【无线通信篇】你知道ASK调制吗？
1.ASK信号的调制原理
数字信号对载波信号的振幅调制称为振幅键控，即ASK。
在2ASK调制系统中，数字信息只有0和1两种，所调制的载波信号的幅度变化状态也只有两种：无载波输出时代表发送0；有载波输出时代表发送1。
在4ASK调制系统中，数字信息就有00、01、10、11四种，需要载波信号幅度的4个电平状态表示。显然，进制越大，相同频带内可以传输的数据信息量也就越多，即频带利用率越高。
ASK调制系统的模型如下所示：
ASK信号产生模型
基带信号m(t)可以看作一串由0、1组成的矩形脉冲信号，理论上其带宽是无限的，与载波信号调制之后的键控信号s(t)带宽也是无限的。工程中为了提高频带利用率，需要对信号带宽做限制，通常只需要将在主瓣带宽内包含90%能量的信号发送出去即可。
在频带资源比较紧张的情况下，为进一步降低信号的带宽，提高频带利用率，一种常用的方法就是在调制之前对基带信号进行成型滤波，如上图ASK信号产生模型所示。
2.ASK调制信号的MATLAB仿真
在FPGA设计前通常都会使用MATLAB对系统进行建模与仿真。设计ASK调制系统时，选定系统参数，如下所示：
码元长度(Len) | 1000 |
码元速率(Rb) | 1Mbps |
采样频率(Fs) | 8MHz |
数据长度(LenData) | 8000 |
载波频率(Fc) | 70MHz |
Matlab主要程序如下：
程序运行之后，生成2ASK的时域波形以及频谱如下：
从ASK信号的频谱图可以看出，经过成型滤波之后的信号频谱已经滤除了主瓣外的频率成分，采样后的载频分量被搬移到了2MHz处。采样后的载波频率fas = k*fs±fc，其中k为整数，当k=9时，fas=9*8-70=2MHz。
3.ASK调制信号的FPGA实现
前面采用MATLAB对ASK信号进行了仿真，接下来在Vivado开发环境下完成2ASK调制技术的设计并进行仿真。键控法实现ASK的FPGA十分简单，如下所示：
采用开关(键控)方式产生ASK调制信号，输入到DAC之前，在FPGA内部可以用一个数字带通滤波器对信号频带进行限制，关键在于产生本地载波信号，无论是Altera还是Xinlinx都提供了NCO核，我们可以根据需要，设置相应的参数后，就可以产生载波信号。
DDS/NCO核的参数的主要设置为：
• SystemClock : 8MHz
• ParameterSelection : Hardware Parameters
• PhaseWidth : 32
• OutputWidth : 14
• PhaseIncrement Programmability : Programmable
• Phaseoffset Programmability : None
• OutputSelection : Sine
输出频率为2MHz，相位累加器设置为 32’d1073741824。
主要程序如下，其中sine是DDS/NCO的输出信号，当进行4ASK调制的时候，输出信号的幅度有四种，需要合理设置中间值，分别为最大幅值的1/3和2/3，在FPGA实现除法是比较复杂和耗时的，这里采用了近似的方法，采用移位法实现0.3281(≈1/3)和0.6563(≈2/3)倍最大幅值。
最后的仿真为
FPGA实现后的2ASK调制信号仿真波形
FPGA实现后的4ASK调制信号仿真波形
从图上可以看出，2ASK中只有零值和最大值两种情况，4ASK有四种不同的幅值，符合ASK调制信号的要求。
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