【無線通信篇】ASK調(diào)制信號的MATLAB仿真

1.ASK信號的調(diào)制原理

數(shù)字信號對載波信號的振幅調(diào)制稱為振幅鍵控，即ASK。

在2ASK調(diào)制系統(tǒng)中，數(shù)字信息只有0和1兩種，所調(diào)制的載波信號的幅度變化狀態(tài)也只有兩種：無載波輸出時代表發(fā)送0；有載波輸出時代表發(fā)送1。

在4ASK調(diào)制系統(tǒng)中，數(shù)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(tài)表示。顯然，進(jìn)制越大，相同頻帶內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量也就越多，即頻帶利用率越高。

ASK調(diào)制系統(tǒng)的模型如下所示：

ASK信號產(chǎn)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(diào)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(nèi)包含90%能量的信號發(fā)送出去即可。

在頻帶資源比較緊張的情況下，為進(jìn)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(diào)制之前對基帶信號進(jìn)行成型濾波，如上圖ASK信號產(chǎn)生模型所示。

2.ASK調(diào)制信號的MATLAB仿真

在FPGA設(shè)計前通常都會使用MATLAB對系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真。設(shè)計ASK調(diào)制系統(tǒng)時，選定系統(tǒng)參數(shù)，如下所示：

Matlab主要程序如下：

程序運(yùn)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(jīng)過成型濾波之后的信號頻譜已經(jīng)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(shù)，當(dāng)k=9時，fas=9*8-70=2MHz。

3.ASK調(diào)制信號的FPGA實(shí)現(xiàn)

前面采用MATLAB對ASK信號進(jìn)行了仿真，接下來在Vivado開發(fā)環(huán)境下完成2ASK調(diào)制技術(shù)的設(shè)計并進(jìn)行仿真。鍵控法實(shí)現(xiàn)ASK的FPGA十分簡單，如下所示：

采用開關(guān)(鍵控)方式產(chǎn)生ASK調(diào)制信號，輸入到DAC之前，在FPGA內(nèi)部可以用一個數(shù)字帶通濾波器對信號頻帶進(jìn)行限制，關(guān)鍵在于產(chǎn)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(jù)需要，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)后，就可以產(chǎn)生載波信號。

DDS/NCO核的參數(shù)的主要設(shè)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(shè)置為 32’d1073741824。

主要程序如下，其中sine是DDS/NCO的輸出信號，當(dāng)進(jìn)行4ASK調(diào)制的時候，輸出信號的幅度有四種，需要合理設(shè)置中間值，分別為最大幅值的1/3和2/3，在FPGA實(shí)現(xiàn)除法是比較復(fù)雜和耗時的，這里采用了近似的方法，采用移位法實(shí)現(xiàn)0.3281(≈1/3)和0.6563(≈2/3)倍最大幅值。

最后的仿真為

FPGA實(shí)現(xiàn)后的2ASK調(diào)制信號仿真波形

FPGA實(shí)現(xiàn)后的4ASK調(diào)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(diào)制信號的要求。