2ASK在FPGA中的实现

目录

1 2ASK的FPGA中的实现 ..................................................................................................... 2

1.1 2ASK基本原理 ........................................................................................................ 3 1.1.1 2ASK信号的时域表达式与波形 ..................................................................... 3 1.1.2 2ASK信号的功率谱密度 ................................................................................. 3 1.2 2ASK调制解调原理方法 ........................................................................................ 6 1.2.1 2ASK调制原理方法 ......................................................................................... 6 1.2.2 2ASK解调原理方法 ......................................................................................... 6 1.3 2ASK调制解调的FPGA的实现与调试 ................................................................. 7 1.3.1 2ASK的FPGA实现方案 .................................................................................. 7 1.3.2 2ASK调制部分的代码设计 ............................................................................. 9 1.3.3 2ASK解调部分代码设计 ............................................................................... 11 1.3.4功能仿真 ........................................................................................................ 12 1.3.5 板上调试 ....................................................................................................... 14 1.4总结 ....................................................................................................................... 16 1.5 思考题 .................................................................................................................. 17 1.6 参考文献 .............................................................................................................. 18

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1 2ASK的FPGA中的实现

2ASK(振幅键控调制)是根据载波信号的有无传输数字信号”0”和”1”的一种最基本的数字调制方式。

1.1 2ASK概述及原理

1.1.1 2ASK的发展及应用

振幅键控法（2ASK）最初用于电报系统，（用在传递莫斯Morse电码上面，莫斯在早期的“无线”应用上广为采用，通过开关的长度传递码元）但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用得不多。不过，二进制振幅键控常常作为研究其他数字调制方式的基础，因此，熟悉它仍然是必要的。

ASK的应用：ASK和OOK通信协议通常用在近距离无线通信应用中，例如家庭自动化、工业网络、无线基站、遥控无钥匙进入系统(RKE)以及胎压监测系统(TPMS)。OOK特别适合电池供电的便携式设备使用，因为这样的系统在发送‘0’时无需发送载波，因而可以节省功率。不同的应用涉及的载波频率可能变化很大，例如在某些基站的低频有线通信中约为2MHz，在使用ISM频段(工业、科学和医疗)的短距离无线通信中约433MHz。

各种无线技术，包括蓝牙、ZigBee、Wi-Fi在当前的消费电子行业中已经取得了一定进展。这些协议提供了设备之间安全通信的机制，通常都工作在2.4GHz的ISM频段，并且组合使用频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和幅移键控(ASK)调制技术。这些技术提供的安全性包括通信的信道跳频和扩频模式。这种方案很难被侦听到，因此具有很高的安全性，并能改善抗噪声性能。所有这些方法在发送‘0’和‘1’的时候都会消耗发送功率。遗憾的是，这些协议还是具有相对较高的复杂性以及较高的硬件实现成本，特别是当安全性和高抗噪声性不是硬性要求的时候。

ASK缺点：它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而一般只适宜在恒参信道下采用,只能用在像电缆一类的恒参信道中。

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1.1.2 2ASK基本原理

1） 2ASK信号的时域表达式与波形 设信息源发出消息代码

是由二进制符号1、0组成的序列，假定符号1出

现的概率为P，符号0出现概率为1-P，它们彼此独立。即：

（1-1）

（1-2）

其中

为码元宽度，则

单极性不归零脉冲序列，则根据幅度调

制的原理，一个二进制的振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘，即：

（1-3）

令，则二进制振幅键控信号可表示为:

（1-4）

其中为基带数字信号。

2ASK信号的波形:

图1-1 二进制振幅键控(2ASK)信号的波形示意图

2 ）2ASK信号的功率谱密度 二进制振幅键控信号的时域表达式为

(1-5)

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其中:

且

为随机变量

2ASK信号的功率谱密度的表达式 二进制振幅键控信号的时域表达式为

(1-6)

其中:

且

为随机变量

则

为一随机的单极性矩形脉冲序列，设

，则有

的功率谱密度为

，

的功率谱密度为

(1-7)

由上式可知，因

可

由确定。

的功率谱密度

为:

是单极性的随机矩形脉冲序列，

(1-8)

设有整数有

的傅立叶变换为

，所以

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，根据矩形波的频谱特点，对于的所

(1-9)

将式(1-9)代入式(1-7)得矩形波调幅时2ASK的功率谱密度为

(1-10)

当概率

时，上式可写成

又因为

的频谱为

所以

由以上各式可得：

2ASK信号的功率谱的特点：

（1）2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成 （2）2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍

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(1-11)

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(1-14)

(1-15)