实验 8 ASK 调制解调
一、实验目的
1. 掌握 ASK 调制器的工作原理及性能测试； 2. 掌握 ASK 包络检波法解调原理；
3. 学习基于软件无线电技术实现 ASK 调制、解调的实现方法。
二、实验原理
1. 调制与解调
数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。然而，实际中的大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号 （已调信号）的过程称为数字调制（digital modulation）。在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调（digital demodulation）。通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字频带传输系统。
数字信息有二进制和多进制之分，因此，数字调制可分为二进制调制和多进制调制。在二进制调制中，信号参量只有两种可能的取值；而在多进制调制中，信号参量可能有 M（M>2）种取值。本章主要讨论二进制数字调制系统的原理。
2. 2ASK 调制
振幅键控（Amplitude Shift Keying，ASK）是利用载波的幅度变化来传递数字信号，而其频率和初始相位保持不变。在 2ASK 中，载波的幅度只有两种变换状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。
2ASK 信号的产生方法通常有两种：数字键控法和模拟相乘法。实验中采用了数字键控法，并且采用了最新的软件无线电技术。结合可编程逻辑器件和 D/A 转换器件的软件无线电结构模式，由于调制算法采用了可编程的逻辑器件完成，因此该模块不仅可以完成 ASK，FSK 调制，还可以完成 PSK，DPSK，QPSK，OQPSK 等调制方式。不仅如此，由于该模块具备可编程的特性，学生还可以基于该模块进行二次开发，掌握调制解调的算法过程。在学习ASK， FSK 调制的同时，也希望学生能意识到，技术发展的今天，早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代，因此学习应该是一个不断进取的过程。
图 8-1 ASK 调制电路原理框图
在图中，信号基带时钟和基带数据输入到可编程逻辑器件中，由可编程逻辑器件根据设置的工作模式，完成 ASK 的调制，因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件，因此调制后输出需要经过 D/A 器件，完成数字到模拟的转换，然后经过模拟电路对信号进行调整输出，加入射随器，便完成了整个调制系统。
1
NRZ码
1 0 0 1
2ASK 调制信号
ASK 调制结果示意图
3.2 ASK 解调
2ASK 解调有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）两种方法，这里我们采用包络检波法，其原理框图如下图所示。
图 8-2 2ASK 解调包络检波法原理框图
2ASK 已调信号从“5TP1”测试点输入，信号先半波/全波整流，取出高于 0 电平的半波/ 全波波形，得“5T1”整形输出信号。
“5T1”信号经低通滤波器后，滤波得“5TP7”滤波输出信号。
“5TP7”信号再经电压比较电路进行电压判决，用来作比较的判决电压电平可通过“编码器”旋转电位器来调节。判决电压过高，可能造成部分数字信息的丢失；判决电压过低， 可能造成还原结果中出现错码。因此，只有合理地选择判决电压，才能得到正确的解调结果。
抽样判决后的信号经位同步，还原出原始的 NRZ 码，从 5TP3 输出。抽样判决用的时钟信号就是 2ASK 基带信号的位同步信号，从“5TP4”输出，为本地提取的位同步信号。
另外，需要说明的是：
（1） 在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰的条件。本实验简化了实验设备，在调制部分的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道是理想的，所以在解调部分的输入端也没有加带通滤波器匹配。
（2） 本实验平台 ASK 调制解调采用软件无线电的技术来实现，系统采样率是基带速
率的 16 倍，因些实验时载波频率和基带间的关系应确保在：基带速率<载波频率<8 倍基带速率；
解调过程中各测试点波形如下图所示：
基带
0
1
1
0
0
1
0
ASK 调制
整形输出
抽样 判决
判决电平
判决输出
0 1 1 0 0 1 0
0
同步输出
1 1 0 0 1 0
图 8-3 2ASK 解调各测试点波形
4. 实验框图及功能说明
实验框图说明
图 8-3 ASK 调制解调框图
在实验中会用使用 2 个实验单元：数字调制单元 A4，数字解调单元 A5。框图中基带数据码型、速率，载波频率，整流方式，判决电平等均可设置；
5. 框图中各个测量点说明
? 2P6：基带数据输出； ? 2TP8：基带时钟输出； ? 4TP2：ASK 调制输出；
? 4VT11:载波输出； ? 5TP1：ASK 解调信号输入； ? 5T1:ASK 调制整形输出； ? 5TP7：滤波输出；
? 5TP6：本地判决电平输出，鼠标滚轮调编码器； ? 5TP4：本地同步时钟输出； ? 5TP3：解调数据输出
三、实验任务
1. ASK 调制观测； 2. ASK 解调观测； 3. ASK 系统性能分析；
四、实验步骤
1.
实验准备
(1) 获得实验权限，从浏览器进入在线实验平台； (2) 选择实验内容
使用鼠标在通信原理实验目录选择：ASK 调制解调实验，进入到 ASK 实验页面。
2. ASK 调制观测
(1) 基带数据设置及时域观测
使用鼠标点击“基带设置”按钮，设置基带数据为“15-PN”，速率“2K”。用示波器 分别观察 2P6 和 2TP8 测试点，并记录波形，尝试改变基带数据输出类型和时钟频率，进行观测，掌握基带数据设置的基本方法。
(2) 基带数据频域观测
基带数据选择“16 比特”，速率“2K”，自行设置“16 比特”基带数据。打开示波器的 FFT 功能，观测分析 2P6 的频谱特性。观测分析其频谱变化。思考将信号进行 ASK 调制频谱会有什么变化？
(3) ASK 调制信号时域观测
设置基带数据 2P6 为“15-PN”或自行设置“16 比特”，速率“2K”，示波器一个通道测基带信号 2P6，并用基带信号作示波器同步源；使用鼠标点击“载波频率”，设置载波频率为“8KHZ”,用示波器另一个通道观测研究 4TP2 调制信号，并记录 ASK 调制信号特性；
鼠标点击“载波频率”按钮，尝试改变 ASK 调制的载波频率，观察 ASK 调制波形的变 化。
实验8、ASK调制解调(修改)
