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1、实验8、ASK调制解调（修改）-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN实验 8 ASK 调制解调一、实验目的1. 掌握ASK调制器的工作原理及性能测试；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
2、，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(digital modulation)。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(digital demodulation)。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)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(Amplitude Shift Keying，ASK)是利用载波的幅度变化来传递数字信号
3、，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 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
4、电路调制技术正在被新兴的图8-1 ASK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。1.1 0,0 1NRZ码ASK 调制结果示意图3.2 ASK 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，这们里我 采用包络检波法，其原理框图如下图所示。S1P1拥调输出O5TP3 :5T1 整殛辎出低過耐抽滿对H同歩5TP5
5、判抉电平屏普器Q皿0?5TP4同歩时钟+恼同步图8-2 2ASK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
6、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：整形输出判决输出抽样判决判决电平0同步输
7、出图8-3 2ASK解调各测试点波形4. 实验框图及功能说明实验框图说明l2TP8：ASKIK週i滤波谜J 图8-3 ASK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、
8、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) 选择实验内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) 基带数据设置及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。ASKWJjASKlKffl 滤液法aw l；pOMCOimwirCHI JjHW 脛 2.COW
9、 r： . .li.-;Tin it ?.DII丄 - I -I -p + !H? b 十 J 十 Hr 1 17 十 it r 廿f iBHHrtffljASKINGASKiHJH4VT11oASK解鳴（滤液法IH Jt H ft 3A fr M. askJK（逋濾法）IKS出tailk 站山応SRWwr-（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
10、；鼠标点击“载波频率”按钮，尝试改变SK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。? H v is ni mb ik i4 N ifem eh ii.wDMiiS I J3.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2
11、P6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；ASKI1MCEDES点击“半波整形”按钮，可切换到“全波整形”，通过示波器观测匕较“半波整形”和全波整形”的区别。彎吵I+ “Hg 禺q| .&nr.T _U O Q- o a或 4 b.j.- a id, L&anJOOul半波整形删刪带艸權臓(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“
12、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ASKWMnw on qqi?士i土.x.j1Tf-r*ASKKH （岁逋苗）Hhid&TPSpUIlL-UmUNmiASKUUmmmASKMW （疳疲法）ST1：5TP4jigsMMy V jC. “g. jC全波整形ZjODM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IV）,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 5T
13、P3。itadtirijiiliin6* d删z J如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 的变化以及判决后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？ASK vfiY判决电平为224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。Qru u y口口 000tHW SjUhJWFTF V7JaSMIM （溥迪逵hniminnMML3. ASK 系
14、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SK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18K128K1.80.720lg (1.8/7)216K128K21.120lg (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
