實(shí)驗(yàn)8、ASK調(diào)制解調(diào)(修改)

1、精選文檔實(shí)驗(yàn) 8ASK 調(diào)制解調(diào)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握 ASK 調(diào)制器的工作原理及性能測試；2. 掌握 ASK 包絡(luò)檢波法解調(diào)原理；3. 學(xué)習(xí)基于軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn) ASK 調(diào)制、解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 調(diào)制與解調(diào)數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。然而，實(shí)際中的大多數(shù)信道（如無線信道）因具有帶通特性而不能直接傳送基帶信號，這是因?yàn)閿?shù)字基帶信號往往具有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程稱為數(shù)字調(diào)制（digital modula

2、tion）。在接收端通過解調(diào)器把帶通信號還原成數(shù)字基帶信號的過程稱為數(shù)字解調(diào)（digital demodulation）。通常把包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)。數(shù)字信息有二進(jìn)制和多進(jìn)制之分，因此，數(shù)字調(diào)制可分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號參量只有兩種可能的取值；而在多進(jìn)制調(diào)制中，信號參量可能有 M（M2）種取值。本章主要討論二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理。2. 2ASK 調(diào)制振幅鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信號，而其頻率和初始相位保持不變。在 2ASK 中，載波的幅度只有兩種變換狀態(tài)，分別對應(yīng)二進(jìn)制信

3、息“0”或“1”。2ASK 信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：數(shù)字鍵控法和模擬相乘法。實(shí)驗(yàn)中采用了數(shù)字鍵控法，并且采用了最新的軟件無線電技術(shù)。結(jié)合可編程邏輯器件和 D/A 轉(zhuǎn)換器件的軟件無線電結(jié)構(gòu)模式，由于調(diào)制算法采用了可編程的邏輯器件完成，因此該模塊不僅可以完成 ASK，F(xiàn)SK 調(diào)制，還可以完成 PSK，DPSK，QPSK，OQPSK 等調(diào)制方式。不僅如此，由于該模塊具備可編程的特性，學(xué)生還可以基于該模塊進(jìn)行二次開發(fā)，掌握調(diào)制解調(diào)的算法過程。在學(xué)習(xí)ASK， FSK 調(diào)制的同時(shí)，也希望學(xué)生能意識到，技術(shù)發(fā)展的今天，早期的純模擬電路調(diào)制技術(shù)正在被新興的技術(shù)所替代，因此學(xué)習(xí)應(yīng)該是一個(gè)不斷進(jìn)取的過程。圖 8

4、-1 ASK 調(diào)制電路原理框圖在圖中，信號基帶時(shí)鐘和基帶數(shù)據(jù)輸入到可編程邏輯器件中，由可編程邏輯器件根據(jù)設(shè)置的工作模式，完成 ASK 的調(diào)制，因?yàn)榭删幊踢壿嬈骷榧償?shù)字運(yùn)算器件，因此調(diào)制后輸出需要經(jīng)過 D/A 器件，完成數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過模擬電路對信號進(jìn)行調(diào)整輸出，加入射隨器，便完成了整個(gè)調(diào)制系統(tǒng)。11001NRZ碼2ASK調(diào)制信號ASK 調(diào)制結(jié)果示意圖3.2 ASK 解調(diào)2ASK 解調(diào)有非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法）兩種方法，這里我們采用包絡(luò)檢波法，其原理框圖如下圖所示。圖 8-2 2ASK 解調(diào)包絡(luò)檢波法原理框圖2ASK 已調(diào)信號從“5TP1”測試點(diǎn)輸入，信號先半

5、波/全波整流，取出高于 0 電平的半波/ 全波波形，得“5T1”整形輸出信號?！?T1”信號經(jīng)低通濾波器后，濾波得“5TP7”濾波輸出信號?！?TP7”信號再經(jīng)電壓比較電路進(jìn)行電壓判決，用來作比較的判決電壓電平可通過“編碼器”旋轉(zhuǎn)電位器來調(diào)節(jié)。判決電壓過高，可能造成部分?jǐn)?shù)字信息的丟失；判決電壓過低， 可能造成還原結(jié)果中出現(xiàn)錯(cuò)碼。因此，只有合理地選擇判決電壓，才能得到正確的解調(diào)結(jié)果。抽樣判決后的信號經(jīng)位同步，還原出原始的 NRZ 碼，從 5TP3 輸出。抽樣判決用的時(shí)鐘信號就是 2ASK 基帶信號的位同步信號，從“5TP4”輸出，為本地提取的位同步信號。另外，需要說明的是：（1） 在實(shí)際應(yīng)用的通

6、信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個(gè)帶通濾波器來濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無碼間串?dāng)_的條件。本實(shí)驗(yàn)簡化了實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在調(diào)制部分的輸出端沒有加帶通濾波器，并且假設(shè)信道是理想的，所以在解調(diào)部分的輸入端也沒有加帶通濾波器匹配。（2） 本實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ASK 調(diào)制解調(diào)采用軟件無線電的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)采樣率是基帶速率的 16 倍，因些實(shí)驗(yàn)時(shí)載波頻率和基帶間的關(guān)系應(yīng)確保在：基帶速率載波頻率8 倍基帶速率；解調(diào)過程中各測試點(diǎn)波形如下圖所示：0110010基帶ASK調(diào)制整形輸出抽樣判決電平判決01100100110010判決輸出同步輸出圖 8-32ASK 解調(diào)各測試點(diǎn)波形4. 實(shí)驗(yàn)框圖及功能說明實(shí)驗(yàn)框

7、圖說明圖 8-3 ASK 調(diào)制解調(diào)框圖在實(shí)驗(yàn)中會(huì)用使用 2 個(gè)實(shí)驗(yàn)單元：數(shù)字調(diào)制單元 A4，數(shù)字解調(diào)單元 A5?？驁D中基帶數(shù)據(jù)碼型、速率，載波頻率，整流方式，判決電平等均可設(shè)置；5. 框圖中各個(gè)測量點(diǎn)說明 2P6：基帶數(shù)據(jù)輸出； 2TP8：基帶時(shí)鐘輸出； 4TP2：ASK 調(diào)制輸出； 4VT11:載波輸出； 5TP1：ASK 解調(diào)信號輸入； 5T1:ASK 調(diào)制整形輸出； 5TP7：濾波輸出； 5TP6：本地判決電平輸出，鼠標(biāo)滾輪調(diào)編碼器； 5TP4：本地同步時(shí)鐘輸出； 5TP3：解調(diào)數(shù)據(jù)輸出三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. ASK 調(diào)制觀測；2. ASK 解調(diào)觀測；3. ASK 系統(tǒng)性能分析；四、實(shí)驗(yàn)步驟1

8、. 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(1) 獲得實(shí)驗(yàn)權(quán)限，從瀏覽器進(jìn)入在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；(2) 選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用鼠標(biāo)在通信原理實(shí)驗(yàn)?zāi)夸涍x擇：ASK 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)入到 ASK 實(shí)驗(yàn)頁面。2. ASK 調(diào)制觀測(1) 基帶數(shù)據(jù)設(shè)置及時(shí)域觀測使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“基帶設(shè)置”按鈕，設(shè)置基帶數(shù)據(jù)為“15-PN”，速率“2K”。用示波器分別觀察 2P6 和 2TP8 測試點(diǎn)，并記錄波形，嘗試改變基帶數(shù)據(jù)輸出類型和時(shí)鐘頻率，進(jìn)行觀測，掌握基帶數(shù)據(jù)設(shè)置的基本方法。(2) 基帶數(shù)據(jù)頻域觀測基帶數(shù)據(jù)選擇“16 比特”，速率“2K”，自行設(shè)置“16 比特”基帶數(shù)據(jù)。打開示波器的 FFT 功能，觀測分析 2P6 的頻譜特性。觀測分析其頻譜變化。思考

9、將信號進(jìn)行 ASK 調(diào)制頻譜會(huì)有什么變化？(3) ASK 調(diào)制信號時(shí)域觀測設(shè)置基帶數(shù)據(jù) 2P6 為“15-PN”或自行設(shè)置“16 比特”，速率“2K”，示波器一個(gè)通道測基帶信號 2P6，并用基帶信號作示波器同步源；使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“載波頻率”，設(shè)置載波頻率為“8KHZ”,用示波器另一個(gè)通道觀測研究 4TP2 調(diào)制信號，并記錄 ASK 調(diào)制信號特性；鼠標(biāo)點(diǎn)擊“載波頻率”按鈕，嘗試改變 ASK 調(diào)制的載波頻率，觀察 ASK 調(diào)制波形的變化。(4) ASK 調(diào)制信號頻域觀測打開示波器的 FFT 功能，觀測分析 ASK 調(diào)制信號 4TP2 的頻譜特性。調(diào)整 ASK 調(diào)制的載波頻率，觀察 ASK 調(diào)制信號的

10、頻譜變化。修改基帶信號的設(shè)置(偽隨機(jī)序列、自設(shè)“16 比特”數(shù)據(jù)：如全“0”碼，全“1”碼)，觀測調(diào)制信號的頻譜變化，和基帶信號頻譜結(jié)合， 分析基帶信號經(jīng) ASK 調(diào)制后，頻譜的變化情況。3.ASK 解調(diào)觀測(5) ASK 解調(diào)整形輸出觀測在實(shí)驗(yàn)中 ASK 解調(diào)采用了包絡(luò)檢波法。設(shè)置基帶數(shù)據(jù) 2P6 為“15-PN”或自行設(shè)置“16 比特”，速率“2K”，設(shè)置載波頻率為“8KHZ”。示波器同時(shí)觀測 ASK 調(diào)制輸入 5TP1 和調(diào)制信號整形輸出 5T1，觀測 ASK 調(diào)制整形前后的波形對比，并思考后面怎么處理整形后波形；點(diǎn)擊“半波整形”按鈕，可切換到“全波整形”，通過示波器觀測 5T1,比較“

11、半波整形” 和“全波整形”的區(qū)別。半波整形全波整形(6) 整形信號濾波后輸出示波器同時(shí)觀測 ASK 調(diào)制輸入 5TP1、整形輸出 5T1 和濾波后輸出 5TP7，對比整形后輸出和濾波后輸出，比較“半波整形”和“全波整形”濾波后輸出的區(qū)別，并分析是否和基帶信號相關(guān)；半波整形全波整形與基帶信號無關(guān)(7) 判決輸出觀測判決輸出的觀測需要對示波器進(jìn)行一些設(shè)置： 示波器通道 1 接基帶信號 2P6；通道 2 和通道 3 的電壓檔位調(diào)節(jié)為一致（如電壓檔都是 1V),同時(shí)將兩個(gè)通道的基線調(diào)整至重合，然后通道 2 接判決前的濾波輸出 5TP7，通道 3 接判決電平 5TP6。通道 4 接判決后輸出 5TP3。

12、結(jié)合當(dāng)前的判決電平，判斷判決后數(shù)據(jù)是否正確。通過鼠標(biāo)調(diào)整判決電平，觀測 5TP6 的變化以及判決后 5TP3 的變化情況。觀測在不同判決電平下的判決輸出，分析解調(diào)對判決電平有什么要求？判決電平為224時(shí)判決電平為57時(shí)判決電平過小或者過大時(shí)，解調(diào)數(shù)據(jù)輸出基本為一條直線，判決電平必須在判決門限里。(8) 修改參數(shù)重新觀測通過“載波頻率”按鈕，嘗試逐漸修改 ASK 調(diào)制端載波頻率，通過觀測解調(diào)端各部分輸出，分析載波頻率對解調(diào)端的影響。3. ASK 系統(tǒng)性能分析按上述步驟，保證判決輸出正常，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)框圖右下方“誤碼測試儀”按鈕，配置誤碼儀碼型“15-PN”、時(shí)鐘速率“2K”，先點(diǎn)擊“同步”，然后測試

13、 ASK 信道的性能（剛出誤碼時(shí)的信噪比）；鼠標(biāo)置于噪聲源，滾動(dòng)調(diào)節(jié)噪聲電平大小。示波器測試噪聲源輸出，測量噪聲電平大小。按下表要求參數(shù)進(jìn)行 ASK 系統(tǒng)性能測試（整流方式一定、判決電平一定）：序號基帶速率載波頻率載波幅度（Vpp）出現(xiàn)誤碼時(shí)噪聲幅度（Vpp）信噪比18K128K1.80.720lg（1.8/7）216K128K21.120lg（2/1.1）4. 注：載波幅度測量：不加噪時(shí)用示波器測得的載波幅度；噪聲幅度測量：示波器測量噪聲源輸出點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束實(shí)驗(yàn)結(jié)束，從瀏覽器退出在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，記錄并分析實(shí)驗(yàn)相關(guān)波形及數(shù)據(jù)；2. 描述 ASK 調(diào)制的基本原理；

14、ASK是一種相對簡單的調(diào)制方式，幅移鍵控（ASK）相當(dāng)于模擬信號中的調(diào)幅，只不過與載頻信號相乘的是二進(jìn)制數(shù)碼而已。幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK），由于調(diào)制信號只有0或1兩個(gè)電平，相乘的結(jié)果相當(dāng)于將載頻或者關(guān)斷，或者接通它的實(shí)際意義是當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號為“1”時(shí)，傳輸載波；當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號為“0”時(shí)，不傳輸載波。其中s（t）為基帶矩形脈沖。一般載波信號用余弦信號，而調(diào)制信號是把數(shù)字序列轉(zhuǎn)換成單極性的基帶矩形脈沖序列，而這個(gè)通斷鍵控的作用就是把這個(gè)輸出與載波相乘，就可以把頻譜搬移到載波頻率附近。3. 描述 ASK 包絡(luò)檢波法解調(diào)的原理，分析 ASK 系統(tǒng)性能。六、思考題1.如果希望傳輸 8K 的基帶數(shù)據(jù)，嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)合理的載波頻率；七、實(shí)驗(yàn)注意判決電平設(shè)置：半波整形：判決電平 40 左右較好；全波整形：判決電平 7