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【無線通信篇】ASK調制信號的MATLAB仿真

454398 ? 來源:MYMINIEYE微信公眾號 ? 作者:MYMINIEYE微信公眾號 ? 2020-11-03 10:45 ? 次閱讀

1.ASK信號的調制原理

數字信號對載波信號的振幅調制稱為振幅鍵控,即ASK。

在2ASK調制系統中,數字信息只有0和1兩種,所調制的載波信號的幅度變化狀態也只有兩種:無載波輸出時代表發送0;有載波輸出時代表發送1。

在4ASK調制系統中,數字信息就有00、01、10、11四種,需要載波信號幅度的4個電平狀態表示。顯然,進制越大,相同頻帶內可以傳輸的數據信息量也就越多,即頻帶利用率越高。

ASK調制系統的模型如下所示:

ASK信號產生模型

基帶信號m(t)可以看作一串由0、1組成的矩形脈沖信號,理論上其帶寬是無限的,與載波信號調制之后的鍵控信號s(t)帶寬也是無限的。工程中為了提高頻帶利用率,需要對信號帶寬做限制,通常只需要將在主瓣帶寬內包含90%能量的信號發送出去即可。

在頻帶資源比較緊張的情況下,為進一步降低信號的帶寬,提高頻帶利用率,一種常用的方法就是在調制之前對基帶信號進行成型濾波,如上圖ASK信號產生模型所示。

2.ASK調制信號的MATLAB仿真

FPGA設計前通常都會使用MATLAB對系統進行建模與仿真。設計ASK調制系統時,選定系統參數,如下所示:

碼元長度(Len)

1000

碼元速率(Rb)

1Mbps

采樣頻率(Fs)

8MHz

數據長度(LenData)

8000

載波頻率(Fc)

70MHz

Matlab主要程序如下:

程序運行之后,生成2ASK的時域波形以及頻譜如下:

從ASK信號的頻譜圖可以看出,經過成型濾波之后的信號頻譜已經濾除了主瓣外的頻率成分,采樣后的載頻分量被搬移到了2MHz處。采樣后的載波頻率fas = k*fs±fc,其中k為整數,當k=9時,fas=9*8-70=2MHz。

3.ASK調制信號的FPGA實現

前面采用MATLAB對ASK信號進行了仿真,接下來在Vivado開發環境下完成2ASK調制技術的設計并進行仿真。鍵控法實現ASK的FPGA十分簡單,如下所示:

采用開關(鍵控)方式產生ASK調制信號,輸入到DAC之前,在FPGA內部可以用一個數字帶通濾波器對信號頻帶進行限制,關鍵在于產生本地載波信號,無論是Altera還是Xinlinx都提供了NCO核,我們可以根據需要,設置相應的參數后,就可以產生載波信號。

DDS/NCO核的參數的主要設置為:

? SystemClock : 8MHz

? ParameterSelection : Hardware Parameters

? PhaseWidth : 32

? OutputWidth : 14

? PhaseIncrement Programmability : Programmable

? Phaseoffset Programmability : None

? OutputSelection : Sine

輸出頻率為2MHz,相位累加器設置為 32’d1073741824。

主要程序如下,其中sine是DDS/NCO的輸出信號,當進行4ASK調制的時候,輸出信號的幅度有四種,需要合理設置中間值,分別為最大幅值的1/3和2/3,在FPGA實現除法是比較復雜和耗時的,這里采用了近似的方法,采用移位法實現0.3281(≈1/3)和0.6563(≈2/3)倍最大幅值。

最后的仿真為

FPGA實現后的2ASK調制信號仿真波形

FPGA實現后的4ASK調制信號仿真波形

從圖上可以看出,2ASK中只有零值和最大值兩種情況,4ASK有四種不同的幅值,符合ASK調制信號的要求。

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