实验8ASK调制解调修改.docx

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实验8ASK调制解调修改

实验8ASK调制解调

一、实验目的

1.掌握ASK调制器的工作原理与性能测试；

2.掌握ASK包络检波法解调原理；

3.学习基于软件无线电技术实现ASK调制、解调的实现方法。

二、实验原理

1.调制与解调

数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。

然而，实际中的大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，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为数字带通信号

（已调信号）的过程称为数字调制（digitalmodulation）。

在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调（digitaldemodulation）。

通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字频带传输系统。

数字信息有二进制和多进制之分，因此，数字调制可分为二进制调制和多进制调制。

在二进制调制中，信号参量只有两种可能的取值；而在多进制调制中，信号参量可能有M（M>2）种取值。

本章主要讨论二进制数字调制系统的原理。

2.2ASK调制

振幅键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）是利用载波的幅度变化来传递数字信号，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换状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。

2ASK信号的产生方法通常有两种：

数字键控法和模拟相乘法。

实验中采用了数字键控法，并且采用了最新的软件无线电技术。

结合可编程逻辑器件和D/A转换器件的软件无线电结构模式，由于调制算法采用了可编程的逻辑器件完成，因此该模块不仅可以完成ASK，FSK调制，还可以完成PSK，DPSK，QPSK，OQPSK等调制方式。

不仅如此，由于该模块具备可编程的特性，学生还可以基于该模块进行二次开发，掌握调制解调的算法过程。

在学习ASK，FSK调制的同时，也希望学生能意识到，技术发展的今天，早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代，因此学习应该是一个不断进取的过程。

图8-1ASK调制电路原理框图

在图中，信号基带时钟和基带数据输入到可编程逻辑器件中，由可编程逻辑器件根据设置的工作模式，完成ASK的调制，因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件，因此调制后输出需要经过D/A器件，完成数字到模拟的转换，然后经过模拟电路对信号进行调整输出，加入射随器，便完成了整个调制系统。

11001

NRZ码

2ASK

调制信号

ASK调制结果示意图

3.2ASK解调

2ASK解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法，这里我们采用包络检波法，其原理框图如下图所示。

图8-22ASK解调包络检波法原理框图

2ASK已调信号从“5TP1”测试点输入，信号先半波/全波整流，取出高于0电平的半波/全波波形，得“5T1”整形输出信号。

“5T1”信号经低通滤波器后，滤波得“5TP7”滤波输出信号。

“5TP7”信号再经电压比较电路进行电压判决，用来作比较的判决电压电平可通过“编码器”旋转电位器来调节。

判决电压过高，可能造成部分数字信息的丢失；判决电压过低，可能造成还原结果中出现错码。

因此，只有合理地选择判决电压，才能得到正确的解调结果。

抽样判决后的信号经位同步，还原出原始的NRZ码，从5TP3输出。

抽样判决用的时钟信号就是2ASK基带信号的位同步信号，从“5TP4”输出，为本地提取的位同步信号。

另外，需要说明的是：

（1）在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰的条件。

本实验简化了实验设备，在调制部分的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道是理想的，所以在解调部分的输入端也没有加带通滤波器匹配。

（2）本实验平台ASK调制解调采用软件无线电的技术来实现，系统采样率是基带速

率的16倍，因些实验时载波频率和基带间的关系应确保在：

基带速率<载波频率<8倍基带速率；

解调过程中各测试点波形如下图所示：

基带

ASK

调制

整形输出

抽样判决电平

判决

判决输出

同步输出

图8-32ASK解调各测试点波形

4.实验框图与功能说明实验框图说明

图8-3ASK调制解调框图

在实验中会用使用2个实验单元：

数字调制单元A4，数字解调单元A5。

框图中基带数据码型、速率，载波频率，整流方式，判决电平等均可设置；

5.框图中各个测量点说明

⚫2P6：

基带数据输出；

⚫2TP8：

基带时钟输出；

⚫4TP2：

ASK调制输出；

⚫4VT11:

载波输出；

⚫5TP1：

ASK解调信号输入；

⚫5T1:

ASK调制整形输出；

⚫5TP7：

滤波输出；

⚫5TP6：

本地判决电平输出，鼠标滚轮调编码器；

⚫5TP4：

本地同步时钟输出；

⚫5TP3：

解调数据输出

三、实验任务

1.ASK调制观测；

2.ASK解调观测；

3.ASK系统性能分析；

四、实验步骤

1.实验准备

（1）获得实验权限，从浏览器进入在线实验平台；

（2）选择实验容

使用鼠标在通信原理实验目录选择：

ASK调制解调实验，进入到ASK实验页面。

2.ASK调制观测

（1）基带数据设置与时域观测

使用鼠标点击“基带设置”按钮，设置基带数据为“15-PN”，速率“2K”。

用示波器

分别观察2P6和2TP8测试点，并记录波形，尝试改变基带数据输出类型和时钟频率，进行观测，掌握基带数据设置的基本方法。

（2）基带数据频域观测

基带数据选择“16比特”，速率“2K”，自行设置“16比特”基带数据。

打开示波器的FFT功能，观测分析2P6的频谱特性。

观测分析其频谱变化。

思考将信号进行ASK调制频谱会有什么变化？

（3）ASK调制信号时域观测

设置基带数据2P6为“15-PN”或自行设置“16比特”，速率“2K”，示波器一个通道测基带信号2P6，并用基带信号作示波器同步源；使用鼠标点击“载波频率”，设置载波频率为“8KHZ”,用示波器另一个通道观测研究4TP2调制信号，并记录ASK调制信号特性；

鼠标点击“载波频率”按钮，尝试改变ASK调制的载波频率，观察ASK调制波形的变

化。

（4）ASK调制信号频域观测

打开示波器的FFT功能，观测分析ASK调制信号4TP2的频谱特性。

调整ASK调制的载波频率，观察ASK调制信号的频谱变化。

修改基带信号的设置（伪随机序列、自设“16比特”数据：

如全“0”码，全“1”码），观测调制信号的频谱变化，和基带信号频谱结合，分析基带信号经ASK调制后，频谱的变化情况。

3.ASK解调观测

（5）ASK解调整形输出观测

在实验中ASK解调采用了包络检波法。

设置基带数据2P6为“15-PN”或自行设置“16比特”，速率“2K”，设置载波频率为“8KHZ”。

示波器同时观测ASK调制输入5TP1和调制信号整形输出5T1，观测ASK调制整形前后的波形对比，并思考后面怎么处理整形后波形；

点击“半波整形”按钮，可切换到“全波整形”，通过示波器观测5T1,比较“半波整形”和“全波整形”的区别。

半波整形

全波整形

（6）整形信号滤波后输出

示波器同时观测ASK调制输入5TP1、整形输出5T1和滤波后输出5TP7，对比整形后输出和滤波后输出，比较“半波整形”和“全波整形”滤波后输出的区别，并分析是否和基带信号相关；

半波整形

全波整形

与基带信号无关

（7）判决输出观测

判决输出的观测需要对示波器进行一些设置：

示波器通道1接基带信号2P6；

通道2和通道3的电压档位调节为一致（如电压档都是1V）,同时将两个通道的基线调整至重合，然后通道2接判决前的滤波输出5TP7，通道3接判决电平5TP6。

通道4接判决后输出5TP3。

结合当前的判决电平，判断判决后数据是否正确。

通过鼠标调整判决电平，观测5TP6的变化以与判决后5TP3的变化情况。

观测在不同判决电平下的判决输出，分析解调对判决电平有什么要求？

判决电平为224时

判决电平为57时

判决电平过小或者过大时，解调数据输出基本为一条直线，判决电平必须在判决门限里。

（8）修改参数重新观测

通过“载波频率”按钮，尝试逐渐修改ASK调制端载波频率，通过观测解调端各部分输出，分析载波频率对解调端的影响。

3.ASK系统性能分析

按上述步骤，保证判决输出正常，点击实验框图右下方“误码测试仪”按钮，配置误码仪码型“15-PN”、时钟速率“2K”，先点击“同步”，然后测试ASK信道的性能（刚出误码时的信噪比）；

鼠标置于噪声源，滚动调节噪声电平大小。

示波器测试噪声源输出，测量噪声电平大小。

按下表要求参数进行ASK系统性能测试（整流方式一定、判决电平一定）：

序号

基带速率

载波频率

载波幅度（Vpp）

出现误码时噪声幅度（Vpp）

信噪比

1

8K

128K

1.8

0.7

20lg（1.8/7）

2

16K

128K

2

1.1

20lg（2/1.1）

4.注：

载波幅度测量：

不加噪时用示波器测得的载波幅度；噪声幅度测量：

示波器测量噪声源输出点。

实验结束

实验结束，从浏览器退出在线实验平台。

五、实验报告要求

1.完成实验容，记录并分析实验相关波形与数据；

2.描述ASK调制的基本原理；

ASK是一种相对简单的调制方式，幅移键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码而已。

幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。

二进制振幅键控（2ASK），由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通它的实际意义是当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。

其中s（t）为基带矩形脉冲。

一般载波信号用余弦信号，而调制信号是把数字序列转换成单极性的基带矩形脉冲序列，而这个通断键控的作用就是把这个输出与载波相乘，就可以把频谱搬移到载波频率附近。

3.描述ASK包络检波法解调的原理，分析ASK系统性能。

六、思考题

1.如果希望传输8K的基带数据，尝试设计一个合理的载波频率；

七、实验注意

判决电平设置：

半波整形：

判决电平40左右较好；全波整形：

判决电平70左右较好；实验时可以将观测5TP7和5TP6的两示波器通道扫描线调重合，当判决电平在滤波输出信号中间时，判决电路能正确恢复解调数据；

八、实验心得

通过本次实验我掌握了ASK调制器的工作原理与性能测试，掌握了ASK包络检波法解调原理，学习基于软件无线电技术实现ASK调制、解调的实现方法。

学会了设计载波频率传输基带数据，虽然在实验中有许多的问题和困难，但是在老师和同学们的帮助下我都克服了，让我体会到了学习的快乐，使我受益匪浅。