随机信号实验(ASK)案例.docx

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QuartusⅡ9.0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QuartusⅡ9.0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。 ② QuartusⅡ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1.1） 具体实现方式如下： 22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1.2） 2112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1.3） 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1.4）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1.6）。 m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1.5）。 时钟信号：通过实验板自带的20MHz时钟信号实现。 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”。 Start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1.6。 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9.47kHz。而载波也输出了28.4kHz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2.1）及输出信号的频谱（见附录2.2）。 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19.94kHz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 5.1 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。 6.2 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。 6.3 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