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随机信号实验报告(2ASK)

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130********

组员柯易楠130********

区浩轩130********

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。

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1.1)

具体实现方式如下:

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1.2)

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1.3)

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)。

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1.5)。

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。

6.4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].https://www.wendangku.net/doc/b514328193.html,/,2015-3-25.

附录一

1.1 2ASK系统电路

1.2 22位分配器电路

1.4 载波发生器电路

1.6 ROM中所存序列

1.7 仿真结果

附录二

2.1 输出信号与m序列时域对照图:

2.2 输出信号频谱

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