OOK调制解调电路的设计

..*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2015年秋季学期通信系统综合训练题目：OOK调制解调电路的设计专业班级：通信工程12级１班姓名：学号：122501指导教师：成绩：..摘要OOK（On-OffKeying）为二进制开关键控，调制原理是通过二进制序列控制开关器件开闭来控制载波的通过，从而使二进制信号加载到载波上。它是一种成本低且最容易实现的调制方式，被广泛应用于各种场合，但其缺点是传输效率太低和无法满足高速的传输。通过Multisim对OOK调制解调电路进行仿真，解调方式采用非相干解调，主要设计部分为载波发生电路、带通滤波器、包络检波器、低通滤波器和抽样判决器。通过仿真发现电路的错误和不足之处，再进行优化以达到最佳。关键词：OOK调制非相干解调Multisim..目录摘要...........................................................................I前言...........................................................................1一、基本原理...................................................................21.1调制原理................................................................21.2解调原理................................................................2二、系统分析...................................................................42.1调制电路分析............................................................42.1.1基带信号模拟发生器................................................42.1.2载波发生器........................................................42.1.3开关电路..........................................................52.2解调电路分析............................................................52.2.1带通滤波器........................................................52.2.2全波整流电路......................................................72.2.3低通滤波器........................................................72.2.4抽样判决器........................................................7三、系统设计...................................................................83.1调制电路................................................................83.1.1基带信号发生电路设计..............................................83.1.2载波发生器电路设计................................................93.1.3调制电路设计.....................................................103.2解调电路...............................................................113.2.1带通滤波器电路设计...............................................113.2.2全波整流电路设计.................................................123.2.3低通滤波器设计...................................................133.2.4抽样判决器设计...................................................143.2.5解调电路设计.....................................................153.3结论与建议.............................................................15心得体会......................................................................16参考文献......................................................................18致谢..........................................................................19附录..........................................................................20..前言通信技术发展迅速，如今调制方式众多，完全能够满足不同领域不同要求的通信要求。其中振幅键控（ASK:AmplitudeShiftKeying）中的二进制振幅键控（2ASK）实现较为方便，成本也低。2ASK信号的产生可以通过乘法器和开关器件来实现，通过开关器件产生2ASK信号的调制称为OOK，由于开关器件的开闭速率不是很高，因此不能满足高效率和高速率的信号传输。OOK调制解调电路的结构简单，实现容易，价格便宜，被广泛应用于短距离遥控装置和无线信号灯系统等领域。用Multisim软件对OOK调制解调电路进行仿真，主要设计部分为载波发生电路、带通滤波器、包络检波器、低通滤波器和抽样判决器。调制速率为30Mb/s，解调方式采用非相干解调，非相干解调法又称为包络检波法，是利用包络检波器或波形整流器对振幅键控信号进行检波以恢复基带信号的方法。包络检波器由于电路简单、检波效率高、稳定性好、价格便宜等优点，应用的较为广泛。但对于高速的数字传输系统，由于码元较窄，无明显的包络，则无法利用包络检波法，必须应用相干解调法。..一、基本原理1.1调制原理开关键控（OOK）原理如图1-1所示。开关电路受基带信号)(tm的控制。当)(tm信号为“1”时，载波)(tf通过开关电路，即)()(tfts；当)(tm信号为“0”时，开关接地，)(tf输出为“0”，即0)(ts。OOK调制过程中)(tf、)(tm和)(ts的波形如图1-2所示。图1-1OOK调制原理图图1-2调制过程中信号波形1.2解调原理非相关解调法又称为包络检波法，是利用包络检波器或波形整流器对幅度键控信号进行检波以恢复基带信号的方法，其原理框图如图1-3所示。系统中带通滤波器用来抑制噪声，抽样判决器用于提高接收机性能，恢复基带信号。简单的包络检波器电路如图1-4所示，它是利用二极管单向导电性及电容的充、放电来实现检波的。当载波信号为正半周时，VD导通，电容充电，电容电压迅速上升至输入信号峰值；当输入信号下降，由于电容电压大于输入信号，使VD反偏截止，电容通过电阻R缓慢放电。当下一个正半周期时，输入信号大于电容电压使VD再次导通，并对电容充电至峰值，如此反复，其波形示意如图1-5所示。此时，电容电压具有与载波频率相同的波纹，可通过低通滤波器滤除。包络检波器由于电路简单、检波效率高、稳定性好、价格便宜等优点，应用得较为广泛。但对于高速的数字传输系统，由于码元较窄，无明显的包络，则必须应用相干解调法。载波发生器开关电路)(tf)(tm)(ts)(tm)(tf)(tsttt01001..图1-3OOK解调原理框图图1-4简易包络检波器电路图图1-5OOK解调波形示意图输入已调信号带通滤波器包络检波器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出基带信号)(tstt载波后110000)(ts)(tmCRVD..二、系统分析OOK系统主要分为调制部分和解调部分，调制部分有基带信号发生器、载波发生器、开关电路三部分，解调部分有全波整流器、低通滤波器、抽样判决器三部分，如果噪声干扰严重需要加上带通滤波器抑制噪声；要求载波发生器的频率有较高的精度，由于使用开关电路，码元速率不能太高。2.1调制电路分析调制电路主要由基带信号发生器、载波发生器和开关电路组成，分别对这三部分的性能和参数进行分析，得出最佳设计方案。2.1.1基带信号模拟发生器由于本次课题为计算机设计与仿真，采用Multisim真OOK电路。Multisim中不存在基带信号发生器，很多仿真用时钟发生器代替，但时钟波形“0”和“1”的比例和间隔都是一样的，实际中的基带信号具有一定的随机性。所以需要设计一个基带信号模拟发生器电路来模拟真实的基带信号。在Multisim中可以采用移位寄存器74LS194N和异或门74LS86N来设计基带信号模拟发生器。2.1.2载波发生器载波发生器采用正弦波电路，在正弦波振荡器中，主要有LC振荡电路、石英晶体振荡电路和RC振荡电路等几种。这几种电路，以石英晶体振荡器的频率最稳定，LC电路次之，RC电路最差。RC振荡器的工作频率较低，频率稳定度不高，但电路简单，频率变化范围大，常在低频段中应用。因而不能使用RC振荡电路，石英晶体振荡电路只有串联和并联两种电路，而且电路调试困难。LC振荡电路有变压器反馈式LC振荡器，电路易起振，振荡频率一般为几千Hz至几百千Hz。电感反馈式LC振荡器电路易起振且起振振幅大，振荡频率高达几十兆Hz，但其振荡波形的失真度也较大。电容反馈式LC振荡器又称为电容三点式振荡器，该电路的输出波形好，失真度较小，振荡频率高达100MHz，但其频率范围较小。综上所述，选择最后一种中的西勒振荡电路较为合适。西勒电路如图2-1所示，RL为负载电阻。其中心频率计算公式见式2-1。..图2-1西勒振荡电路)(21214343132213210CCLCCCCCCCCCCLf（2-1）2.1.3开关电路开关电路是OOK调制电路的核心部分，采用CD4066四双向模拟开关芯片实现开关电路，CD4066主要用作模拟或数字信号的多路传输。CD4066的每个封装内部有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。2.2解调电路分析2.2.1带通滤波器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。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。一个理想的带通滤波器应该有平稳的通带(bandpass，允许通过的频带)，同时限制所有通带外频率的波通过。但是实际上，没有真正意义的理想带通滤波器。真实的滤波器无