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[導(dǎo)讀]摘要 基于FPGA的調(diào)制和解調(diào)的數(shù)字信號(hào)有多種,包括2ASK、2FSK、2PSK等,文中介紹了2FSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào),以及該信號(hào)的功率譜。最后提供驗(yàn)證結(jié)果,證明仿真結(jié)果符合要求。 關(guān)鍵詞 2FSK;調(diào)制;解調(diào) 隨著通信

摘要 基于FPGA的調(diào)制和解調(diào)的數(shù)字信號(hào)有多種,包括2ASK、2FSK、2PSK等,文中介紹了2FSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào),以及該信號(hào)的功率譜。最后提供驗(yàn)證結(jié)果,證明仿真結(jié)果符合要求。
關(guān)鍵詞 2FSK;調(diào)制;解調(diào)

    隨著通信理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代通信系統(tǒng)中常用的是數(shù)字調(diào)制技術(shù),數(shù)字信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)和識(shí)別是高科技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。調(diào)制解調(diào)技術(shù)是現(xiàn)代通信中一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù),解調(diào)效果的好壞更是直接關(guān)系著通信系統(tǒng)的性能。而數(shù)字解調(diào)技術(shù)的關(guān)鍵在于瞬時(shí)幅度,瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)。
    調(diào)制的目的是使信號(hào)波形適合于在信道中傳輸,調(diào)制可以分為基帶調(diào)制和載波調(diào)制兩類。基帶調(diào)制直接采用低通信號(hào)傳遞信息,這種技術(shù)通常用于銅線、光纖等一些無(wú)載波的傳輸方式。載波調(diào)制也稱為頻帶調(diào)制,是將要發(fā)送的信息加載到載波上進(jìn)行傳輸,即采用帶通信號(hào)傳輸信息,通過(guò)調(diào)制實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的搬移。載波調(diào)制也就是通常所說(shuō)的調(diào)制,在現(xiàn)代通信中也主要涉及載波調(diào)制技術(shù)。
    通信信號(hào)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年,各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,文中主要研究了數(shù)字通信信號(hào)2FSK的調(diào)制解調(diào)技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)。

1 2FSK信號(hào)的調(diào)制及產(chǎn)生
1.1 2FSK信號(hào)的調(diào)制及產(chǎn)生
    設(shè)信息源發(fā)出的是由二進(jìn)制符號(hào)0,1組成的序列,且假定1符號(hào)出現(xiàn)的概率為P,0符號(hào)出現(xiàn)概率為1-P,它們彼此獨(dú)立。那么,一個(gè)二進(jìn)制的頻移鍵控信號(hào)可以表示成載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為
   
    由于2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加,因此2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式又可以寫成

    在頻移鍵控中,初始相位φn和θn不攜帶信息,通??梢粤钇錇榱恪R虼?FSK信號(hào)的表達(dá)式可以簡(jiǎn)化為

    通常二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種。一種可以采用模擬調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn);另一種可以采用鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1是2FSK信號(hào)的時(shí)間波形及鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的原理圖。


1.2 2FSK信號(hào)的調(diào)制
    一般2FSK信號(hào)的調(diào)制方法比較簡(jiǎn)單,通常情況下是用一個(gè)隨機(jī)的1、0脈沖信號(hào)分別與一個(gè)載波相乘即可得到調(diào)制后的2FSK信號(hào),如圖1(b)所示。

2 2FSK信號(hào)的解調(diào)
    2FSK信號(hào)有兩種解調(diào)方法:非相干解調(diào)及相干解調(diào)。相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖2所示。本次設(shè)計(jì)采用的是非相干解調(diào)方式。


    由于本次實(shí)驗(yàn)接收的是500 kHz和700 kHz的2FSK信號(hào),所以首先要經(jīng)過(guò)濾波以得到兩路不同載頻的信號(hào)。濾波器系數(shù)由Matlab軟件仿真得出。
    帶通濾波器設(shè)計(jì)成一個(gè)24階的,對(duì)于500 kHz信號(hào)濾波器的過(guò)渡帶頻率分別為250~485 kHz與515~690 kHz,目的是將500 kHz的信號(hào)過(guò)濾出來(lái),其幅度響應(yīng)如圖3(a)所示,對(duì)于700 kHz信號(hào),濾波器的過(guò)渡帶頻率分別為520~690 kHz與710~880 kHz,目的是將700 kHz的信號(hào)過(guò)濾出來(lái),其幅度響應(yīng)如圖3(b)所示。


    通過(guò)SignalTapII在線仿真,經(jīng)過(guò)濾波后的兩路信號(hào)波形如圖4(a)所示,信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后,下一步要對(duì)兩路信號(hào)分別取絕對(duì)值,仿真波形如圖4(b)如圖,取絕對(duì)值后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)低通濾波后,進(jìn)行判決,仿真波形如圖4(c)所示。


    整個(gè)解調(diào)過(guò)程分別由各自的模塊組成,具體設(shè)計(jì)如圖5所示。



3 2FSK信號(hào)的功率譜分析
    對(duì)相位不連續(xù)的2FSK信號(hào),可以看成由兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。下面給出2FSK信號(hào)的功率譜表達(dá)式

    由式(6)畫出的典型的2FSK信號(hào)的功率譜如圖6所示。


    由圖可以看出,2FSK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。其中,連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加而成,離散譜位于兩個(gè)載頻f1和f2處;連續(xù)譜的形狀隨著兩個(gè)載頻之差的大小而變化,若|f1-f2|<fs,連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰;若|f1-f2|>fs,則出現(xiàn)雙峰;若以功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算2FSK信號(hào)的帶寬,則其帶寬近似為
    B2FSK≈|f2-f1|+2fs (7)
    其中,fs=1/Ts為基帶信號(hào)的帶寬。圖中的fc為兩個(gè)載頻的中心頻率。

4 結(jié)束語(yǔ)
    文中詳細(xì)介紹了2FSK數(shù)字通信信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理,并基于FPGA進(jìn)行了調(diào)制與解調(diào)的過(guò)程設(shè)計(jì),各部分主要用模塊搭建,濾波器用Matlab設(shè)計(jì)系數(shù)并用VHDL語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)。經(jīng)在線仿真驗(yàn)證,有不錯(cuò)的解調(diào)效果。

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