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liujing2ASK课程设计报告详细版
安徽建筑工业学院
电子与信息工程学院
综合课程设计
(2010/2011学年第二学期)
题目:
2ASK电路设计
专业班级:
08通信2班
学生姓名:
刘静
学号:
08205040205
指导教师:
高翠云夏义全冯俊邵慧
2011年7月
2ASK数字调制器的设计
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臻完善,到现在数字调制技术的广泛运用,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。
关键词:
调制2ASK仿真波形
一:
2ASK原理
振幅键控(也称幅移键控),记做ASK,或称其为开关键控(通断键控),记做OOK。
二进制数字振幅键控通常记做2ASK。
对于振幅键控这样的线性调制来说,在二进制里,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,使载波时断时续的输出,有载波输出时表示发送“1”,无载波输出时表示发送“0”。
根据线性调制的原理,一个二进制的振幅调制信号可以表示完成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的乘积。
2ASK信号可表示为
……………………………………………………………
(1)
式中,
为载波角频率,s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列
…………………………………………………………
(2)
其中,g(t)是持续时间为
、高度为1的矩形脉冲,常称为门函数;
为二进制数字
2ASK信号的产生有两种方法:
相乘电路法:
图一二进制振幅键控(2ASK)信号的产生方法之一:
相乘电路法
∙通-断键控法:
图二二进制振幅键控(2ASK)信号的产生方法之二:
键控法
因为相乘法需要用到相干载波的提取,而键控法只需用到4053芯片,所以选择键控法设计2ASK调制系统。
振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息,而频率和初始相位保持不变。
二.软件法实现
在2ASK中:
S2ask=m(t)*cos(2*pi*f*t),
其中m(t)为数字信号,后者为载波。
载波在二进制基带信号控制下通断变化,所以又叫通-断键控(OOK)。
2ASK的产生方法有两种:
模拟调制和键控法
而解调也有两中基本方式:
非相干解调(包络检波)和相干解调(同步检测法)
DS2ask=s(t)*cos(2*pi*f*t)
=0.5*m(t)+0.5*m(t)*cos(2*wc*t)
乘以相干载波后,只要滤去高频部分就可以了
本次仿真使用相干解调方式:
2ask信号带通滤波器与与载波相乘低通滤波器抽样判决输出
以下就是matlab的仿真结果极其频谱图(省去了带通filter)
可以看到解调后的信号与信源有一定的延时。
通过观察频谱图,用放大镜可以清楚的看到,2ask实现了频谱的搬移,将基带信号
搬移到了fc=50hz的频率上,而且若只计频谱的主瓣则有:
B2ask=2fs,fs=1/Ts
其中Ts为一个码元宽度
即:
2ask信号的传输带宽是码元传输速率的2倍
三·电路原理图
图三电路原理图
元件型号
主要参数
元件型号
主要参数
74LS74
电容C2
200pf
4053
电阻R1
10K
电感
33uH
电阻R2,R7
4.7K
电容C1,C3,C4
0.1uf
电阻R3,R4
100
电阻R5
1K
电阻R6
1.5K
电阻R8
300
电阻R9
510
表一主要器件真值表
四·设计原理
时钟信号clk经过74ls74二分频,再通过放大,滤波,得到正弦信号。
正弦信号和AK提供的方波经过4053得到调制信号。
元件74LS74:
此设计中运用其二分频作用,使信号的频率变为原来的二分之一
元件CD4053:
是一块带有公共使能输入控制位的3路二选一模拟开关电路。
图四CD4053引脚图
举例
AK:
010111
图五波形图
五·仿真电路及波形
在图3的仿真电路中,时钟信号接滤波器A端口,AK方波信号接B端口,经过滤波得到的正弦信号接C端口,已调信号接D端口
仿真图
仿真波形
实际电路输出波形
调制后波形和输入的基波
解调后输出波形
ASK调制信号经耦合电路后的信号输出点
ASK信号经二极管检波电路后的信号输出点
ASK检波经低通滤波器后的信号输出点
解调后信号和原输入信号对比有相移达不到完全同步
六·设计总结
2ASK是一种最早的数字调制方式,最早用于电报传输,由于其误码率较高,现在已经比较少使用,但是由于其调制方式简单,其抗噪声性能分析方法具有普遍意义,对于理解数字调制以及抗噪分析很用帮助,可以作为学习其他调制方式的基础。
通过对2ASK的线路板的焊制和调试,进一步了解了一些常用的电路板的结构以及电路板的各项元件的功能和引脚位置,加深了对《通信原理》《电子线路》所学知识的理解,并加深了一些解决电路板焊接的一些技术性问题。
另一方面即使有了电路图并且焊接成功后也并不代表制作出的实物成功,焊接成功后还需要进行复杂的调试和显示波形。
在电路板调试的过程中,我们大多数是不会调解示波器,并且也对如何检查电路板的各个信号波形来确认电路板的工作情况和出错地点。
通过贾老师知道,我们组了解了如何检查电路板的各点信号,并且检查出了错误地点。
通过此次设计,我们了解到即使能够调试成功的电路图,在实际焊接后不能按预期波形一样产生,由于设备的精确性和外干扰性,例如:
电路中R5的值,仿真中不论10K-1K都可以在滤波器上显示出来,虽然波形虽小,但可以放大显示,但是实际中,阻值太大就会导致输出振幅过小,从而使调制出的波形通过放大显示有较大的误差,经过李老师知道,换成1k的就会得到应得的信号。
在导线的链接上也有很多注意事项,比如接口处用铜丝缠绕节导线会导致很多的噪声,导致信号的不平稳,经过一系列的信号处理后会导致更大的信号误差,解决办法:
将导线接口处镀锡,或者在接口处把两导线焊接。
在测试信号时还应注意一些事项,比如在用导针测试信号时应注意必须把导针的另一头夹子接地,否则出的信号会有很大的噪声干扰。
通过此次课程设计还大大提高了分析解决实际问题的能力。
感谢...老师在这次课程设计中的指导和帮助。
参考文献:
[1]樊昌信,曹丽娜等编著.《通信原理(第6版)》.北京.国防工业出社.2007年8月。
[2]谢佳奎,宜月清,冯军编著,《电子线路(第四版)》.北京.高等教育出版社.
附录一电路图
附录二MATLAB编程
Matlab的程序为:
clc;
clearall;
closeall;
%信源
a=randint(1,10,2);
t=0:
0.001:
0.999;
m=a(ceil(10*t+0.01));
subplot(511)
plot(t,m);
axis([01.2-0.21.2]);
title('信源');
%载波
f=50;
carry=cos(2*pi*f*t);
%2ASK调制
st=m.*carry;
subplot(512);
plot(t,st)
axis([01.2-1.21.2])
title('2ASK信号')
%加高斯噪声
nst=awgn(st,70);
%解调部分
nst=nst.*carry;
subplot(513)
plot(t,nst)
axis([01.2-0.21.2]);
title('乘以相干载波后的信号')
%低通滤波器设计
wp=2*pi*2*f*0.5;
ws=2*pi*2*f*0.9;
Rp=2;
As=45;
[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');
[B,A]=butter(N,wc,'s');
%低通滤波
h=tf(B,A);%转换为传输函数
dst=lsim(h,nst,t);
subplot(514)
plot(t,dst)
axis([01.2-0.21.2]);
title('经过低通滤波器后的信号');
%判决器
k=0.25;
pdst=1*(dst>0.25);
subplot(515)
plot(t,pdst)
axis([01.2-0.21.2]);
title('经过抽样判决后的信号')
%频谱观察
%调制信号频谱
T=t(end);
df=1/T;
N=length(st);
f=(-N/2:
N/2-1)*df;
sf=fftshift(abs(fft(st)));
figure
(2)
subplot(411)
plot(f,sf)
title('调制信号频谱')
%信源频谱
mf=fftshift(abs(fft(m)));
subplot(412)
plot(f,mf)
title('信源频谱')
%乘以相干载波后的频谱
mmf=fftshift(abs(fft(nst)));
subplot(413)
plot(f,mmf)
title('乘以相干载波后的频谱')
%经过低通滤波后的频谱
dmf=fftshift(abs(fft(dst)));
subplot(414)
plot(f,dmf)
title('经过低通滤波后的频谱');
附录三simulink仿真
2ASK通带基带调制解调仿真系统的框图由伯努利二进制随机数产生器,频谱仪,通带DSBAM调制与解调器,加性高斯白噪声信道,速率转换器及显示器构成。
主要参数设置如下:
1.BernoulliRandomBinaryGenerator(伯努利二进制随机数产生器)
位置:
CommunicationsBlockset\CommSources
2.SpectrumScope(频谱仪)用来显示对数字调制后信号的测量。
位置:
DSPBlockset\DSPSinks
3.AWGNChannel(加性高斯白噪声信道)模拟加性高斯白噪声环境,使传输环境相同,FSK的信噪比为-3dB,其余两个为-6dB。
位置:
CommunicationsBlockset\Channels
4.DSBAMModulatorPaseband(通带DSBAM调制器)
位置:
CommunicationsBlockset\Modulation\AnalogPasebandModulation
5.DSBAMDemodulatorPaseband(通带DSBAM解调器)
位置:
CommunicationsBlockset\Modulation\AnalogPasebandModulation
6.ratetransition(速率转换器)
位置:
signalattributes\ratetransition
7.scope(示波器)
位置:
simulink\sinks\scope
8.Comparetoconstant(常数比较器)
仿真结果显示如下:
上图中CH1表示的是调制前的信号频谱,CH2表示的是ASK调制后的信号波形。
上图中第一张图是幅度调制前原始基带信号的波形,第二张图是幅度调制后通带信号的波形,第三张是解调信号的波形图。
由图可看出信道有一定的延迟。
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