數(shù)字頻率調(diào)制技術(shù)在通信行業(yè)中的應(yīng)用

數(shù)字頻率調(diào)制技術(shù)在通信行業(yè)中的應(yīng)用

0頻移鍵控隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的普及，數(shù)據(jù)處理技術(shù)也迅速發(fā)展。數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中常見的一種調(diào)制方式。頻移鍵控(FSK-FrequencyShiftKeying)方法簡單,易于實現(xiàn),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也較強。因此,FSK調(diào)制技術(shù)在通信行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用,并且主要適用于用于低、中速數(shù)據(jù)傳輸。12fsk信號的解調(diào)和2fsk信號的調(diào)制FSK是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息的一種非線性調(diào)制方法。在2FSK(二進(jìn)制頻移鍵控)系統(tǒng)中,使用兩個不同頻率的載波分別代表數(shù)字信號“0”和“1”,2FSK信號的解調(diào)和2FSK的調(diào)制是一個相反的過程。2FSK信號的解調(diào)是從已調(diào)的載波信號中,恢復(fù)為調(diào)制前的基帶信號“0”和“1”。1.1移頻調(diào)制方法用二進(jìn)制數(shù)字信號m(t)進(jìn)行調(diào)頻,是使載波vc=Vccos(ω+?)中的ω,當(dāng)符號為1時具有ω1頻率的信息,而當(dāng)符號為0時具有ω2的信息,此調(diào)制稱移頻調(diào)制。移頻調(diào)制方法有鍵控法和模擬調(diào)制法。產(chǎn)生波形如圖1所示。鍵控法是利用二進(jìn)制矩形脈沖m(t)控制開關(guān)電路,對兩個獨立頻率f1、f2進(jìn)行選通。如圖1所示,符號1選通f1,符號0選通f2,其移頻鍵控信號vFM(t)為1.2點檢測技術(shù)原理大家都知道,數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨著不同載波而異,所以檢測過零點次數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異。這就是過零點檢測的基本思想,原理如圖2所示。輸入信號經(jīng)帶通濾波器后,得到av(t),av(t)與vFM(t)形狀基本相同;經(jīng)限幅后產(chǎn)生矩形波序列,經(jīng)微分整流形成與頻率變換相應(yīng)的脈沖序列,這個序列就代表著調(diào)頻波的過零點。將其轉(zhuǎn)變成具有一定寬度的矩形波,并經(jīng)過低通濾波器濾除高次諧波,便能得到對應(yīng)于原數(shù)字信號的基帶脈沖信號。2設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)Altera公司的MAXPLUS2開發(fā)系統(tǒng)是一個完全集成化、易學(xué)易用的可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)。它可以在多種平臺上運行。它擁有開放的界面,可與其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計輸入、綜合與校驗工具相連接。其設(shè)計輸入、處理和校驗功能集成在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境下。MAXPLUS2采用自頂向下的設(shè)計方法,設(shè)計流程為設(shè)計輸入—項目編譯—項目校驗—器件編程。2.1輸入方法設(shè)計MAXPLUS2軟件的設(shè)計輸入方法很多,主要有以下三種:原理圖輸入、文本輸入和波形輸入。文本設(shè)計輸入方法主要用來實現(xiàn)以AHDL語言形式或VHDL語言形式書寫的文件。MAXPLUS2波形編輯器用于建立和編輯波形文件。Compiler先進(jìn)的波形綜合算法根據(jù)用戶定義的輸入及輸出波形自動生成邏輯關(guān)系。Compiler自動為狀態(tài)機分配狀態(tài)位和狀態(tài)變量。2.2項目編譯MAXPLUS2編譯器可以檢查項目中的錯誤并進(jìn)行邏輯綜合,將項目最終設(shè)計結(jié)果加載到Altera器件中去,并為模擬和編程產(chǎn)生輸出文件。2.3加快數(shù)字化仿真設(shè)計校驗過程包括設(shè)計仿真和定時分析,作用是測試邏輯操作和設(shè)計的內(nèi)部定時,MAXPLUS2仿真器可以對編譯期間生成的二進(jìn)制仿真網(wǎng)表進(jìn)行功能、定時的仿真。2.4altra的編程文件器件的編程是指MAXPLUS2Programmer使用Compiler生成的編程文件對Altera器件編程。編程過程可通過配套的編程適配器連接微機到應(yīng)用板的JAG接口上來實現(xiàn)。3fsk信號的解調(diào)由過零點檢測原理可以知道,FSK信號的過零點次數(shù)反映了原始信號的規(guī)律,所以只要某種方法能夠分析出FSK信號的過零點次數(shù),然后根據(jù)調(diào)制時原始信號和調(diào)制頻率的關(guān)系,就可以解調(diào)出原始信號。信號的解調(diào)框圖如圖3所示。因為FPGA只能產(chǎn)生數(shù)字信號,所以假設(shè)圖3中的調(diào)制信號FSK已經(jīng)是經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換的數(shù)字FSK信號。3.1fsk調(diào)制信號頻率的確定由于要計算調(diào)制信號一個周期內(nèi)的過零點次數(shù),所以用時鐘計數(shù)器來計算調(diào)制信號的周期,如果時鐘頻率與FSK調(diào)制信號頻率fclk:f=1:11,那么表示每11個CLK時鐘周期發(fā)送一個FSK調(diào)制信號,即當(dāng)q從0遞增到10時,一個調(diào)制信號傳輸結(jié)束。3.2基帶信號判斷根據(jù)過零檢測法原理,通過檢測一個信號傳輸周期內(nèi)的過零點次數(shù)來判斷基帶信號。由于上升沿的個數(shù)就相當(dāng)于FSK信號過零點的個數(shù),那么計數(shù)器的主要功能就是在調(diào)制信號的一個周期內(nèi),對信號X的上升沿進(jìn)行計數(shù)。3.3信號頻率的比值判決器的作用主要是在調(diào)制信號的一個周期內(nèi),對計數(shù)器m的值進(jìn)行判決。判決門限值可以根據(jù)調(diào)制信號和基帶信號的頻率的比值決定。如1f:fclk=5:1,f2:fclk=2:1則判決門限值x可以選擇x=5也可以選擇x=2。這樣通過判決器就可以恢復(fù)出原始的基帶信號。判決器的門限也可以選3或者4,選3或者4的好處是使得解調(diào)器有一定的容錯能力,能更好的解調(diào)出基帶信號。3.4源代碼代碼主題部分4判決門限m的值解調(diào)器的仿真波形如圖4。由圖4可以看出:(1)輸入調(diào)制信號FSK和輸出解調(diào)信號y之間存在著一個周期的時延。(2)在q等于10時計數(shù)器m的值清零。(3)在輸出端y輸出的信號和原始信號不同,產(chǎn)生了誤差。當(dāng)在q等于9判決的時候m的記數(shù)值卻變成了3,如果將門限設(shè)為2仿真的結(jié)果就會產(chǎn)生誤差。這主要是由時延和仿真時的失誤產(chǎn)生的,在實際的運用中肯定會有干擾的出現(xiàn),從而影響該系統(tǒng)的性能。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能,可將判決門限m的值改為3,這樣就使系統(tǒng)有了一定的容錯能力。增加了容錯的解調(diào)器的仿真波形如圖5所示。5基于xps的解調(diào)技術(shù)文中通過對FSK調(diào)制信號原理的研究,根據(jù)過零檢測法設(shè)計了一種FSK數(shù)字解調(diào)器,實現(xiàn)了對FSK