随机信实验报告ASK.docx

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随机信实验报告ASK

SANY标准化小组#QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

随机信实验报告ASK

随机信号实验报告

——基于FPGA的2ASK通信信号生成及测量分析（22）

学院通信工程学院

专业信息工程

班级1301052班

组长徐益

组员柯易楠

区浩轩

一、摘要

在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性。

对于数字基带传输系统，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道具有低通形式的传输特性。

而数字基带信号不能在带通信道中直接传输，因此，必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。

我们可以把载波的某些离散状态用来表示数字基带信号的离散状态，同时，采用数字键控的方法来实现数字调制信号。

本次实验主要利用QuartusⅡ软件来实现2ASK调制器的设计、基于软件的电路及波形仿真，最终在硬件平台上实现，并用示波器观察其输出波形。

该电路设计包括时钟序列、分频器、正弦波的产生模块以及开关电路，最终将二进制码转换成2ASK信号输出。

在此基础上，熟悉QuartusⅡ软件和示波器的功能及操作。

最后通过观察、对比仿真波形与示波器波形进行分析及系统的性能评价。

二．实验特点与原理

由《现代通信原理》中内容可知，2ASK是数字调制技术的基础，是一种实用的二进制振幅监控方式。

其特点为调制、解调简便，但不具有很高的抗干扰性。

其原理框图如下：

在幅度键控中载波幅度是随着调制信号而变化的。

最简单的形式是载波在二进制调制信号1或0的控制之下通或断。

即：

通过以上系统后，输出波形如下图所示：

三．实验的设计与实现

本次实验可以分为以下三部：

①电路设计或程序设计。

②QuartusⅡ软件仿真。

③在FPGA实验板中下载并用示波器观察2ASK调制信号。

为实现2ASK的调制过程，我们选择了如下系统：

（实现电路见附录）

具体实现方式如下：

1

2

3

3.122位分频器：

作为载波生产信号的时钟，先通过74LS161实现11位计数，并利用D触发器实现占空比1:

1。

（详见附录）

3.22112位分频器：

作为m序列生成器的时钟，先通过三个74LS161级联实现1056位计数，并利用D触发器实现占空比1:

1。

（详见附录）

3.3载波发生电路：

其中包含一个32位计数器和一个ROM，分别通过LPM_COUNTER和LPM_ROM实现。

（详见附录）其中rom中存有一个周期的正弦波通过32位采用并通过12位电平量化后的数字信号。

（详见附录）。

3.4m序列发生器：

一个周期为15的M序列作为基带信号（信源），通过74LS175和D触发器实现（具体见附录）。

3.5时钟信号：

通过实验板自带的20MHz时钟信号实现。

3.6开关电路：

通过LPM_LATCH实现，当M序列输出为“1”时输出“f”，为“0”时输出“0”。

3.7Start信号：

开始信号。

本次仿真中直接用高电平代替。

四．实验结论及分析

我们首先在QuartusII中对实验电路进行仿真，结果见附录。

从图中可知，20MHz的时钟信号，通过2112分频后，驱动m序列发生器产生“001010111……“的m序列，其频率为。

而载波也输出了的序列。

最终输出的2ASK信号也符合预期。

烧入FPGA后，得到了m序列与2ASK输出信号的时域图像（见附录）及输出信号的频谱（见附录）。

其中，从时域图像可看出，正弦信号大约为30kHz，仿真结果接近，误差在可接受范围内。

从频域图像可知，其频带宽度为最大包络的宽度，即约20kHz，与m序列频率的两倍及接近，误差在可接受范围内。

结论为：

通过上述系统，可通过月10kHz的序列和约30kHz的载波产生频带宽度约为20kHz的2ASK信号。

五．遇到的问题及解决方法

关于二进制振幅键控（2ASK）

在实验初期，我们对于2ASK的调制的具体理解有偏差，认为每一个方波只对应一个正弦波，因此在分配器的选择时出现错误。

仔细阅读实验要求后，我们意识到每一个方波应对于一个正弦波，而我们组对于载波的分频数为22。

因此，m序列发生器的分配数为3×32×22=2112。

关于正弦波的采样

在第一版的模型中，由于我们采用了8位采用实现正弦载波，这使得输出波形表现十分不理想。

为改进正弦波的输出，我们改用了32位采样，重新计算了rom中存储的序列，波形平滑度有了较明显的提升。

关于仿真思路

之前我们使用了自上而下的仿真思路，对于一些器件（如分频器）采样Verilog编辑。

然而通过这种方式产生的电路很难再FPGA上正常运行。

因此我们改用自下而上的思路，通过具体器件制作分频器，解决了这一问题。

关于分频器

起先，之间用计数器的进位信号作为分频器的输出信号。

这样虽然可以实现分配，但分配器的占空比极小，在FPGA中无法成功显示图像。

之后我们改进了电路，现将原分频器的分频数减半，再使用D触发器进行二分频，从而使占空比达到1：

1。

六．参考文献

[1]曾兴雯,刘乃安,陈健,付卫红.高频电子线路[M].北京:

高等教育出版社,2013.

[2]李兵兵,马文平,田红心,刘景美,郭万里.随机性分析教程[M].北京:

高等教育出版社,2013.

[3]张辉,曹丽娜.现代通信原理与技术[M].西安:

西安电子科技大学出版社,2008.

[4]高西全,丁玉美,阔永红.数字信号处理[M].北京:

电子工业出版社,2015.

[5]admin.二进制振幅键控.电工学习网[J].

附录一

2ASK系统电路

22位分配器电路

2112位分频器电路

载波发生器电路

m序列发生器电路

ROM中所存序列

仿真结果

附录二

输出信号与m序列时域对照图：

输出信号频谱