【正文】 目 錄 1 引言 ................................................................. 1 課題研究的背景與意 義 ............................................... 1 課題的研究現(xiàn)狀 ..................................................... 1 本文的結構及主要工 作 ............................................... 2 2 ASK 調制解調系統(tǒng) 的原理 ............................................... 4 ASK 調 制原理及設計方法 ............................................. 4 ASK 解 調原理及設計方法 ............................................. 5 ASK 信 號的功率譜及帶寬 ............................................. 6 ASK 系 統(tǒng)的抗噪聲性能 ............................................... 8 包絡檢 測時 2ASK 系統(tǒng)的誤碼率 ...................................... 8 相干解 調時 2ASK 的系統(tǒng)誤碼率 ..................................... 10 3 ASK 調制與解調 的 VHDL 系統(tǒng)建模 ....................................... 12 軟件平臺介紹 ...................................................... 12 ASK 調 制與解調系統(tǒng)的具體設計 ...................................... 15 基于 VHD L 的 ASK 調制系統(tǒng)仿真與分析 ................................. 16 基于 VHD L 的 ASK 解調系統(tǒng)仿真與分析 ................................. 19 ASK 調 制解調聯(lián)合對比 .............................................. 21 本章總結 .......................................................... 23 4 基于 VHDL 的 MASK 調制系統(tǒng)設計與仿真 .................................. 24 多進制振幅調制 .................................................... 24 基于 VHD L 的 MASK 調制系統(tǒng)實現(xiàn) ...................................... 24 5 總結 ................................................................ 26 附 錄 ................................................................ 27 1 ASK 調制 V HDL 程序 ................................................... 27 2 ASK 解調 V HDL 程序 ................................................... 28 3 MASK 調制 VHDL 程序 .................................................. 29 參考文獻 .............................................................. 32 第 I 頁 共 II 頁 1 引言 課題研究的背景與意 義 通信即傳輸信息，進行信息的時空轉移。通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信源 發(fā)送到一個或多個目的地 。實現(xiàn)通信的方 式和手段很多，如手勢、語言、旌旗、 烽火臺和擊鼓傳令，以及現(xiàn)代社會的電報、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特 網(wǎng)和計算機通信等，這些都是消息傳遞的方式和信息交流的手段 。伴隨著人類 的文明和科學技術的發(fā)展，電信技術也是以一日千里的速度飛速發(fā)展，如今，在自 然科學領域涉及“通信”這一術語時，一般指“電通信”?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信 距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調制解調技術一直是人 們研究的一個重要方向通過調制，不僅可以進行頻譜搬移，把調制信號的頻譜搬移 到所希望的位置上，而且它對系統(tǒng) 的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊? 。從模擬調制到數(shù)字調制，從二進制發(fā)展到多進制調制，雖然調制方式多種多 樣，但都是朝著使通信系統(tǒng)更高速、更可靠的方向發(fā) 展 。一個系統(tǒng) 的通信質量， 很大程度上依賴于所采用的調制方式。因此，對調制方式的研究，將直接決定著通 信系統(tǒng)質量的好壞 。 ASK（ Amplitude－ Shift Keying）作為一種簡單高效便捷 ,易于實現(xiàn)的特點 , 在目前的通信領域中有著其獨特的位置，對基于 ASK 的通信系統(tǒng)的研究與應用也是 眾多研究項目中的熱點 。在實際應用當中，大型、復雜的系統(tǒng)直接實驗是十分 昂貴的，而通信系統(tǒng)設計研究是一項十分復雜的技術。由于技術的復雜性，在現(xiàn)代 通信技術中，越來越重視采用計算機仿真技術來進行系統(tǒng)分析和設計 。利用仿 真，可以大大降低實驗成本。在實際通信中，很多信道都不能直接傳送基帶信號， 必須用基帶信號對載波波形的某些參量進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的 變化而變化，即所謂正弦載波調制 。 課題的研究現(xiàn)狀 近十幾年來，隨著計算機，人工智能，模式識別的信號處理等技術的飛速發(fā)展。 通信信號的自動調制識別技術得到長足的發(fā)展。數(shù)字調制傳輸在現(xiàn)代通信中發(fā)揮著 越來越重要的作用，主要是因為數(shù)字通信有以下優(yōu)點 ： 第 1 頁 共 35 頁 【 1】 【 2】 【 3】 【 4】 【 5】 【 6】 【 7】 【 8】 【 9】 ①數(shù)字信號便于存儲、處理 、抗干擾能力強 ③數(shù)字信號便于交換和傳輸 ④可靠性高，傳輸過程中的差錯可以設法控制 ⑤數(shù)字信號易于加密且保密性強 ⑥通用性和靈活性好。 ASK（ Amplitude－ Shift Keying）振幅調制作為數(shù)字調制傳輸?shù)囊环N常用方 式，具備上述所有的優(yōu)點，所以 ASK 的應用是非常廣泛的，如在基于 ASK 的神經(jīng)網(wǎng) 絡解調器研究上與傳統(tǒng)解調器相比 ,它有一些很重要的特點 :第一 ,基于 ASK 的神 經(jīng)網(wǎng)絡算法用于解調處理 ,其抗干擾性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法 。第二 ,基于 ASK 的神經(jīng)網(wǎng)絡 解調 器有和傳統(tǒng) 解調器相 似的處理 單元 ,但 在神經(jīng)網(wǎng)絡 中 ,這些 功能被整合 在多個 神經(jīng) 元中 ,無需 對每個處 理單元和功 能進行單獨 設計 , 這些處理 功能都是在 其學習 過程中自己獲得的 。 第三 ,解調系統(tǒng)為并行結構 ,所以處 理速度比傳統(tǒng)速度更快。還 有開發(fā)多信道通信系統(tǒng) 時針對 ASK 中頻信號發(fā)生器和接收機的 FPGA 設計及實現(xiàn)的 研究 ,研究結果表明能增加系統(tǒng)的冗余性 ,提高系統(tǒng)的可靠性 。 有 較為廣泛的市 場前景的應用于智能系統(tǒng)包括家庭保安系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、汽車門禁系統(tǒng)以及 RF ID 等領域的工作于超高頻 (UHF)的射頻接收機也常使用于 ASK 數(shù)字調制方式 。 在其它應用中還有如基于 ASK 無線射頻收發(fā)模塊的安防系統(tǒng) ，無線射頻數(shù) 據(jù)傳送電路和 EMC 微處理器設計為一體 ,構成具有檢測不同信號和無線數(shù)據(jù)傳輸 的功能模塊 ,并通過無線接收模塊與電話網(wǎng)絡連網(wǎng) ,應用于家庭及單位的安防系統(tǒng)。 本文的結構及主要工 作 本文論述了基于 VHDL 及 CPLD 實現(xiàn) ASK 數(shù)字調制系統(tǒng)的方法，其實現(xiàn)步驟包括： 2ASK 調制解調系統(tǒng)的原理及設計方法以及 2ASK 的頻譜和抗噪聲性能； ，設計總體框圖； VHDL 語言特點，對系統(tǒng)進行 VHDL 建模； VHDL 模型，進行具體 VHDL 語言程序設計； 。 第 2 頁 共 35 頁 【 10】 【 11】 【 12】 【 13】 VHDL 的 MASK 調制研究 第 3 頁 共 35 頁 2 ASK 調制解調系統(tǒng)的原理 ASK 調 制原理及設計方法 數(shù)字幅度調制又稱幅度鍵控（ ASK），二進制幅度鍵控記作 2ASK。 2ASK 是利用 代表數(shù)字信息“ 0”或“ 1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時 續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“ 1”，無載波輸出時表示發(fā)送“ 0”。借助于第 3 章幅度調制的原理， 2ASK 信號可表示為 e0 ??s(t) cos ?ct (） c s(t) ????an g(t ??nTb ) （ ） n 其中， g(t) 是持續(xù)時間為 Tb 、高度為 1 的矩形脈沖，常稱為門函數(shù)， an 為二進制數(shù) 字 a n 0,出現(xiàn)概率為（ 1??p） （ ） 2ASK 信號的產生方法（調制方法）有兩種，如下圖 所示：圖（ a）是一般的模 擬幅度調制方法，不過這里的 s(t)由式（ ）規(guī)定；圖（ b）是一種鍵控方法， 這里的開關電路受 s(t) 控制。圖（ c）給出 e0(t) 的波形示例。二進制幅度鍵控信號， 由于一個信號狀態(tài)始終為 0，相當于處于斷開狀態(tài)，故又常稱為通斷 鍵控信號（ OO K 信號）。 第 4 頁 共 35 頁 式中， 為載波角頻率， s(t) 為單極性 NRZ 矩形脈沖序列 1,出現(xiàn)概率為 p ??{ 圖 ASK 信號產生方法及波形 ASK 解 調原理及設計方法 ASK 信號解調的常用方法主要有兩種：包絡檢波法和相干檢測法 包絡檢波法的原理方框圖如圖 所示 :帶通濾波器（ BPF）恰好使 2ASK 信號完 整地通過，經(jīng)包絡檢測后，輸出其包絡。低通濾波器（ LPF）的作用是濾除高頻雜 波，使基帶信號（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（位同步信號）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，即 y(t) ??e0 (t) ??s(t) cos?ct ，包絡檢波器輸出為 s(t) 。經(jīng)抽樣、判決后將碼元再生，即 可恢復出數(shù)字序列 {an} 。 相干檢測法原理方框圖如圖 所示 :相干檢測就是同步解調，要求接收機產生 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。利用此載 波與收到的已調信號相乘，輸出為 2 2 第 5 頁 共 35 頁 1 z(t) ??y(t) cos??t ??s(t) co s ??t ????s(t)(1 ??cos 2??t) 2 () 1 1 ????s(t) ????s(t) cos 2??t 圖 2ASK 信號的包絡解調 圖 2ASK 的相干解調 經(jīng)低通濾波濾除第二項高頻分量后，即可輸出 s(t) 信號。低通濾波器的截止 頻率與基帶數(shù)字信號的最高頻率相等。由于噪聲影響及傳輸特性的不理想，低通濾 波器輸出波形有失真，經(jīng)抽樣判決、整形后再生數(shù)字基帶脈沖 。 雖然 2ASK 信號中確實存在著載波分量，原則上可以通過窄帶濾波器或鎖相環(huán) 來提取同步載波，但這會給接收設備增加復雜性。因此，實際中很少采用相干解調 法來解調 2ASK 信號 。 ASK 信 號的功率譜及帶寬 從 2ASK 的原理可知，一個 2ASK 信號 e0 (t) 可以表示成 e0 ??s(t) cos ?ct （ ） 這里， s(t) 是代表信息的隨機單極性矩形脈沖序列。 現(xiàn)設 s(t) 的功率譜密度為 Ps ( f ) ， e0 (t) 的功率譜密度為 Pe( f ) ，則由式（ ） 可以證得 4 第 6 頁 共 35 頁 【 14】