1、基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调目 录基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调第 一 章 概 述1.1 引 言FSK 信 号 可 利 用 一 个 矩 形 脉 冲 序 列 对 一 个 载 波 进 行 调 频 而 获 得 ,这 正 是 频 率 键 控 通 信 方 式 早 期 采 用 的 实 现 方 法 ,也 是 利 用 模 拟 调 频 法实 现 数 字 调 频 的 方 法 .FSK 信 号 的 另 一 方 法 是 采 用 键 控 法 ,即 利 用 受 矩形 脉 冲 序 列 控 制 的 开 关 电 路 对 两 个 不 同 的 独 立 频 率 进 行 选 通 . 二 进制 FSK 信 号 的
2、常 用 解 调 方 法 是 采 用 非 相 干 检 测 法 和 相 干 检 测 法 。1.2 FSK 简介FSK 是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。1.3 FSK 的发展FSK 是载波频率随数字信号变化的一种调制方式，近十年来，数字移动通信新系统的开发取得了巨大进展，要求传输数字化的信令，又传数字化的信息，因而系统必须采用数字调制技术，然而一般的数字调制技术：如 移相键控PSK，频移键控 FSK，因传输效率低而无法满足移动通信的要求：为此；需要专门研究一些抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高的
3、调制技术，尽可能地提高单位频带内传输数据的比特率。适应移动通信的要求；目前已发展为：正交相移键控 QPSK、正交调幅 QAM、最小移频键控 MSK、高斯最小移频键控 GMSK等。 第二章 总体设计方案2.1 实验原理所谓 FSK 就是用数字信号去调制载波的频率。 本实验中,二进制的基带信号是用正负电平来表示的。 “1”码对应于载波频率 F1, “0”对应于 F2。使其输出频率为 f1 和 f2 相间的正弦波行。FSK 信号的解调分为相干解调法和非相干解调法。非相干解调分为鉴频法,过零检波法,微分法等.（本实验采用相干方式）类型：二进制移频键控(2FSK)，多进制移频键控(MFSK). 相位不连
4、续的 FSK 信号可以看作是两个不同载波频率的 ASK 以调信号的叠加.因此其功率谱是两个 ASK 信号功率之和.当基带信号不含直流分量时，其带宽为 B FSK=|f2-f1|+2fs。2.2 FSK 调制器的工作原理FSK 调制功能框图如图,基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调图 2.1 FSK 调制功能框图首先由晶振电路产生正弦波信号,然后在经过分频器后.再分别通过两个带通滤波器,产生 f1 和 f2 两个载频.用1 0码和巴可码来控制模拟开关的数字基带信号,其中:巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组。它是一个非周期序列，一个 n 位的巴克码X1，X2，X3，Xn。，每个码元只可能取值
5、十 1 或一 1，它的局部自相关函数为: njjnxjRjnj ji 当 当 当 01,0)(1表中“”表示 Xi 取值为十 l，“”表示 Xi 取值为l，以七位巴克码组+-+-为例，求出它的自相关函数如下：同样可以求出j2，3，4，5，6，7 时 R(j)的值分别为l，0，l，0，l，O。另外，再求出 j 为负值的自相关函数，两者一起画出的七位巴克码的 R(j)与 j 的关系曲线如图 2.4 所示。由图可见，自相关函数在 j0 时具有尖锐的峰值。 图 2.4 巴克码的自相关函数基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调产生巴克码的方法常用移位寄存器，七位巴克码产生器如图 2.5：图 2.5 巴
6、克码产生器 图 2.5(a)是串行式产生器，移位寄存器的长度等于巴克码组的长度。七位巴克码由七级移位寄存器单元组成，各寄存器单元的初始状态由预置线预置成巴克码组相应的数字。七位巴克码的二进制数为 lll00lO，移位寄存器的输出端反馈至输入端的第一级，因此，七位巴克码输出后，寄存器各单元均保持原预置状态。移位寄存器的级数等于巴克码的位数。 另一种是采用反馈式产生器，同样也可以产生七位巴克码，如图 2.5(b)所示，这种方法也叫逻辑综合法，此结构节省部件。巴克码的识别仍以七位巴克码为例，用七级移位寄存器、相加器和判决器就可以组成一个巴克码识别器，如图 2.6 所示，各移位寄存器输出端的接法和巴克
7、码的规律一致，即与巴克码产生器的预置状态相同。 基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调图 2.6 巴克码判决 当输入数据中的 1 进入移位寄存器时，输出电平为l，而 0 进入移位寄存器时，输出电平为l，识别器实际是对输入的巴克码进行相关运算。当七位巴克码在图 2.7(a)中的 tl 时刻已全部进入了七级移位寄存器时，七个移位寄存器输出端都输出+l，相加后得最大输出+7、若判决器的判决电平定为+6，那么，就在七位巴克码的最后一位“0”进入识别器后，识别器输出一个帧同步脉冲表示一帧数字信号的开头，如图 2.7 所示。 图 2.7 巴克码用于帧同步两路载频经过由数字基带信号控制的模拟开关 4052
8、 后产生 FSK 信号，整个过程波形如图2.3 FSK 解调的工作原理框图FSK 解调分为相干解调和非相干解调.这里使用非相干解调 (过零检波法)。这里采用的是过零检测法对 2FSK 调制信号进行解调。大家知道，2FSK 信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调非相干解调时 FSK 信号经过放大限幅电路得到脉冲波形 .。限幅器对输入信号进行限幅，以消除各种干扰和噪声。使输入信号的变换成跳变陡峭的方波以取得过零点信息。经过微分整形后得到尖脉冲，其中脉冲的个数代表 FSK 信号过零点的次数,经脉冲形成
9、器得到一定高度和一定脉宽的方波，方波的占空比由 RC 电路可调，信号的平均直流分量与脉冲重复频率成正比，也就是与输入信号的载频成正比。经过低通滤波器输出其平均直流分量，再经判决整形后，即得到解调原始数字基带信号。在过零检测中两个载频频差越大，平均直流分量则越大，抗干扰性能也越好，但所占的频带也就越宽。低通滤波器的截止频基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调率 fc 的选择原则为： f1 fc f2。 带 通滤 波 器带 通滤 波 器包 络检 波 器包 络检 波 器 抽 样判 决 器位 同 步 信 号调 制 信 号 输 入 解 调 信 号 输 出(a)（a）非相干方式低 通滤 波 器低 通滤
10、波 器 抽 样判 决 器位 同 步 信 号 解 调 信 号 输 出相 乘 器相 乘 器带 通滤 波 器带 通滤 波 器调 制 信 号 输 入cos 2tcos 1t(b)（b）相干方式；2FSK 解调原理框图2FSK 有多种方法解调，如包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，相应的接收系统的框图如图所示。这里采用的是过零检测法对 2FSK 调制信号进行解调。大家知道，2FSK 信号的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数就可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。用过零检测法对 FSK 信号进行解调的原理框图如图 1（c）所示。其中整形 1 和整形 2 的功能类似于
11、比较器，可在其输入端将输入信号叠加在 2.5V 上。2FSK调制信号从“FSK-IN”输入。UA03（LM339）的判决电压设置在 2.5V，可把输入信号进行硬限幅处理。这样，整形 1 将 2FSK 信号变为 TTL 电平；整形 2 和抽样电路共同构成抽样判决器，其判决电压可通过标号为“2FSK 判决电压调节”的电位器进行调节。单稳 1 和单稳 2 分别被设置为上升沿触发和下降沿触发，它们与相加器 UA05（74HC32）一起共同对 TTL 电平的 2FSK 信号进行微分、整流处理。电阻 RA14 与 RA16 决定上升沿脉冲宽度及下降沿脉冲宽度。抽样判决器的时钟信号就是 2FSK 基带信号的位同步信号，该信号应从“FSK-BS”输入，可以从信号源直接引入，也可以从同步信号恢复模块引入。 第三章 单元电路设计3.1 正弦波产生电路基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调它是由 4096 反相器和 4.096MHz 组成的晶振电路产生 4.096MHz 的正弦波信号。3.2 分频器把 4khz 的正弦波分成 2khz 再输入到带通滤波器。，3.3 2KHZ 和 4khz 滤波基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调3.4 电源电路基于 VHDL 的 2FSK 调制与解调电源电路由 LM7805CT 、LM79L05CZ 、MC7908C 组成，为 FSK 提供电源
