《通信原理》实验报告实验七：振幅键控（ASK）调制与解调实验系别：信息科学与工程学院专业班级：通信工程1003班学生姓名：揭芳学号：20101182073同组学生：杨义奥成绩：指导教师：惠龙飞（实验时间：20 12 年12 月21 日——20 12 年12 月21 日）华中科技大学武昌分校一、实验目的1、 掌握用键控法产生ASK 信号的方法。
2、 掌握ASK 非相干解调的原理。
二、实验内容1、 观察ASK 调制信号波形2、 观察ASK 解调信号波形。
三、实验器材1、 信号源模块 一块2、 ③号模块 一块3、 ④号模块 一块4、 ⑦号模块 一块5、 60M 双踪示波器 一台6、 连接线 若干四、基本原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。
由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控（2FSK ）、二进制移相键控(2PSK)三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。
1、 2ASK 调制原理。
在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。
使载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK 信号，这种二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK ）。
2ASK 信号典型的时域波形如图9-1所示，其时域数学表达式为：2()cos ASK n c S t a A t ω=⋅ （9-1）式中，A 为未调载波幅度，c ω为载波角频率，n a 为符合下列关系的二进制序列的第n个码元：⎩⎨⎧=PP a n －出现概率为出现概率为11（9-2）综合式9-1和式9-2，令A ＝1，则2ASK 信号的一般时域表达式为：t nT t g a t S c n s n ASK ωcos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑t t S c ωcos )(=（9-3）式中，T s 为码元间隔，()g t 为持续时间 [－T s /2，T s /2] 内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而()S t 就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。
0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts1 0 1 1S 2A SK (t )A-Aa r 2tt图9-1 2ASK 信号的典型时域波形2ASK 信号的产生方法比较简单。
首先，因2ASK 信号的特征是对载波的“通－断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列()S t 控制门的通断，()S t ＝1时开关导通；()S t ＝0时开关截止，这种调制方式称为通－断键控法。
其次，2ASK 信号可视为S(t)与载波的乘积，故用模拟乘法器实现2ASK 调制也是很容易想到的另一种方式，称其为乘积法。
2、 2ASK 解调原理。
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，相应的接收系统原理框图如图9-2所示：耦合电路低通滤波器抽样判决器位同步信号解调信号输出调制信号输入半波整流器（a ）非相干方式耦合电路低通滤波器抽样判决器位同步信号解调信号输出调制信号输入相乘器相干载波（b ）相干方式图9-2 2ASK 解调原理框图五、实验原理1、 ASK 调制电路在这里，我们采用的是通－断键控法，2ASK 调制的基带信号和载波信号分别从“ASK-NRZ ”和“ASK 载波”输入，其实验框图和电路原理图分别如图9-3、图9-4所示。
信号源CPLD隔离电路模拟开关4066PN 64K同步正弦波(8K)（载波输入）ASK 载波ASK-OUTASK 调制电路ASK-NRZ （基带信号输入）图9-3 ASK 调制实验框图1213U2A 406632184U1ATL082+12V-12VR110KR310KC11041TP1CARRIER INVCCC71041TP3ASK OUT1TP2SIN INTH1TH2TH3C31104C32470P图9-4 ASK 调制原理图2、 ASK 解调电路信号源CPLDPN 64K 同步正弦波(8K)输出ASK 载波ASK-NRZ（基带信号输入）ASK 调制电路耦合电路低通滤波器抽样判决器半波整流器ASK-OUT 输入ASKIN 位同步信号（7号板）DIN 输入BS 输出输入ASK-BS ASK 解调电路TH2输出OUT1ASK-DOUT 输出图9-5 ASK 解调实验框图我们采用的是包络检波法。
实验框图如图9-5所示。
ASK 调制信号从“ASKIN ”输入，经C1和R1组成的耦合电路至半波整流器（由D4、D5组成），半波整流后的信号经低通滤波器U4（TL082）、电压比较器U1（LM339）与参考电位比较后送入抽样判决器进行抽样判决，最后得到解调输出的二进制信号。
电位器W1用来调节电压比较器U1的判决电压。
判决电压过高，将会导致正确的解调结果的丢失；判决电压过低，将会导致解调结果中含有大量错码，因此，只有合理选择判决电压，才能得到正确的解调结果。
抽样判决用的时钟信号就是2ASK 基带信号的位同步信号，该信号从“ASK-BS ”输入，可以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。
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。
本实验中为了简化实验设备，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。
六、测试点说明1、 信号输入点参考说明ASK-NRZ ： ASK 基带信号输入点。
ASK 载波：ASK 载波信号输入点。
ASKIN ：ASK 调制信号输入点。
ASK-BS ：ASK 解调位同步时钟输入点。
2、 信号输出点参考说明ASK-OUT：ASK调制信号输出点。
TH2：ASK信号经低通滤波器后的信号观测点。
ASK-DOUT：ASK解调信号经电压比较器后的信号输出点（未经同步判决）。
OUT1：ASK解调信号输出点。
七、实验步骤（一）ASK调制实验1、将信号源模块和模块3、4、7固定在主机箱上。
双踪示波器，设置CH1通道为同步源。
2、关闭电源，按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（8K）模块3：ASK-NRZ S4拨为1100，PN是8K伪随机序列，码型：111100010011010信号源：64K同步正弦波模块3：ASK载波提供ASK调制载波，幅度为2V3、打开电源，观察并记录ASK载波、ASK-NRZ（ASK基带信号输入）。
CH1接ASK-NRZ信号做示波器的触发源，CH2接ASK-OUT输出波形（即为PN码经过ASK调制后的波形）。
观察的波形如下所示：图7-1 64K同步正弦波图7-2 ASK 调制输出波形其中CH1是8K 伪随机码，CH2是ASK 调制输出波形分析1：用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK 信号。
分析2：用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门，由二进制序列()S t 控制门的通断，()S t ＝1时开关导通；()S t ＝0时开关截止，2ASK 信号可视为S(t)与载波的乘积。
（二）ASK 解调实验1、 关闭电源。
接着上面ASK 调制实验继续连线： 源端口目的端口 连线说明 模块3：ASK-OUT 模块4：ASKIN ASK 解调输入模块4：ASK-DOUT 模块7：DIN 锁相环法位同步提取信号输入 模块7：BS 模块4：ASK-BS提取的位同步信号2、打开电源，将模块7上的拨码开关S2拨为“ASK-NRZ ”频率的16倍。
如本例“ASK-NRZ ”选8K 时，S2应选128K ，即拨“1000”。
观察模块4上的信号输出点“ASK-DOUT ”处的波形，把电位器W3逆时针拧到最大，并缓慢调节电位器W1（改变判决门限），直到在“ASK-DOUT ”处观察到稳定的PN 码。
观察得到的波形如下：图7-3 提取的位同步信号CH1是8K伪随机码，CH2是提取的位同步信号。
图7-4 非相干解调半波整流输出CH1是ASK调制信号，CH2是半波整流输出。
分析3：半波整流输出ASK的上半部分，由调制信号通过耦合电路进入半波整流器形成。
图7-5 非相干解调低通输出CH1是ASK调制信号，CH2是二阶低通输出。
分析4：当传输条件优越时，LPF输出的波形上下的幅度保持一致，反之则会参差不齐，二阶低通输出的波形是近似ASK信号的矩形波，只是在相位和幅度上有一定的差异。
图7-6 稳定的ASK解调比较输出波形CH1 是8K伪随机码，CH2是稳定的ASK解调-比较输出波形。
分析5：两者的波形基本上保持一致，并无实质性的差别。
3、观察ASK解调输出“OUT1”处的波形，并与信号源产生的PN码进行比较：CH1接ASK-NRZ信号做示波器的触发源，CH2接解调输出“OUT1”波形。
观察波形如下图所示：图7-7 解调判决输出波形CH1是8K伪随机码，CH2是恢复的基带信号。
分析6：波形基本上一致，ASK相干解调是利用载波信号去与已调信号相乘后，得出一个频率给高的谐波分量和一个直流分量，通过低通滤波器，滤除高频成分，保留所需的直流成分，也就是源输入基带信号。
4、实验结束关闭电源，拆除连线，整理实验数据与波形，完成实验报告。
八、实验总结：通过本次实验，了解ASK调制与解调的实验方法及原理，用键控法产生ASK信号的方法，ASK非相干解调的原理，对波形图的分析使我们对实验结论有了进一步的认识，为理论课的学习奠定了厚实的基础。
九、对实验八移频键控FSK调制与解调实验的分析观察得到的波形如下：图8-1 FSK载波（CH1是64K同步正弦波，CH2是128K同步正弦波）图8-2 FSK调制波形（CH1是8KB/S伪随机码，CH2是FSK调制）图8-3 “1”码调制输出波形（CH1是8kb/s伪随机码，CH2是“1”码调制输出波形）图8-4 “0”码调制输出波形（CH1是8kb/s伪随机码，CH2是“0”码调制输出波形）分析1:当FSK-NRZ码元为“1”时用频率为128KHZ的载波进行调制，当为“0”是用频率为8KHZ的载波进行调制，二进制信号通过通过两个与门电路，控制其中的一个载波，然后两个载波的ASK信号相加。
图8-5 观察到稳定的解调PN码（CH1是8kb/s伪随机码，CH2是稳定的解调PN码）（图8-6 FSK整形输出波形）（CH1是8kb/s PN码，CH2是FSK整形输出波形）图8-7 载波上升沿过零输出波形（CH1是8kb/s PN码，CH2是载波上升沿过零输出波形）图8-8 载波下降沿过零输出波形（CH1是8kb/s PN码，CH2是载波下降沿过零输出波形）图8-9 过零点相加输出波形（CH1是8kb/s PN码，CH2是过零点相加输出波形）8-10 过零点信号经低通滤波器后输出波形（CH1是8kb/s PN码，CH2是FSK解调信号经低通输出波形）分析2：2FSK信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异。