一種基于2FSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

1、    一種基于2fsk的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計    張華亮+酒樂摘 要本文根據(jù)2fsk調(diào)制解調(diào)的工作原理，提出了一種基于fpga 芯片的2fsk調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計方法。該方法采用頻率選擇法實現(xiàn)調(diào)制器設(shè)計，非相干解調(diào)法實現(xiàn)解調(diào)器設(shè)計。同時利用vhdl語言在xilinx公司的spartan-6系列芯片上進(jìn)行實現(xiàn)。經(jīng)過實際工程驗證，該方法滿足系統(tǒng)要求，具有較高的通用性和可靠性?！娟P(guān)鍵詞】2fsk 頻移鍵控 調(diào)制 解調(diào) 系統(tǒng)1 引言fsk頻移鍵控（fsk-frequency shift keying）是一種用數(shù)字信號去調(diào)制載波頻率的調(diào)制方式，是信息傳輸中使用較早的一

2、種調(diào)制方式，具有實現(xiàn)方法簡單，并且解調(diào)不須恢復(fù)本地載波、可以異步傳輸、抗噪聲和抗衰落性能強(qiáng)等特點。在中低速數(shù)據(jù)傳輸，特別是在衰落信道數(shù)據(jù)傳輸中，有著廣泛的應(yīng)用。針對傳統(tǒng)用硬件實現(xiàn)2fsk調(diào)制解調(diào)的方法，特別是相干解調(diào)需要提取載波，設(shè)備相對復(fù)雜、成本較高的特點，本文重點研究了基于fpga 芯片的非相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。通過ise軟件平臺，進(jìn)行硬件描述語言的設(shè)計，提出了一種2fsk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)方法。2 2fsk數(shù)字調(diào)制解調(diào)原理2fsk 也稱為二進(jìn)制頻移鍵控。二進(jìn)制頻移鍵控信號碼元的“1”和“0”分別用兩個不同頻率的正弦波來傳送，其振幅和初始相位不變?？杀硎緸?。上式中假設(shè)碼元的初始相位分別1

3、和2；1=2f1和2=2f2為兩個不同頻率碼元的角頻率。2fsk信號的產(chǎn)生有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2） 載波調(diào)頻法。頻率選擇法是用基帶脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進(jìn)行開關(guān)選通。載波調(diào)頻法采用調(diào)頻電路來實現(xiàn)，將碼元調(diào)制到不同的載波頻率上，使其輸出不同頻率的碼元信號。這兩種方法產(chǎn)生的 2fsk 信號的波形基本相同，但由調(diào)頻器產(chǎn)生的 2fsk 信號在相位上是連續(xù)的，而頻率選擇法產(chǎn)生的2fsk 信號，由于分別由兩個獨立的頻率源產(chǎn)生兩個不同頻率的信號，因此相鄰碼元的相位不連續(xù)。2 fsk信號的解調(diào)方法有相干解調(diào)、非相干解調(diào)兩種方法相干解調(diào)通過將兩路信號與本地相干載波相乘后，經(jīng)低通

4、濾波器進(jìn)行抽樣判決，比較兩路信號包絡(luò)的大小，進(jìn)行解調(diào)。相干解調(diào)中的相干載波必須從接收信號中提取，并且和信號碼元同頻同相。非相干解調(diào)中應(yīng)用較多的是包絡(luò)檢波法，用兩個窄帶濾波器濾除無用信號，保留有用信號后，經(jīng)包絡(luò)檢測后分別取出包絡(luò)信息，再將兩路輸出同時送到抽樣判決器進(jìn)行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號，本系統(tǒng)采用非相干解調(diào)的方法。3 2fsk數(shù)字調(diào)制信號產(chǎn)生本文采用fpga芯片進(jìn)行2fsk數(shù)字化設(shè)計，系統(tǒng)時鐘在fpga內(nèi)部經(jīng)分頻器后得到頻率產(chǎn)生器1、頻率產(chǎn)生器2的工作時鐘，生成兩個頻率為f1、f2的正弦載波頻率信號。根據(jù)輸入的二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)，通過選通開關(guān)，完成對f1、f2兩個載波頻率的選擇，生成2f

5、sk調(diào)制信號，經(jīng)過d/a芯片轉(zhuǎn)換后，經(jīng)信道將信號發(fā)送。2fsk 數(shù)字信號發(fā)生器的原理框圖如圖1 所示，整個系統(tǒng)共分為時鐘產(chǎn)生模塊、頻率產(chǎn)生模塊、選通開關(guān)模塊及d/a模數(shù)變換器等4 部分， 其中前3 個部分均在fpga 器件內(nèi)部設(shè)計生成。本文利用fpga芯片進(jìn)行數(shù)字dds3-5設(shè)計，直接用數(shù)字頻率合成方式產(chǎn)生頻率、相位和幅度可控的2fsk調(diào)制所需的兩種數(shù)字載波頻率信號。dds主要由相位累加器、相位調(diào)制器、正弦查找表構(gòu)成。本設(shè)計中選擇調(diào)制中頻頻率為70mhz，系統(tǒng)時鐘設(shè)置為200mhz，設(shè)置兩個輸入頻率字分別為70.1 mhz和69.9 mhz，通過dds模塊可產(chǎn)生以上兩個頻率的數(shù)字信號。選通開關(guān)

6、根據(jù)數(shù)字基帶碼元信號選擇輸出頻率信號，當(dāng)選通開關(guān)接收到碼元“0”時，輸出頻率為70.1 mhz的正弦波；當(dāng)選通開關(guān)接收到碼元“1”時，輸出頻率為69.9 mhz的正弦波。4 2fsk非相干解調(diào)在本設(shè)計中，2fsk信號經(jīng)過收信機(jī)模擬放大和變頻后，形成一個幅度穩(wěn)定的中頻信號，經(jīng)過a/d變換器直接對中頻信號進(jìn)行采樣，采樣后在fpga芯片內(nèi)完成2fsk信號的非相干數(shù)字解調(diào)。2fsk非相干數(shù)字解調(diào)器由數(shù)字下變頻器、包絡(luò)檢波器、定時恢復(fù)單元等組成，工作原理框圖如圖2所示。本設(shè)計中首先將70m中頻模擬信號進(jìn)行a/ d 變換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，在數(shù)字域上采用fpga 來實現(xiàn)2fsk信號的解調(diào)處理。數(shù)字化的中頻

7、信號通過與本地載波信號的正交下變頻變換，將兩路數(shù)字信號變換到零頻，再通過信號的包絡(luò)檢測，比較每個頻點的能量值就可以恢復(fù)出原始碼元信息。由于解調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)時鐘為50mhz，故設(shè)置兩個本地載波信號的頻率分別為20.1mhz和19.9mhz。輸入的70mhz中頻信號通過分路器分為i、q兩路信號，分別與本地載波信號混頻到零頻，經(jīng)過低通濾波濾除倍頻項和帶外噪聲后，分別對i、q 兩支路進(jìn)行平方相加，計算每一個支路能量，在比特定時脈沖的控制下，比較兩路信號能量值即可恢復(fù)出基帶信息。5 結(jié)語本文中2fsk調(diào)制解調(diào)模塊均進(jìn)行了系統(tǒng)仿真和測試，并采用vhdl 語言在xilinx公司的spartan-6系列芯片上進(jìn)行了工程化實現(xiàn)，并進(jìn)行了實際測試，結(jié)果表明，信號頻率精度、調(diào)制譜指標(biāo)及解調(diào)指標(biāo)完全滿足設(shè)備指標(biāo)要求。參考文獻(xiàn)1樊昌信，曹麗娜.通信原理m.北京：國防工業(yè)出版社，2001.2梅燦華，張潛.基于fpga的鍵控移頻調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)j.安徽大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，29（02）.3賴昭勝.基于dsp builder的dds實現(xiàn)及其應(yīng)用j.微計算機(jī)信息，2006（11）：186-189.4李志鵬，郭勇，沈軍基.基于dds技術(shù)實現(xiàn)信