2ASK数字频带传输系统设计

摘要：设计了以2ASK为调制方式的经济型数字频带传输系统；分析了系统组成，电路工作原理；详细阐述了系统各个模块的设计方案。实验结果验证了该设计具有稳定性和合理性。
关键词：二进制振幅键控；振荡；调制；滤波器

0 引言
在现代数字通信系统中，频带传输系统的应用最为突出。将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换为适合在频带上传输的频带信号，传输这个信号的系统就称为频带传输系统。在频带传输系统中，根据数字信号对载波不同参数的控制，形成不同的频带调制方法。幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波数字形式的调制信号在控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。本设计中选择正弦波作为载波，用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制，载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为l的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送，调制后的信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍，此调制称为二进制振幅键控信号(2ASK，Binary Amplitude Shift Keying)。

1 2ASK信号的算法
1．1 时域

式中an=1或0，g(t)为脉冲形状，Ts为码元间隔，载波c(t)=COSωct。当s(t)为矩形脉冲情况下，2ASK调制被称为开关键控OOK(on-off-key Control)，OOK信号用载波的通断(有无)来表示基带“1”码或“0”，如图1所示。

1．2 频域
设S(t)频谱为S(ω)，S2AKS(t)频谱为：

这说明，2ASK信号的频谱是将数字基带频谱中心搬移到载频处，带宽为基带带宽的两倍；又由可知，基带信号是由若干基本脉冲组成的，因而基带信号的带宽完全由基本脉冲带宽决定。2ASK信号的带宽取决于基带基本脉冲的带宽，是基本脉冲带宽的两倍。设矩形脉冲：

由式(7)单个基本脉冲的功率谱如图2所示，其中码率Rs=1／Ts。

由图2可见，

其各个零点满足：sin(ωTs／2)=0==>ωTs／2=πi，i≠0==>ω=2πiRs，i≠O，第一旁瓣峰值比主峰值约衰减14分贝。因此，通常将第一零点作为其有效带宽，换算成频率单位的第一零点带宽(有效带宽)为：2 πRs／2π=Rs。因此，2ASK信号的有效带宽为2Rs，有效带宽为fc±Rs。

2 2ASK调制电路
调制的目的一是将信号频谱搬移到适合信道传输的区域，二是实现信道频分复用。尽管基带信号在第一零点带宽以外频谱成分已相当衰落，但在频分复用情况下，仍可能对另一路信号产生干扰，所以必需有相应的电路来抑制谐波。2ASK调制电路一般包括高频振荡电路、调制开关电路、滤波电路部分。在本设计中，振荡电路产生107MHz的正弦信号作为载波，经调制开关电路后连接一个带宽大于2Rs的带通型发送滤波器(声表表面滤波器107±2MHz)，之后连接一个7阶的巴特沃斯低通滤波器，以限制进入信道的已调信号谐波频带。
2．1 石英晶体LC振荡电路设计
正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器，通常由放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路等构成。
振荡器的频率稳定度是极重要的技术指标。因为此调制器的频率是否稳定，取决于系统中的主振器(激励源)的频率稳定度。频率不稳，就会影响通信的可靠性，引起较大的误差，因此本设计采用高稳定度的石英晶体。
石英晶体具有谐振电路的特性，如果外加电压的角频率ω等于石英机械振动的固有谐振角频率ωq时(它决定于石英晶体的几何尺寸与切型)，石英晶体就发生谐振，即在外加电压振幅不变的情况下，弹性变形大大加强，因而电流也达到最大，同时它具有很好的单频性，即每块晶体只能提供一个稳定的振荡频率，不能直接用于波段振荡器，只适合单个频率的振荡发生器。

石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。具体电路设计如图4所示。

2．2 调制开关电路设计

图6为本设计中的调制电路，调制开关采用TTL逻辑器件74F00与非门中的其中一路，高频振荡信号由图4所示电路产生，经两级高频功率管3355放大后，由电容C206隔直后进入与非门的输入端(pin4)，同时pin4被抬电位到：

如图7所示，此电位使与非门稳定在线性区域。

调制信号(数据脉冲)在输入门电路之前，加了一个47l电容到地，再串了一个1μH电感，滤除了脉冲的一些高频分量，便于调制。但总的说来，调制信号边缘太陡，谐波分量太重，而且调制信号的脉宽也很窄(此设计中调制信号的最大频率为50kHz