设计总结心得通过此次设计，我学会了2ASK通信系统的设计与仿真。起初我对2ASK信号的调制解调不是很了解，通过查阅一些书籍，让我对2ASK信号有了初步的认识，将调制部分做出，但是对解调部分，只是一知半解，通过老师的悉心指导，让我透彻的明白了2ASK的解调原理，以及对二极管包络检波有了更深的了解。本设计分为调制电路和解调电路两部分，调制电路由相乘器法实现，用二进制数字基带信号和一个正弦载波相乘得到2ASK调制信号，此部分需要载波信号的频率远远大于数字信号。解调部分用二极管包络检波完成，此部分需要注意，电阻电容参数的选择要得当，不能过大也不能过小。过大会使电容放电时间过长，参数过小会使检波输出的载波信号波动较大，无法正确判决。通过matlism仿真，波形可视化，使得系统更加形象，理解的更加透彻，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。12通过这次课程设计我收获了很多，我体会最深刻的三点是：第一，要学会自学，学会查阅资料，另外求学是一个严谨的过程，一定要谨小慎微，严格每一个过程。第二，出错不要紧，失败不要紧，要从失败中总结经验教训，真正掌握知识才是最重要的。第三，天道酬勤，相信努力就有收获，千里之行，始于足下。只要努力坚持不懈，就会有我们想要的结果。最后，感谢老师的耐心指导和建议。4、参考文献[1]谢嘉奎.电子线路(非线性部分，第四版)[M].北京：高等教育出版社,2000.[2]张会生.现代通信系统原理．北京：高等教育出版社，2003.[3]青木英彦，周南生．模拟电路设计与制作．北京：科学出版社，2005.[4]于海勋，郑长明．高频电路实验与仿真．北京：科学出版社，2005.[5]申功迈，钮文良．高频电子线路．西安：电子科技大学出版社，2006.[6]吴援明，唐军．模拟电路分析与设计基础．北京：科学出版社，2006.5、附录表格课程设计评语课程设计成绩指导教师（签字）年月日