課程設計二進制振幅鍵控信號的調制解調系統(tǒng)設計

1、一課程設計目的-2二設計內容-2三工作原理-3數(shù)字調幅技術的原理和相關概念二進制幅移鍵控(ASK)1ASK 信號的產(chǎn)生2ASK 信號的解調方式四基于PROTELDE的ASK調制解調的仿真電路-7ASK 信號產(chǎn)生電路設計實際電路中乘法器的實現(xiàn)解調電路設計1相干解調2非相干解調包絡檢波.低濾波電路環(huán)節(jié)設計4.5.比擬電路環(huán)節(jié)設計.電壓判決電路環(huán)節(jié)設計.ASK 調制解調仿真電路綜合設計五Protel環(huán)境下仿真波形及波形分析-23六心得體會-30七參考資料-31八附件-32一課程設計目的通過本課程的學習我們不僅能加深理解和穩(wěn)固理論課上所學的有關2ASK調制與解調系統(tǒng)的根本概念、根本理論和根本方法，而且

2、能鍛煉我們分析問題和解決問題的能力；同時對我們進行良好的獨立工作習慣和科學素質的培養(yǎng)，為今后參加科學工作打下良好的根底二.設計內容：1. 基于MATLAB和PROTEL實現(xiàn)2ASK的設計2. 熟悉數(shù)字調幅技術的有關原理和實現(xiàn)方法。3. 在PORTEL中設計ASK調制解調電路。4. 在PROTEL中仿真ASK電路5. 用MATLAB實現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)，各模塊的程序以及主程序，設計相關參數(shù)。三. 工作原理：1. 數(shù)字調幅技術的原理和相關概念1數(shù)字調制的概念用二進制多進制數(shù)字信號作為調制信號，去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數(shù)字信號變換成頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調制，反之，稱為數(shù)字解調。2數(shù)字

3、調制的分類在二進制時分為：振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK。其中，ASK 屬于線性調制，F(xiàn)SK、PSK 屬于非線性調制。3數(shù)字調制系統(tǒng)的根本結構4ASK調制波形與方框圖：(ASK)1ASK 信號的產(chǎn)生圖為 ASK 信號的產(chǎn)生原理 二進制振幅鍵控信號時間波型一個二進制的ASK 信號可視為一個單極性脈沖序列與一個高頻載波的乘積，即ASK 的時域表達式為：2ASK 信號的解調方式解調也可以分成相干解調與非相干解調兩類。其中相干解調要求接收端提供相干載波。非相干解調，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調信號本身的特點來解調a. 非相干解調的原理框圖和波形圖包絡檢波法 2ASK信號非相干

4、解調過程的時間波形同步檢測法四基于PROTELDE的ASK調制解調的仿真電路的設計及設置。1. ASK 信號產(chǎn)生電路設計 本次設計中采用模擬法，在PROTEL仿真中V1是100KHZ的正弦波，V2是10KHZ的方波。仿真圖如下 其中aaa和aab對應的圖形是信號源V1和V2產(chǎn)生的波形，兩個信號經(jīng)乘法器相乘后產(chǎn)生2ASK信號，如上圖的aac所示，在PROTEL仿真中僅用一函數(shù)模塊代替調制電路中的乘法器，該函數(shù)模塊可實現(xiàn)兩信號相乘的功能。即兩信號分別從V1和V2端輸入，相乘后的信號從Q端輸出。 Q端輸出的信號如下列圖： 2. 實際電路中乘法器的實現(xiàn) 模擬乘法器是對兩個模擬信號電壓或電流實現(xiàn)相乘功能

5、的的有源非線性器件。主要功能是實現(xiàn)兩個互不相關信號相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比. 該乘法器使用MC1496，其內部結構介紹如下：圖為MC1496的內部電路及引腳圖MC1496是四象限模擬乘法器，其內部電路圖和引腳圖如圖10-1所示。其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源V5與V6又組成一對差分電路，因此恒流源的控制電壓可正可負，以此實現(xiàn)了四象限工作。V7、V8為差分放大器V5與V6的恒流源。3. 帶通濾波器的設計 帶通濾波器是對產(chǎn)生的2ASK信號濾波，其目的是濾除帶外再生，減少帶外噪聲對有用信號的干擾。輸入濾波器的信號設計。 在PRO

6、TEL仿真中，要對2ASK信號濾波，需要分析出該信號的頻域特性。 PROTEL 仿真的2ASK信號的頻域特性圖如下： 對上圖AAA的放大圖如下:,根據(jù)2ASK信號的頻域特性圖,其能量主要其中100KHZ左右，在設計帶通濾波器是其中心頻率應選在100KHZ處,濾波器的帶寬設計為20KHZ.這樣設計濾波器能保存主要有用信號而濾除帶外噪聲的干擾。帶通濾波器電路圖如下：在PROTEL仿真中由于用到的載波電路為100KHZ，要求該濾波器參數(shù)為：中心頻率為100KHZ，帶寬為20KHZ,Au=10. 在設計帶通濾波器的相關參數(shù)時可根據(jù)如下方法設計。要求設計一個有源二階帶通濾波器，指標要求為： &

7、#160; 通帶中心頻率     通帶中心頻率處的電壓放大倍數(shù)：   帶寬：    設計步驟： 選用上圖電路。2該電路的傳輸函數(shù)：               品質因數(shù)：                

8、0;       通帶的中心角頻率：         通帶中心角頻率處的電壓放大倍數(shù)：                               &

9、#160;              取，那么：4 解調電路設計 1 相干解調 本次設計中采用相干解調法，由常規(guī)雙邊帶調幅AM 信號的頻譜可知，如果將已調信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調制信號頻譜，從而恢復出原始信號。解調中的頻譜搬移同樣可用調制時的相乘運算來實現(xiàn)。因此 V1、V2 相乘后所得 2ASK 信號再與 V3方波信號相乘即可實現(xiàn) ASK 信號的解調。電路如下列圖所示：其中V3采用方波信號，設置其低電平V2=0V,高電平V1=1V，延遲時間TD=0

10、us,上升時間其中V3采用方波信號TR=O.00001us,下降時間TF=O.00001us,脈沖寬度PW=5us,脈沖周期PER=10us .此過程為信號的解調過程，解調是調制的逆變換，即從調制過程的高頻信號中提取原低頻信號的過程。本設計采用模擬乘法器實現(xiàn)對信號的解調。用模擬乘法器實現(xiàn)幅度解調的原理框圖如下列圖：低通濾波器載波信號 音頻信號調幅信號解調是調制的逆過程，同樣是利用乘法器來實現(xiàn)將音頻信號從調幅波中別離出來。乘法器的兩個輸入端分別接入調幅波下邊帶 ui =2Uicos(wc-ws) 及與調制時的載波信號同頻同相的載波信號uc=2Uccoswct,那么可以得到輸出信號為 u01=KU

11、cUscoswst+cos(2wc-ws)t通過低通濾波器濾除其中的高頻分量，那么可以得到輸出電壓幅值與原信號us=2Uscoswst略有不同 ，但頻率都為ws的低頻信號。 2非相干解調包絡檢波 解調也可以分成相干解調與非相干解調兩類。其中相干解調要求接收端提供相干載波。非相干解調，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調信號本身的特點來解調b. 非相干解調的原理框圖和波形圖包絡檢波法同步檢測法 二極管包絡檢波電路： 5.低濾波電路環(huán)節(jié)設計本設計采用一階濾波電路，由于采用了脈沖周期：PER=10usf=1/10us=100kHz 的高頻方波載波信號，故此處所用濾波器的時間常數(shù)=1/f=10us

12、，因此先選定電阻 R1=5k ,與之對應選擇電容 C1=0.002uF,即可滿足此時間常數(shù)要求。 上圖是經(jīng)低通濾波后的信號波形。6.比擬電路環(huán)節(jié)設計其中 LM339與 R2、R3 構成一個反向器，LM339 工作的正端電壓設置為5Vdc。其電路如下列圖所示該圖為經(jīng)比擬電路仿真后的波形：7.電壓判決電路環(huán)節(jié)設計該處電壓抽樣判決器中負端工作電壓由 V6 處的 5Vdc 經(jīng) R4、R5構成的電壓取樣電路取得 1Vdc 與 LM339 的正端輸入電壓信號比擬，當輸入信號大于 1Vdc 時，LM339 輸出為高電平，否那么為低電平。從而將原低頻調制信號解調復原出來。電路如下列圖所示 經(jīng)電壓判決后的仿真波

13、形： 8.ASK 調制解調仿真電路綜合設計綜合上述各個電路環(huán)節(jié)，最后得 ASK 調制解調的仿真電路以及仿真結果如下如下列圖所示： 電路圖1仿真電路圖 電路圖2總體仿真效果圖五Protel環(huán)境下仿真波形及波形分析protel環(huán)境下的仿真波形 該圖為2ASK信號，為上圖中的AAC節(jié)點處波形上圖顯示的是調制后的信號，也就是2ASK信號，該信號是經(jīng)調制信號和載頻信號相乘的結果。 該圖為相干解調后的波形，是電路圖1中的AAE節(jié)點處波形。 上圖波形是相干解調后的波形，即2ASK信號與一個同頻同相的載波相乘，也就是調制后的波形，該信號沒經(jīng)低通濾波，含有高次諧波分量，要經(jīng)相應的低通濾波濾除高次諧波前方可得到最

14、后的調制信號。 該圖為低通濾波后的波形，即為電路圖1中AAF節(jié)點處波形。分別是比擬判決后的波形 判決器的作用是把輸入的信號與一個固定的信號進行比擬，最后輸出一個判決結果。例如在該2ASK調制解調中，就是把輸入的信號與1進行比擬，如果輸入信號大于1，那么經(jīng)判決氣后輸出為1，要么為零。 總體仿真波形 2.波形分析：通過觀察各個關鍵點的波形可知，aac處的波形就是所要產(chǎn)生的2ASK 信號波形，即調制波形。AAE處的波形就是將上述2ASK 信號相干解調后所得波形，即解調波形。AAF處波形就是經(jīng)濾波處理后所得波形，AAG處的波形就是電壓判決器電路工作的工作基準電壓波形,AAK處的波形就是解調復原出的調制

15、信號波形，各觀測點波形均為預期波形，說明仿真結果到達了設計要求，該設計具有可實用性。用一個乘法器將數(shù)字基帶信號和載波信號相乘即可產(chǎn)生2ASK 信號，再將此 2ASK信號與一個同樣的高頻載波信號相乘即可將此 2ASK信號實現(xiàn)相干解調，2ASK 信號通過濾波器濾除剩余高頻信號后，送到電壓抽樣判決器然后獲得解調輸出，其中抽樣判決對于提高數(shù)字信號的接收性能十分必要。 六心得體會在此次課程設計中，我所選的課題為二進制振幅鍵控2ASK信號的調制解調系統(tǒng)設計及其在MATLAB和protel上的仿真實現(xiàn)。在上學期所學課程?通信原理?中，我對2ASK信號有了一定的了解，諸如一個二進制振幅監(jiān)控信號可以表示成一個單

16、極性矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘，而通常2ASK信號的產(chǎn)生有模擬幅度調制法和鍵控法兩種，前者主要用一個乘法器實現(xiàn)，后者的主要部件是開關電路。同樣，2ASK信號的根本解調方法也是有兩種：相干解調同步檢測法和非相干解調包絡檢波法，兩種解調方式的區(qū)別在于相干解調需要引入一個同步載波，用來消除交流信號，因此更難實現(xiàn)，但同時采用相干解調產(chǎn)生的誤碼率總是小于采用非相干解調的誤碼率的?；谝陨蟽热莶⒉殚喯嚓P資料。我們可以設計出大致的原理框圖，然后再通過驗證分析，找出缺乏并修改。通過在MATLAB上的仿真調試或者protel上的仿真調試我們初步了解并掌握了該軟件的一些根本知識及相關操作，如利用protel，可以構造各種復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設計時，只需從protel配置的圖標庫中調出有關圖標并進行參數(shù)設置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結果等。通過這次課程設計，我感覺首先加深了我對課本知識的了解，是我對二進制振幅監(jiān)控有了更深刻的印象。然后我感覺到了我們所學知識的作用，畢竟把課本上抽象的東西運用到實際中來并完成了它的作用是一件很美妙的事。然后呢，通過運用各種軟件我掌握了一些軟件的