2ASK调制与解调

信息综合训练课程设计报告2ASK调制与解调学生姓名：***学号：***********电话：***********指导教师：***学院：******课程设计时间2014年12月29日—2014年1月6日一、课程设计目的通过本课程的学习我们不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有关2ASK调制与解调系统的基本概念、基本理论和基本方法，而且能锻炼我们分析问题和解决问题的能力；同时对我们进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养，为今后参加科学工作打下良好的基础。本次要求设计一个2ASK调制与解调，要求输入数字信号并进行接受判决，通过多次输入输出对所设计的系统性能进行分析，最后分析并掌握2ASK调制与解调。（1）了解2ASK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。（2）理解2ASK调制的工作原理及电路组成。（3）理解2ASK解调的原理及实现方法。（4）掌握2ASK信号的频谱特性。（5）掌握2ASK调制与解调的设计方法和过程。二、课程设计任务在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号。由于大多数实际信号都是带通型的，所以必须先用数字基带信号对载波进行调制，形成数字调制信号再进行传输，因而，调制解调技术是实现现代通信的重要手段。数字调制的实现，促进了通信的飞速发展。研究数字通信调制理论，提供有效调制方式，有着重要意义。调制解调技术的实现方法有多种，本文应用了键控法产生调制与解调信号。三、2ASK调制解调的设计数字调制与模拟调制在本质上无多大区别，都属于正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制，而模拟调制是调制信号为模拟型的正弦波调制，因而数字调制具有自身的特点，并且对数字调制系统的技术要求也与模拟调制系统不同。一般说来，数字调制技术可分为两种类型：一是利用模拟方法实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；二是利用数字信号的离散取值特点去键控载波，从而实现数字调制。后一种方法通常称为键控法。比如对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）及移相键控（PSK）等调制方式。1.12ASK调制电路总体方案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）（）（（1-1）式中，c为载波角频率，是（他）为单极性NRZ矩形脉冲序列）（）（bannTtgatb（1-2）其中，g(t)是持续时间为bT、高度为的矩形脉冲，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）。2ASK信号的产生方法（调制方法）有两种，如图1-1所示。图a)一般的模拟幅度调制方法，不过这里的b(t)由公式（1-1）规定；图b)是一种键控方法，这里的开关电路受b(t)控制。二进制幅度键控信号，由于一个信号状态始终为0，相当于处于断开状态，故又称为通断键控信号（OOK信号）。a）b）图1-12ASK信号的产生方法基于成本考虑，本设计调制部分选用键控法实现，总体设计方案如图1-2所示载波发生器用b(t)控制电路开关电路S2ASK(t)KcosctS2ASK(t)(b)图1-22ASK键控法调制框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。2.22ASK解调电路总体方案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1-3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}。图1-32ASK信号的包络解调LC振荡器模拟双向开关2ASK信号缓冲放大器载波缓冲放大器数字基带信号b(t)输出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nay(t)相干检波法原理方框图如图1-4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1-42ASK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1-5所示。图1-52ASK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。带通滤波器低同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)(tASKu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)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。四、2ASK调制与解调的实现2.12ASK调制电路设计调幅电路又称幅度调制电路，是指高频载波信号的幅度随调制信号的规律而变化的调制电路。幅度调制电路有多种电路形式，其中晶体管调制电路是利用晶体二极管、三极管的非线性特性，对输入的信号进行变换而产生新的信号，再利用电路中的LC谐振回路，选出所需的信号成分，从而完成调幅过程。本设计是用集电极调幅电路它是利用三极管的非线性特性实现调幅的。它具有较高的工作效率、调制度深等优点。调制器总体电路见附录1，下面分别介绍各单元电路的设计过程。2.1.1LC振荡器1．电路结构及工作原理LC正弦振荡器是以LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器，采用正反馈连接方式实现等幅正弦振荡。本设计中，LC振荡器的作用是产生频率为500kHz、输出幅度大于1V的载波，其电路原理图如图2-1所示。Q12N3393R41.0kohmR31.0kohmR133kohmR25.1kohmLc10mHC35600pFC45600pFC21800pF12VVCCL100uHC1100pFCarrier_Out图2-1LC正弦波振荡器电路图在原理图中L、2C、3C和4C构成并联谐振回路；1R、2R、3R和4R是稳定三极管静态工作点；其中1R、2R也是分压式偏置电阻；1C为基极耦合电容。三极管发射极通过1C交流接地。2．参数计算与元件选择对电路性能的要求可以归纳以下三点：(1)保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起具有某一固定频率的正弦波输出。(2)振荡器在进入稳态后能维持一个等幅连续的振荡。(3)当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不受到破坏。LC振荡器工作点的选择原则为：在保证起振的条件下，静态工作点电流应尽量小。在本电路中，采用分压式偏置电路，上、下偏置电阻分别为33k和5.1k，发射极偏置电阻为1k，EI0.9mA.扼流圈Lc选为10mH,集电极电阻为1k，其作用可防止扼流圈与电容形成振荡。振荡回路元件参数的计算较为复杂，下面给予详细讨论。首先，振荡频率LCf210（2-1）式中，C为C2、C3和C4串联后的总电容值，满足式432111C1CCC。本设计中，5000cffkHz。其次，振荡回路特性阻抗为CfLfCL00212(2-2)考虑到电感地自损耗电阻约为零点几至几欧姆，而回路空载品质因数不宜过低，可选的取值也不能太大，否则，回路地又载品质因数太校，不利于振荡和提高频率稳定度。又上述分析，可得下列二式：31050021LCfoHz(2-3)30021200CffCLL(2-4)由上述二式可得5.95105002300230fLμH，实际取值为100LμH。(2-5)110030010022LCpF(2-6)而C为C2、C3和C4串联后的总电容值，从减少三极管和负载对振荡回路的影响的角度考虑，可选：接入系数2.02CCP,可得55002CpF，实际取值为56002CpF。反馈系数2.03CCFu,可得55003CpF，实际取值为56003CpF。由6.02.02.011324CCCCCC，可得18334CpF，实际取值1800pF。若振荡器频率的实际结果与期望值有误差，可通过调整电感和电容参数来消除。2.1.2载波缓冲放大器1．电路结构及工作原理载波缓冲放大器将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。也就是基极分压偏置电路的共集放大电路，信号从基极输入，发射极输出，原理图中5C为输入的耦合电容。共集放大电路是利用三极管的电流控制作用来实现，其实质上是一种能量转换器。三极管可以通过控制基极的电流来控制集电极的电流，来达到放大的目的。放大电路就是利用三极管的这种特性来组成放大电路。三极管2N3393必须工作在放大区。12VVCCQ22N3393R51.0kohmR610kohmR710kohmC520pFCarrier_InCarrier_Out图2-2载波缓冲放大器2．参数计算及元件选择缓冲放大器就是电压增益约为1倍,以高输入阻抗和低输出阻抗为特征的放大器,从低电压、且电路简单的理由出发,在此决定采用选三极管2N3393构成射极跟随器，作为振荡器输出缓冲放大器。根据图2-2，将2Q的基极电位与发射极电位的中点设定为21Vcc=6V这是由于从输入侧来看，希望基极电位为21Vcc，而从输出侧来看，发射极电位为21Vcc，所以取其中间值。因此，如设BEV为3V，则2Q的基极电位1BV与发射电位1EV如下：5.7321122121211BECCBVVVV(2-7)5.4321122121211BECCEVVVV(2-8)5R的设定：射极跟随器上流过的电流通常选为100μA~5mA如设1CI为4000μA40005.4115CEIVRμA1025.1k，实际取值为1.0k。(2-9)6R和7R的设定：在输入阻抗方面，6R和7R越大越好，但太大，则不能略去2Q的基极电流引起的6R的下降，所以通常选取几十千欧至几百千欧。根