摘 要：調(diào)制解調(diào)器是通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能。本設(shè)計的FSK調(diào)制系統(tǒng)具有抗干擾、抗噪聲、抗衰減性能較強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜程度比較低、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以在中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：調(diào)制解調(diào) fsk Quartus2平臺

中圖分類號：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0008-02

數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是現(xiàn)代通信的一個重要的內(nèi)容，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于基帶數(shù)字信號包含了豐富的低頻部分，如果要遠(yuǎn)距離傳輸，特別是在有限帶寬的高頻信道無線或光纖信道傳輸時，必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制，使基帶信號的功率譜搬移到較高的載波頻率上，這就稱為數(shù)字調(diào)制（Digital Modulation）。

1 FSK調(diào)制解調(diào)的基本原理

1.1 FSK的調(diào)制

頻移鍵控即FSK（Frequency-Shift Keying）數(shù)字信號對載波頻率調(diào)制，主要通過數(shù)字基帶信號控制載波信號的頻率來來傳遞數(shù)字信息。在二進(jìn)制情況下，“1”對應(yīng)于載波頻率，“0”對應(yīng)載波頻率，但是它們的振幅和初始相位不變化。FSK信號產(chǎn)生的兩種方法。

1.1.1 直接調(diào)頻法

用二進(jìn)制基帶矩形脈沖信號去調(diào)制一個調(diào)頻器，使其輸出兩個不同頻率的碼元。一般采用的控制方法是：當(dāng)基帶信號為正時（相當(dāng)于“1”碼），改變振蕩器諧振回路的參數(shù)（電容或者電感數(shù)值），使振蕩器的振蕩頻率提高（設(shè)為f1）；當(dāng)基帶信號為負(fù)時（相當(dāng)于“0”碼），改變振蕩器諧振回路的參數(shù)（電容或者電感數(shù)值），使振蕩器的振蕩頻率降低（設(shè)為f2）；從而實現(xiàn)了調(diào)頻。這種方法產(chǎn)生的調(diào)頻信號是相位連續(xù)的，雖然實現(xiàn)方法簡單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時頻率轉(zhuǎn)換速度不能做得太快，但是其優(yōu)點(diǎn)是由調(diào)頻器所產(chǎn)生的FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的。

1.1.2 頻率鍵控法

頻率鍵控法也稱頻率選擇法。它有兩個獨(dú)立的振蕩器，數(shù)字基帶信號控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇不同頻率的高頻振蕩信號實現(xiàn)FSK調(diào)制。（如圖1）

鍵控法產(chǎn)生的FSK信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過渡頻率，它的轉(zhuǎn)換速度快，波形好。頻率鍵控法在轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)生轉(zhuǎn)換的瞬間，兩個高頻振蕩的輸出電壓通常不可能相等，于是UFSK（t）信號在基帶信息變換時電壓會發(fā)生跳變，這種現(xiàn)象也稱為相位不連續(xù)，這是頻率鍵控特有的情況。

1.2 FSK的解調(diào)

1.2.1 相干檢測法

相干檢測法的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖2所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信m4AYs2oFYwr8OmrjxZHOTQ==號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進(jìn)行比較判決（判決規(guī)則同于包絡(luò)檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。

1.2.2 過零檢測法

檢測單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點(diǎn)的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。

2 FSK調(diào)制解調(diào)的仿真

2.1 FSK調(diào)制仿真

設(shè)計完成后，必須對其功能和時序性能進(jìn)行仿真測試，以驗證設(shè)計結(jié)果是否滿足設(shè)計要求。整個時序仿真測試流程一般有建立波形文件、設(shè)置波形參數(shù)、編輯輸入信號、運(yùn)行仿真器和分析方針波形等步驟。

2.1.1 FSK調(diào)制波形仿真

（1）建立仿真測試波形文件。

選擇Quartus II主窗口的File菜單的New選項，在彈出的文件類型編輯對話框中，選擇Other Files中的Vector Weaveform File項，單擊OK按鈕，即出現(xiàn)波形文件編輯窗口。

（2）設(shè)置仿真時間區(qū)域。

對于時序仿真測試來說，將仿真時間設(shè)置在一個合理的時間區(qū)域內(nèi)是十分必要的，通常設(shè)置的時間區(qū)域?qū)⒁暰唧w的設(shè)計項目而定。

設(shè)計中整個仿真時間區(qū)域設(shè)為6us、時間軸周期為40ns，其設(shè)置步驟是在Edit菜單中選擇End Time，在彈出的窗口中Time處填入6，單位選擇us，同理在Gride Size中Time period輸入40ns，單擊OK按鈕，設(shè)置結(jié)束。

（3）設(shè)計信號波形。

單擊全屏顯示按鈕，使之全屏顯示，并單擊放大縮小按鈕，再用鼠標(biāo)在波形編輯窗口單擊（右擊為放大，左擊為縮?。?，使仿真坐標(biāo)處于適當(dāng)位置。單擊窗口的時鐘信號clk使之變成藍(lán)色條，再單擊右鍵，選擇Value設(shè)置中的Count Value項，設(shè)置clk為連續(xù)變化的二進(jìn)制值，初始值為“0”。單擊start使之變成藍(lán)色，再單擊右鍵，選擇Value設(shè)置中的Forcing High項，使start變成高電平信號。單擊x使之變成藍(lán)色，再單擊右左側(cè)Waveform Editing按鈕，把x變成高低電平連續(xù)變化信號。

（4）所有設(shè)置完成后，即可啟動仿真器Processing︱Start Simulation直到出現(xiàn)Simulation was successful，仿真結(jié)束。仿真波形輸出文件PL_FSK Simulation Report將自動彈出如圖3所示。注意，Quartus II的仿真波形文件中，波形編輯文件（*.vwf）與波形仿真報告輸出文件（Simulation Report）是分開的，而Maxplus II的激勵波形編輯文件與波形仿真報告輸出文件是合二為一的。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的FSK調(diào)制解調(diào)方式都是采用硬件電路實現(xiàn)，電路復(fù)雜、調(diào)試不便。本文中采用硬件描述語言設(shè)計的基于FPGA調(diào)制解調(diào)器，設(shè)計靈活、修改方便，有效地縮小了系統(tǒng)的體積，增加了可靠性，同時系統(tǒng)采用VHDL語言進(jìn)行設(shè)計，具有良好的可移植性及產(chǎn)品升級的系統(tǒng)性；由于使用FPGA芯片，可隨時在線更改邏輯設(shè)計及有關(guān)參數(shù)，充分體現(xiàn)現(xiàn)場可編程器件的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

[1]樊昌信，張甫翊，徐炳祥.通信原理[M].5版.北京：國防工業(yè)出版社，2001.

[2] 劉昌華.數(shù)字邏輯EDA設(shè)計與實踐[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[3]蘇青，張紅.基于CPLD/FPGA技術(shù)的數(shù)字頻率設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[4]黃智偉.FPGA系統(tǒng)設(shè)計與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.