ASK調制解調電路的設計與仿真

西華師范大學物理與電子信息學院 唐 玲

ASK調制解調電路的設計與仿真

西華師范大學物理與電子信息學院 唐 玲

在無線通信系統中，調制解調的設計尤為重要。調制解調主要有三種：調頻鑒頻、調相鑒相、調幅檢波。文中主要介紹了ASK信號調制解調原理，并用Multisim軟件進行設計和仿真，最后給出仿真結果。

調制解調；ASK；Multisim；仿真

調制和解調電路是通信設備中的重要組成部分。所謂調制就是用待傳輸的低頻信號去控制高頻載波參數,這些參數可以是相位、頻率和幅度。解調就是調制的逆過程,即從己調的高頻信號中還原出低頻的原調制信號［1,4］。

由于電子和通信系統的快速發展,而實驗室的更新需要很長的一段時間,因此電子線路的模擬仿真成為高校課堂的一個重要環節。本文主要介紹了ASK信號調制解調原理,并用Multisim軟件進行設計和仿真。其中解調電路使用了鎖相環解調。輸入參考信號頻率在不斷的變化,而輸出信號的頻率可以根據鎖相環路的特性進行精確地跟蹤,環路鎖定后,可以通過增加環路增益將輸入參考信號和輸出信號之間的穩態相位誤差控制在所需數值范圍內.這種輸出信號頻率隨輸入參考信號頻率變化的特性稱為鎖相環的跟蹤特性.利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環及調制跟蹤型鎖相環［2］。在對ASK解調時,低通濾波器輸出的波形失真比較大,不過最后經過抽樣判決電路整形后可以再生數字基帶脈沖。

1 設計原理

1.1 ASK調制電路設計原理

ASK(振幅鍵控)是利用數字基帶信號控制正弦載波振幅的一種數字調制。當數字基帶信號只取“1”或“0”時,數字調制稱為二進制振幅鍵控(2ASK)［3］。

二進制振幅鍵控的數學模型為：

二進制基帶信號：

其中Tf為二進制基帶信號碼元間隔,G(t)為任意波形的脈沖且持續時間是,an為基帶信號的第n個碼元。

an的數學式為：

2ASK信號的數學表達式為：

實現2ASK調制的方法有兩種：一是模擬相乘法,直接將數字信號通過相乘器與高頻載波相乘得到輸出信號,該電路中需要同時將高頻載波信號和低頻數字信號輸入模擬乘法器中完成調制［4］。二是通-斷鍵控法,該方法是利用開關電路來控制輸出,2ASK調制的基帶信號和載波信號分別從“ASK-NRZ”和“ASK載波”輸入,其電路原理框圖如圖1所示。

圖1 通-斷鍵控法

1.2 ASK解調電路設計原理

2ASK信號有兩種基本的解調方法：非相干解調方式和相干解調方式。非相干解調框圖如圖2所示。

圖2 非相干解調方式

非相干解調就是包絡檢波,2ASK信號恰好能夠完整地通過帶通濾波器,經包絡檢測后輸出其包絡圖像。低通濾波器的作用就是濾除高頻雜波,是數字基帶信號(包絡)通過。抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元形成器。定時抽樣脈沖是很窄的脈沖,通常位于每個碼元的中央位置,其重復周期等于碼元的寬度。不計噪聲影響時,帶通濾波器輸出為2ASK信號。經抽樣、判決后將碼元再生,即可恢復出數字序列［1,3,,4］。

相干解調框圖如圖3所示：

圖3 相干解調方式

相干解調就是同步解調,要求接收機產生一個與發送載波同頻、同相的本地載波信號,稱其為同步載波或相干載波。

式中,k為低通濾波器傳輸系統。

根據相干解調的定義,相干載波應與發送端載波同頻、同相,即式(5)中,,最終輸出：

采用同步檢波法,接收端必須提供一個與2ASK信號載波保持同頻、同相的相干振蕩信號,可以通過窄帶濾波器或鎖相環來提取同步載波［5］。本文主要采用鎖相環進行解調。其原理框圖如圖4所示。

圖4 鎖相環解調

圖5 2ASK調制解調

2 電路設計與仿真

采用Multisim軟件進行電路設計,2ASK的調制方法采用的是通斷鍵控法,則解調方式則采用由鎖相環設計的相干解調的方式。2ASK的調制解調電路整體電路圖如圖5所示。

模擬雙向開關的引腳2(即輸出端)為2ASK調制信號,LM311D輸出端為解調后的基帶信號,最后的仿真結果如圖6所示。

圖6 2ASK調制解調仿真結果

3 結論

在簡單介紹2ASK信號調制解調工作原理的基礎上,通過模擬雙向開關和鎖相環電路,并利用抽樣判決電路整形后,成功設計了2ASK調制解調電路。從仿真結果來看, Multisim軟件能夠較好地對ASK調制解調電路進行仿真,不難看出,結果與理論分析比較一致。這種仿真方法應用于實驗教學中可以提升學生的學習興趣,加深學生對基本電路的理解。對電子技術基礎教學的意義非常重大。

[1]于洪珍．通信電子電路[M]．北京:清華大學出版社,2005．

[2]金益輝．光傳飛控系統實現技術研究[D]．南京:南京航空航天大學,2007．

[3]常峰,祝加雄．基于LabVIEW的2ASK調制解調模擬設計[J]．北京:硅谷,2011,24:50,54．

[4]張肅文．高頻電子線路[M]．北京:高等教育出版社,2004．

[5]徐現嶺．現代通信系統調制解調的基本技術和實現方法[D]．西安:西安電子科技大學,2008．

唐玲（1985—），女，四川綿陽人，西華師范大學物理與電子信息學院助教，主要從事數字圖像處理、電子技術實驗教學和研究工作。