ASK调制解调电路的设计与仿真

西华师范大学物理与电子信息学院 唐 玲

ASK调制解调电路的设计与仿真

西华师范大学物理与电子信息学院 唐 玲

在无线通信系统中，调制解调的设计尤为重要。调制解调主要有三种：调频鉴频、调相鉴相、调幅检波。文中主要介绍了ASK信号调制解调原理，并用Multisim软件进行设计和仿真，最后给出仿真结果。

调制解调；ASK；Multisim；仿真

调制和解调电路是通信设备中的重要组成部分。所谓调制就是用待传输的低频信号去控制高频载波参数,这些参数可以是相位、频率和幅度。解调就是调制的逆过程,即从己调的高频信号中还原出低频的原调制信号［1,4］。

由于电子和通信系统的快速发展,而实验室的更新需要很长的一段时间,因此电子线路的模拟仿真成为高校课堂的一个重要环节。本文主要介绍了ASK信号调制解调原理,并用Multisim软件进行设计和仿真。其中解调电路使用了锁相环解调。输入参考信号频率在不断的变化,而输出信号的频率可以根据锁相环路的特性进行精确地跟踪,环路锁定后,可以通过增加环路增益将输入参考信号和输出信号之间的稳态相位误差控制在所需数值范围内.这种输出信号频率随输入参考信号频率变化的特性称为锁相环的跟踪特性.利用此特性可以做载波跟踪型锁相环及调制跟踪型锁相环［2］。在对ASK解调时,低通滤波器输出的波形失真比较大,不过最后经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。

1 设计原理

1.1 ASK调制电路设计原理

ASK(振幅键控)是利用数字基带信号控制正弦载波振幅的一种数字调制。当数字基带信号只取“1”或“0”时,数字调制称为二进制振幅键控(2ASK)［3］。

二进制振幅键控的数学模型为：

二进制基带信号：

其中Tf为二进制基带信号码元间隔,G(t)为任意波形的脉冲且持续时间是,an为基带信号的第n个码元。

an的数学式为：

2ASK信号的数学表达式为：

实现2ASK调制的方法有两种：一是模拟相乘法,直接将数字信号通过相乘器与高频载波相乘得到输出信号,该电路中需要同时将高频载波信号和低频数字信号输入模拟乘法器中完成调制［4］。二是通-断键控法,该方法是利用开关电路来控制输出,2ASK调制的基带信号和载波信号分别从“ASK-NRZ”和“ASK载波”输入,其电路原理框图如图1所示。

图1 通-断键控法

1.2 ASK解调电路设计原理

2ASK信号有两种基本的解调方法：非相干解调方式和相干解调方式。非相干解调框图如图2所示。

图2 非相干解调方式

非相干解调就是包络检波,2ASK信号恰好能够完整地通过带通滤波器,经包络检测后输出其包络图像。低通滤波器的作用就是滤除高频杂波,是数字基带信号(包络)通过。抽样判决器包括抽样、判决及码元形成器。定时抽样脉冲是很窄的脉冲,通常位于每个码元的中央位置,其重复周期等于码元的宽度。不计噪声影响时,带通滤波器输出为2ASK信号。经抽样、判决后将码元再生,即可恢复出数字序列［1,3,,4］。

相干解调框图如图3所示：

图3 相干解调方式

相干解调就是同步解调,要求接收机产生一个与发送载波同频、同相的本地载波信号,称其为同步载波或相干载波。

式中,k为低通滤波器传输系统。

根据相干解调的定义,相干载波应与发送端载波同频、同相,即式(5)中,,最终输出：

采用同步检波法,接收端必须提供一个与2ASK信号载波保持同频、同相的相干振荡信号,可以通过窄带滤波器或锁相环来提取同步载波［5］。本文主要采用锁相环进行解调。其原理框图如图4所示。

图4 锁相环解调

图5 2ASK调制解调

2 电路设计与仿真

采用Multisim软件进行电路设计,2ASK的调制方法采用的是通断键控法,则解调方式则采用由锁相环设计的相干解调的方式。2ASK的调制解调电路整体电路图如图5所示。

模拟双向开关的引脚2(即输出端)为2ASK调制信号,LM311D输出端为解调后的基带信号,最后的仿真结果如图6所示。

图6 2ASK调制解调仿真结果

3 结论

在简单介绍2ASK信号调制解调工作原理的基础上,通过模拟双向开关和锁相环电路,并利用抽样判决电路整形后,成功设计了2ASK调制解调电路。从仿真结果来看, Multisim软件能够较好地对ASK调制解调电路进行仿真,不难看出,结果与理论分析比较一致。这种仿真方法应用于实验教学中可以提升学生的学习兴趣,加深学生对基本电路的理解。对电子技术基础教学的意义非常重大。

[1]于洪珍．通信电子电路[M]．北京:清华大学出版社,2005．

[2]金益辉．光传飞控系统实现技术研究[D]．南京:南京航空航天大学,2007．

[3]常峰,祝加雄．基于LabVIEW的2ASK调制解调模拟设计[J]．北京:硅谷,2011,24:50,54．

[4]张肃文．高频电子线路[M]．北京:高等教育出版社,2004．

[5]徐现岭．现代通信系统调制解调的基本技术和实现方法[D]．西安:西安电子科技大学,2008．

唐玲（1985—），女，四川绵阳人，西华师范大学物理与电子信息学院助教，主要从事数字图像处理、电子技术实验教学和研究工作。