2ASK数字信号频带传输系统的设计与建模.docx

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2ASK数字信号频带传输系统的设计与建模

目录

一．摘要1

二．题目分析与设计方案论证1

2.1、ASK调制原理1

2.2、ASK信号的产生2

2.3、ASK解调原理2

三．基于Quartus的系统建模与仿真3

3.1、2ASK数字调制系统3

3.2、2ASK解调系统5

四．心得体会7

五．附录8

六．参考文献11

一．摘要

数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输两种方式。

其中，数字信号的基带传输系统是指不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统。

基本的数字调制方式有2ASK,2FSK,PSK,DPSK等。

本文简要介绍了2ASK数字调制与解调的基本原理。

并在此基础上运用Quartus，Modelsim等EDA工具对2ASK数字系统进行建模与基本的功能仿真。

二．题目分析与设计方案论证

数字基带信号由于具有丰富的低频分量而不合适在具有带通特性的信道中传输。

必须进行数字调制，以使信号与信道的特性相匹配。

这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换成为数字带通信号（即已调信号）的过程称为数字调制。

在接收端可以通过解调器把带通信号还原成数字基带信号，这种过程称为数字解调。

对于2ASK调制，即二进制振幅调制系统，它是通过数字信号的“1”和“0”来对载波进行调制。

其中包括调制和解调的过程，这种传输方式称为数字频带传输系统。

2.1、ASK调制原理

数字信号对载波信号的振幅调制称为振幅键控，即ASK（AmplitudeShiftKeying）。

2ASK就是调制信号为二进制数字基带信号时的振幅键控。

振幅键控就是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息的“0”或“1”。

2ASK已调信号可表示为

e0=s（t）cosωct

式中，ωc为载波角频率，s（t）为单极性NRZ矩形脉冲序列

s（t）=Σang（t-nTs）

其中，g（t）是持续时间为Ts、高度为1的矩形脉冲，an为二进制数字

1，出现概率为p

0，出现概率为1-p

an=

2.2、ASK信号的产生

根据2ASK的基本原理和调制部分概念的理解，对于其调制方法有两种方案：

（1）乘电路调制法

就是用乘法器基带信号s（t）与载波信号cos（ωct）相乘就可以得到调制信号输出。

乘法器用来进行频谱搬移，相乘后的信号通过带通滤波器滤除高频谐波河低频干扰，带通滤波器的输出是振幅键控信号。

（2）键控法

所谓键控法就是一个开关电路，但是该开关电路时由输入的基带信号控制，同样也可以得到相同的输出波形。

为了控制开关电路，基带信号必须是矩形脉冲信号，高电平的时候，打开开关，低电平的时候，关闭开关。

cosωct

乘法器

s（t）→→e0（t）e0（t）↑s（t）

cosωct

①相乘电路调制法②键控法

图一ASK调制方法原理框图

2.3、ASK解调原理

ASK信号的解调方法有两种：

同步解调法（相干解调）和包络解调法（非相干解调）。

包络检波法解调器中的整流器和低通滤波器构成一个包络检波器。

由于在相干解调中相乘电路需要有相干载波，该载波必须从接受信号中获取，并且与接受信号的载波信号具有相同的频率以及相同的相位，所以比包络解调法复杂。

（b）相干解调

图二ASK解制方法原理框图

ASK随机信号序列的一般表示式为：

e0（t）=s（t）cosωct=[Σang（t-nTs）]cos（ωct）

三．基于Quartus的系统建模与仿真

3.1、2ASK数字调制系统

在Quartus中新建VHDL文件输入2ASK调制的代码后，在VHDL文件名上右键>creatsymbolfileforcurrentfille，在新建的BlockDiagram/SchematicFile中得到模型如下图：

图三2ASK调制建模

点击processing>startcompilation进行编译成功后得到综合完成的原理图如下：

图四2ASK综合原理图

Quartus11不自带仿真模块，可以通过设置调用modelsim软件进行时序仿真，编译完成后点击tools>RunEDASimulationTool>RunRTLSimulation会自动打开Modelsim软件，其界面如下：

图五modelsim界面

将各输入端口给相应波形并添加输出端口后，在wave界面点击run进行时序仿真得到仿真波形如下：

图六2ASK调制仿真波形

从图中可以看出当输入信号x为高电平时，输出波形即为载波波形；当输入信号为低电平时输出也为低，满足2ASK调制原理，实现了数字基带信号的2ASK调制功能。

3.2、2ASK解调系统

输入2ASK解调的VHDL代码后同样得到解调系统的模型如下：

图七2ASK解调系统模型

编译完成后得到综合所的原理图：

图八2ASK解调系统原理图

在modelsim中进行时序仿真得到2ASK解调系统的波形图：

图九2ASK解调系统时序仿真波形

从仿真波形中可以看出输出波形y即为解调后的原始信号，当输入信号为载波时输出高电平，当输入信号为低电平时输出亦为低电平，即实现了2ASK的解调功能。

还可以看出输出波形有一定的短延时。

四．心得体会

通过此次的课程设计，使我收获了很多。

掌握了2ASK调制解调的原理与VHDL实现，如2ASK信号的产生，相干解调与非相干解调的实现方法，学会了Quartus软件的使用方法，用其进行简单的建模综合得到相关功能元器件的电路原理图，初步学会使用Modelsim软件进行前时序仿真，得到基本的功能仿真波形，从而判断设计是否合理，能否完成预期的功能。

不仅让我对专业方面的知识认识更加深刻，同时也掌握了学习方法，懂得了无论做什么事，都要先弄懂原理，从根本出发，将一切问题分块分部解决的方法。

让我今后都受益颇深。

在本次课程设计的过程中，也遇到了很多问题和难点。

比如说当我做到解调部分的时候，程序都写完了，但就是波形出不来。

不能够正确的仿真出波形和原信号。

这让我很头疼，调了好久也没有输出。

最后，通过上网搜索资料，并且与同学们一起讨论研究。

终于一点点发现了问题，最后调出了波形。

这个过程中学会了分析问题，一步步派出解决问题的方法，体会到了解决问题的愉快。

虽然过程很坎坷，但结果却令人欣慰。

我觉得在这次的课程设计中，收获的不仅是我们自己的方面，更多的也有团队的合作和与别人的交流和沟通。

这让我们能够更好的与别人分享和交流，为我们在今后的学习和工作道路上都有所帮助。

五．附录

2ASK数字调制VHDL实现代码：

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_arith.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

entityaskis——定义实体

port（clk:

instd_logic;

start:

instd_logic;

x:

instd_logic;

y:

outstd_logic）;

end;

architectureffofaskis

signalq:

integerrange0to3;——定义时钟四分频信号

signalf:

std_logic;

begin

process（clk）

begin

if（clk'eventandclk='1'）then

if（start='0'）then

q<=0;

elsif（q<=1）then

f<='1';

q<=q+1;

elsif（q=3）then——实现四分频的分频器

f<='0';

q<=0;

else

f<='0';q<=q+1;

endif;

endif;

endprocess;

y<=xandf;——输入基带信号与载波相与实现键控调制

end;

2ASK数字解调VHDL实现代码：

libraryieee;

useieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_arith.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

entityask2is——定义2ASK解调系统实体

port（clk:

instd_logic;

start:

instd_logic;

x:

instd_logic;

y:

outstd_logic）;

end;

architectureffofask2is——定义结构体

signalq:

integerrange0to11;——对时钟信号12分频

signalf:

std_logic;

signaln:

integerrange0to5;——进行短延时，一般抽样判决

begin

process（clk）

begin

if（clk'eventandclk='1'）thenf<=x;

if（start='0'）then

q<=0;

elsif（q<=11）then

q<=0;

elseq<=q+1;

endif;

endif;

endprocess;

process（f,q）

begin

ifq=11thenn<=0;——实现12分频

elsifq=10then

ifn<=2theny<='0';——当检测到不多于三个波形是判为0

elsey<='1';

endif;

elsiff'eventandf='1'thenn<=n+1;

endif;

endprocess;

end;

六．参考文献

【1】、樊昌信.通信原理.北京:

国防工业出版社,2007

【2】、朱正伟.EDA技术及应用.北京:

清华大学出版社,2005

【3】、刘爱荣，王振成.EDA技术与CPLD/FPGA开发应用简明教程.北京：

清华大学出版社，2007

【4】、江国强.EDA技术与应用[M].北京：

电子工业出版社，2004

【5】、梨洪松.数字通信原理.西安:

西安电子科技大学出版社，2005

本科生课程设计成绩评定表

姓名

性别

专业、班级

课程设计题目：

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日