基于FPGA的ASK载波传输系统设计 （毕业设计45页、17952字）
摘要： 现代通信系统的发展随着VHDL等设计语言的出现和ASIC的应用进入了一个新的阶段，普通的传输系统设计方法已经不能满足使用需求。由于大多数信号都是带通型的，所以必须先用数字基带信号对载波进行调节，形成数字调制信号再进行传输。因而，调制技术是实现现代通信的重要手段。本文在研究ASK传输系统的基础上，基于FPGA设计了它的调制解调仿真实现方案。首先确定了ASK传输系统的仿真方案。其次编写了方案所需的程序，包括基带信号的产生，调制及解调实现功能。最后，对整个系统进行仿真，对结果中的错误进行分析并改进方案。结果表明用FPGA控制ASK传输系统的实现方法简单，误码率低。提高了数字通信系统的效率，降低了成本。

关键词：  ASK技术；调制；解调；误码

The design of ASK carrier transmission system based on FPGA
Abstract: The development of modern Communication system enters on a new stage along with the appearance of VHDL and implement of ASIC. The method of ordinary transmission system design already could not meet the operation requirements. Because most of the real signal are band pass signal, it is necessary to use base band signal to modulate carrier wave and generate digital modulation signal to be transferred, thus the technology of the modulation and demodulation is the important methods of the modern communication. Based on the study of ASK carrier transmission system, the simulation on ASK modulation and demodulation has been designed based on FPGA. Firstly, the design of simulation on ASK carrier transmission system was chosen. Secondly, the required procedure has compiled, including base band signal producing, function of modulation and demodulation realizing. Finally, the simulation on the overall system was conducted. Then,   the result mistake was analyzed and the design was improved. The result indicates the method of demodulation, which control the output of ASK by FPGA, is simple. The error code rate is low. The efficiency is improved. The efficiency of digital communication system is advanced and the cost is lowered.

Key words:  Amplitude-shift keying technology, Modulation, Demodulation, Error code

目  录
第1章  绪  论 1
1.1  课题背景 1
1.2  课题目的和意义 2
1.3  论文内容安排 3
第2章  方案的设计 4
2.1  方案涉及的技术 4
2.1.1 通信系统的调制解调技术 4
2.1.2 ASK调制解调技术 8
2.2  整体方案设计 13
2.3  本章小结 14
第3章  ASK调制系统软件仿真 15
3.1  调制系统仿真建模 15
3.2  调制程序 15
3.3  ASK调制系统仿真 17
3.4  仿真结果调试 18
3.5  本章小结 20
第4章  ASK解调系统软件仿真 21
4.1  解调系统仿真建模 21
4.2  解调程序 21
4.3  ASK解调系统仿真 22
4.4  仿真结果调试 23
4.5  本章小结 25
第5章  ASK调制与解调系统综合仿真 26
5.1  基带信号的输入 26
5.1.1 m序列简介 26
5.1.2 m序列的实现 27
5.2  综合仿真 29
5.3  仿真结果调试 30
5.4  本章小结 33
结    论 34
致    谢 35
参考文献 36
附录： 源程序 37

 
第1章  绪  论
1.1  课题背景
现代通信系统是时代生命线。现代通信已经不再是单一的电话网或电报文字通信网，而是一个综合的为多种信息服务的通信网。为适应世界性的政治与经济活动的需要，人类已经迅速建立起世界性的全球通信网。通信网已经成为支撑现代经济的最重要的基础结构之一。改革开放以来，我国的通信建设有了迅速的发展，但与一些发达国家相比还是比较落后。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。
传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。图1-1为通信系统的一般模型。

 
图1-1 通信系统的一般模型
图1-1中，信息源可以通过输出信号的性质不同分为模拟信源和数字信源，由于信息源产生信息的种类和速率不同，因而对传输系统的要求也各不同。发送设备的基本功能是将信源和传输媒介匹配起来，即将信源产生的信息信号变换为便于传输的信号形式，送往传输媒介，调制是最常见的变换方式。发送设备还包括为达到某种特殊要求所进行的各种处理，如多路复用、保密处理、纠错编码处理等。传输媒介是从发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介，它可以是无线的，也可以是有线的。在实际的传输过程中必然会引入干扰，如热噪声、衰落、脉冲干扰等。媒介的固有特性和干扰特性直接关系的变换方式的选取。接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复原始信息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。
通信系统的发展日新月异。20世纪末，EDA（Electronic Design Automation电子设计自动化）技术获得了飞速的发展。它的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术。EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术，IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术等。采用EDA技术来设计并测试通信系统，能有效地缩小了系统的体积,降低了成本,增加了可靠性。EDA技术中的VHDL语言使得设计具有良好的可移植性及产品升级的系统性。
1.2  课题目的和意义
这个课题是基于FGPA设计并制作一个ASK载波传输系统，实现点对点的数字信号的载波传输。传输数据速率不低于8kbps，误码率应控制在0.1左右。通过这个课题理解掌握课题涉及的相关内容，熟练使用相关开发工具软件，掌握基本的有线传输系统的构成，熟悉数字信号载波传输的基本方式；掌握基本的硬件电路调试方法。
通过这个课题，可以了解到模拟化和数字化的区别：
模拟调制就是用模拟信号调制载波，数字调制就是用数字信号调制载波。采用数字化的好处很多，最明显的是抗干扰性能得到加强，容易加密等等。
数字信号传输和模拟信号传输是不一样的，模拟信号一般通过高频调制以后就可以通过线路进行传输，接收端对输入信号进行解调后，就可以输出模拟信号；而数字信号传输就不同了，数字信号不但需要调制，调制之前还要进行编码，接收端对输入信号首先进行解调，然后再解码。经过编码的信号一般含有同步头，用户码、数据码、自由码、结束码等，这叫做一帧编码，数字信号就是一帧，一帧地进行传送的，如MPEG数字信号，每帧为188bit。对数字信号解码也必须按顺序，一帧，一帧地进行。
数码通信的好处是，可以把多路信号，或多个用户信号同时挤在一条线路上，只要这条线路传输码率足够高。这种情况叫打包，或就信号复用，解码时，则需要先拆包（也叫解复用）后才能解码。打包的原理就是上面的帧编码原理，不同传输系统，帧编码的长度是不一样的，因此在进行多种信号传输过程中，经常要拆包和重新打包。
数字信号的载波调制是通信系统中很重要部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有"0"和"1"两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。
现代通信系统是一个十分复杂的工程系统，通信系统设计研究也是一项十分复杂的技术。由于技术的复杂性，在现代通信技术中，越来越重视采用计算机仿真技术来进行系统分析和设计。随着电子信息技术的发展，已经从仿真研究和设计辅助工具，发展成为今天的软件无线电技术，这就使通信系统的仿真研究具有更重要和更实用的意义。而其中数字信号的传输以成为重中之重。
1.3  论文内容安排
论文的第1章介绍了课题的背景、目的和意义。第2章介绍了通信系统的调制技术以及ASK调制技术。第3章、第4章讲述了ASK的调制和解调的软件仿真。第5章介绍ASK调制系统的综合仿真。