西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 唐 玲

ASK調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計與仿真

西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 唐 玲

在無線通信系統(tǒng)中，調(diào)制解調(diào)的設(shè)計尤為重要。調(diào)制解調(diào)主要有三種：調(diào)頻鑒頻、調(diào)相鑒相、調(diào)幅檢波。文中主要介紹了ASK信號調(diào)制解調(diào)原理，并用Multisim軟件進(jìn)行設(shè)計和仿真，最后給出仿真結(jié)果。

調(diào)制解調(diào)；ASK；Multisim；仿真

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

由于電子和通信系統(tǒng)的快速發(fā)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(huán)節(jié)。本文主要介紹了ASK信號調(diào)制解調(diào)原理,并用Multisim軟件進(jìn)行設(shè)計和仿真。其中解調(diào)電路使用了鎖相環(huán)解調(diào)。輸入?yún)⒖夹盘栴l率在不斷的變化,而輸出信號的頻率可以根據(jù)鎖相環(huán)路的特性進(jìn)行精確地跟蹤,環(huán)路鎖定后,可以通過增加環(huán)路增益將輸入?yún)⒖夹盘柡洼敵鲂盘栔g的穩(wěn)態(tài)相位誤差控制在所需數(shù)值范圍內(nèi).這種輸出信號頻率隨輸入?yún)⒖夹盘栴l率變化的特性稱為鎖相環(huán)的跟蹤特性.利用此特性可以做載波跟蹤型鎖相環(huán)及調(diào)制跟蹤型鎖相環(huán)［2］。在對ASK解調(diào)時,低通濾波器輸出的波形失真比較大,不過最后經(jīng)過抽樣判決電路整形后可以再生數(shù)字基帶脈沖。

1 設(shè)計原理

1.1 ASK調(diào)制電路設(shè)計原理

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

二進(jìn)制振幅鍵控的數(shù)學(xué)模型為：

二進(jìn)制基帶信號：

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

an的數(shù)學(xué)式為：

2ASK信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

實現(xiàn)2ASK調(diào)制的方法有兩種：一是模擬相乘法,直接將數(shù)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(shù)字信號輸入模擬乘法器中完成調(diào)制［4］。二是通-斷鍵控法,該方法是利用開關(guān)電路來控制輸出,2ASK調(diào)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(diào)電路設(shè)計原理

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

圖2 非相干解調(diào)方式

非相干解調(diào)就是包絡(luò)檢波,2ASK信號恰好能夠完整地通過帶通濾波器,經(jīng)包絡(luò)檢測后輸出其包絡(luò)圖像。低通濾波器的作用就是濾除高頻雜波,是數(shù)字基帶信號(包絡(luò))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(fù)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(jīng)抽樣、判決后將碼元再生,即可恢復(fù)出數(shù)字序列［1,3,,4］。

相干解調(diào)框圖如圖3所示：

圖3 相干解調(diào)方式

相干解調(diào)就是同步解調(diào),要求接收機(jī)產(chǎn)生一個與發(fā)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(tǒng)。

根據(jù)相干解調(diào)的定義,相干載波應(yīng)與發(fā)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(huán)來提取同步載波［5］。本文主要采用鎖相環(huán)進(jìn)行解調(diào)。其原理框圖如圖4所示。

圖4 鎖相環(huán)解調(diào)

圖5 2ASK調(diào)制解調(diào)

2 電路設(shè)計與仿真

采用Multisim軟件進(jìn)行電路設(shè)計,2ASK的調(diào)制方法采用的是通斷鍵控法,則解調(diào)方式則采用由鎖相環(huán)設(shè)計的相干解調(diào)的方式。2ASK的調(diào)制解調(diào)電路整體電路圖如圖5所示。

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

圖6 2ASK調(diào)制解調(diào)仿真結(jié)果

3 結(jié)論

在簡單介紹2ASK信號調(diào)制解調(diào)工作原理的基礎(chǔ)上,通過模擬雙向開關(guān)和鎖相環(huán)電路,并利用抽樣判決電路整形后,成功設(shè)計了2ASK調(diào)制解調(diào)電路。從仿真結(jié)果來看, Multisim軟件能夠較好地對ASK調(diào)制解調(diào)電路進(jìn)行仿真,不難看出,結(jié)果與理論分析比較一致。這種仿真方法應(yīng)用于實驗教學(xué)中可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深學(xué)生對基本電路的理解。對電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)的意義非常重大。

[1]于洪珍．通信電子電路[M]．北京:清華大學(xué)出版社,2005．

[2]金益輝．光傳飛控系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)研究[D]．南京:南京航空航天大學(xué),2007．

[3]常峰,祝加雄．基于LabVIEW的2ASK調(diào)制解調(diào)模擬設(shè)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(xiàn)嶺．現(xiàn)代通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的基本技術(shù)和實現(xiàn)方法[D]．西安:西安電子科技大學(xué),2008．

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