数字频率调制技术在通信行业中的应用

数字频率调制技术在通信行业中的应用

0频移键控随着计算机网络的普及，数据处理技术也迅速发展。数字频率调制是数据通信中常见的一种调制方式。频移键控(FSK-FrequencyShiftKeying)方法简单,易于实现,并且解调不须恢复本地载波,可以异步传输,抗噪声和抗衰落性能也较强。因此,FSK调制技术在通信行业得到了广泛地应用,并且主要适用于用于低、中速数据传输。12fsk信号的解调和2fsk信号的调制FSK是利用载波的频率变化来传递数字信息的一种非线性调制方法。在2FSK(二进制频移键控)系统中,使用两个不同频率的载波分别代表数字信号“0”和“1”,2FSK信号的解调和2FSK的调制是一个相反的过程。2FSK信号的解调是从已调的载波信号中,恢复为调制前的基带信号“0”和“1”。1.1移频调制方法用二进制数字信号m(t)进行调频,是使载波vc=Vccos(ω+ϕ)中的ω,当符号为1时具有ω1频率的信息,而当符号为0时具有ω2的信息,此调制称移频调制。移频调制方法有键控法和模拟调制法。产生波形如图1所示。键控法是利用二进制矩形脉冲m(t)控制开关电路,对两个独立频率f1、f2进行选通。如图1所示,符号1选通f1,符号0选通f2,其移频键控信号vFM(t)为1.2点检测技术原理大家都知道,数字调频波的过零点数随着不同载波而异,所以检测过零点次数可以得到关于频率的差异。这就是过零点检测的基本思想,原理如图2所示。输入信号经带通滤波器后,得到av(t),av(t)与vFM(t)形状基本相同;经限幅后产生矩形波序列,经微分整流形成与频率变换相应的脉冲序列,这个序列就代表着调频波的过零点。将其转变成具有一定宽度的矩形波,并经过低通滤波器滤除高次谐波,便能得到对应于原数字信号的基带脉冲信号。2设计系统的实现Altera公司的MAXPLUS2开发系统是一个完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计系统。它可以在多种平台上运行。它拥有开放的界面,可与其他工业标准的设计输入、综合与校验工具相连接。其设计输入、处理和校验功能集成在统一的开发环境下。MAXPLUS2采用自顶向下的设计方法,设计流程为设计输入—项目编译—项目校验—器件编程。2.1输入方法设计MAXPLUS2软件的设计输入方法很多,主要有以下三种:原理图输入、文本输入和波形输入。文本设计输入方法主要用来实现以AHDL语言形式或VHDL语言形式书写的文件。MAXPLUS2波形编辑器用于建立和编辑波形文件。Compiler先进的波形综合算法根据用户定义的输入及输出波形自动生成逻辑关系。Compiler自动为状态机分配状态位和状态变量。2.2项目编译MAXPLUS2编译器可以检查项目中的错误并进行逻辑综合,将项目最终设计结果加载到Altera器件中去,并为模拟和编程产生输出文件。2.3加快数字化仿真设计校验过程包括设计仿真和定时分析,作用是测试逻辑操作和设计的内部定时,MAXPLUS2仿真器可以对编译期间生成的二进制仿真网表进行功能、定时的仿真。2.4altra的编程文件器件的编程是指MAXPLUS2Programmer使用Compiler生成的编程文件对Altera器件编程。编程过程可通过配套的编程适配器连接微机到应用板的JAG接口上来实现。3fsk信号的解调由过零点检测原理可以知道,FSK信号的过零点次数反映了原始信号的规律,所以只要某种方法能够分析出FSK信号的过零点次数,然后根据调制时原始信号和调制频率的关系,就可以解调出原始信号。信号的解调框图如图3所示。因为FPGA只能产生数字信号,所以假设图3中的调制信号FSK已经是经过数模转换的数字FSK信号。3.1fsk调制信号频率的确定由于要计算调制信号一个周期内的过零点次数,所以用时钟计数器来计算调制信号的周期,如果时钟频率与FSK调制信号频率fclk:f=1:11,那么表示每11个CLK时钟周期发送一个FSK调制信号,即当q从0递增到10时,一个调制信号传输结束。3.2基带信号判断根据过零检测法原理,通过检测一个信号传输周期内的过零点次数来判断基带信号。由于上升沿的个数就相当于FSK信号过零点的个数,那么计数器的主要功能就是在调制信号的一个周期内,对信号X的上升沿进行计数。3.3信号频率的比值判决器的作用主要是在调制信号的一个周期内,对计数器m的值进行判决。判决门限值可以根据调制信号和基带信号的频率的比值决定。如1f:fclk=5:1,f2:fclk=2:1则判决门限值x可以选择x=5也可以选择x=2。这样通过判决器就可以恢复出原始的基带信号。判决器的门限也可以选3或者4,选3或者4的好处是使得解调器有一定的容错能力,能更好的解调出基带信号。3.4源代码代码主题部分4判决门限m的值解调器的仿真波形如图4。由图4可以看出:(1)输入调制信号FSK和输出解调信号y之间存在着一个周期的时延。(2)在q等于10时计数器m的值清零。(3)在输出端y输出的信号和原始信号不同,产生了误差。当在q等于9判决的时候m的记数值却变成了3,如果将门限设为2仿真的结果就会产生误差。这主要是由时延和仿真时的失误产生的,在实际的运用中肯定会有干扰的出现,从而影响该系统的性能。为了提高系统的抗干扰性能,可将判决门限m的值改为3,这样就使系统有了一定的容错能力。增加了容错的解调器的仿真波形如图5所示。5基于xps的解调技术文中通过对FSK调制信号原理的研究,根据过零检测法设计了一种FSK数字解调器,实现了对FSK