【文章內(nèi)容簡介】 寬為 sT ； xa 是 xa 的反碼，若 xa =1，則 xa =0；若 xa =0，則 xa =1，于是 n? 和 n? 分別是第 n 個信號碼元的初相位。在移頻鍵控中， n? 和 n? 不攜帶信息，通?？闪詈蜑榱?。 2FSK 信號的帶寬 由式 ()可知， 2FSK 信號可以看成是兩個不同載頻的振幅鍵控信號之和， 因此它 的 頻 帶 寬 度 是 兩 倍 數(shù) 字 基 帶 信 號 帶 寬 (B) 與 12 cc ff ? 之和，即：1212 22 ccscc ffTffBBW ?????? 方案的比較與選擇 2FSK 調(diào)制方案的比較與選擇 2FSK 信號產(chǎn)生的方法主要有兩種。一種可以采用模擬電路來實現(xiàn)（即直接調(diào)頻法）；另一種可以采用鍵控法來實現(xiàn)。 直接調(diào)頻法原理 所謂直接調(diào)頻法，就是用數(shù)字基帶信號去控制一個振蕩器的某種參數(shù) 而達到改變振蕩頻率的目的。 如圖 所示 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計 Ⅱ 6 f1 門電路 1 門電路 2 相加 倒相 f2 基帶信號輸入 模 擬 調(diào) 頻 器 )(tS )(2 tSFSK 圖 直接調(diào)頻法原理框圖 鍵控法原理 該方法就是在二進制基帶矩形脈沖序列的控制 下通過開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通，使其在每一個碼元 sT 期間輸出 1f 或 2f 兩個載波之一。其原理如圖 所示，它將產(chǎn)生二進制 FSK 信號。圖中，數(shù)字信號控制兩個獨立振蕩器。門電路（即開關(guān)電路）和按數(shù)字信號的變化規(guī)律通斷。若門打 開，則門關(guān)閉故輸出為 1f ，反之則輸出 2f 。這種方法的特點是 轉(zhuǎn)換速度快、波形好，而且頻率穩(wěn)定度可以做得很高。頻率鍵控法還可以借助數(shù)字電路來實現(xiàn)。 以上兩種 FSK 信號的調(diào)制方法的差異在于：由直接調(diào)頻法產(chǎn)生的 2FSK 信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的。（這一類特殊的 FSK，稱為連續(xù)相位 FSK（ ContinousPhase FSK， CPFSK））而鍵控法產(chǎn)生的 2FSK 信號，是由電子開關(guān)在兩個獨立的頻率源之間轉(zhuǎn)換形成，故相鄰碼元之 間的相位不一定連續(xù)。 圖 鍵控法原理框圖 2FSK 調(diào)制方案的選擇 我們組選擇采用鍵控法來產(chǎn)生 2FSK 信號，主要基于以下 3 個 原因： 1： MAX+PlusⅡ 所用的實驗板以 數(shù)字信號 為主，而鍵控法用 VHDL 語言和邏輯通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計 Ⅱ 7 電路很容易實現(xiàn)。 2： 直接調(diào)頻法產(chǎn)生的移頻鍵控信號雖易于實現(xiàn)，但由于是同一振蕩器產(chǎn)生兩個不同頻率的信號，在頻率變換的過渡點相位是連續(xù)的，其頻率穩(wěn)定度較差。而且這種方法產(chǎn)生的 FSK 信號頻移不能太大，否則振蕩不穩(wěn)，甚至停振，因而實際應(yīng)用范圍不廣，僅適用于低速傳輸系統(tǒng)。 3： 頻率鍵控法是用數(shù)字矩形脈沖控制電子開關(guān)，使電子開關(guān)在兩個獨立的振蕩器之間進行轉(zhuǎn)換，從而在輸出端得到不同頻率的已調(diào)信號。由于產(chǎn)生 1f 和 2f 載頻是由兩個獨立的振蕩器實現(xiàn)，則輸出的 2FSK 信號的相位是不連續(xù)的。這種方法的特點是轉(zhuǎn)換速度快，波形好，頻率穩(wěn)定度高，電路不甚復(fù)雜，在實用中可以用一個頻率合成器代替兩個獨立的振蕩器 ,再經(jīng)分頻鏈，進行不同的分頻，也可得到 2FSK 信號。 2FSK 信號解調(diào)方案的比較與選擇 數(shù)字 調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如相干檢測法、包絡(luò)檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。 下面 就相干檢測法、非相干檢測法、過零檢測法和差分檢測法進行介紹。 濾波 +包絡(luò)檢波法 2FSK 信號的包絡(luò)檢波法解調(diào)方框圖如圖 所示，其可視為由兩路 2ASK 解調(diào)電路組成。這里，兩個帶通濾波器（帶寬相同，皆為相應(yīng)的 2ASK 信號帶寬；中心頻率不同，分別為 1f 、 2f 起分路作用，用以分開兩路 2ASK 信號，上支路對應(yīng)，下支路對應(yīng) ，經(jīng)包絡(luò)檢測后分別取 出它們的包絡(luò) 及 ；抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡(luò)信號同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。若上、下支路 及 的抽樣值分別用表示，則抽樣判決器的判決準則為 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計 Ⅱ 8 圖 2FSK 信號包絡(luò)檢波方框圖 相干檢測法 相干檢測的具體解調(diào)電路是同步 檢波器，原理方框圖如圖 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。 圖 2FSK 相干 檢測方框圖 過零檢測法 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計 Ⅱ 9 單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(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。過零檢測法方框圖及各點波形如圖 所示。 在圖中， 2FSK 信號經(jīng)限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對應(yīng)的尖脈沖序列，這些尖脈沖的密集程度反映了信號的頻率高低，尖脈沖的個數(shù)就是信號過零點數(shù)。把這些尖脈沖變換成較寬的矩形脈沖，以增大其直流分量，該直流分量的大小和信號頻率的高低成正比。然后經(jīng)低通濾波器取出此直流分量，這樣就完成了頻率 —— 幅度變換，從而根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“ 1”和“ 0”。 圖 過零檢測法方框圖及各點波形圖 差分檢波法 差分檢波法 的原理如圖 所示，輸入信號經(jīng)接收濾波器濾除帶外無用信號后被分成兩路，一路直接送到乘法器（平衡調(diào)制器），另一路經(jīng)時延 τ 送到乘法器，相乘后再經(jīng)低通濾波器提取信號。解調(diào)的原理可作如下說明：設(shè)輸入為 tA )cos( 0 ?? ? ，它與時延 ? 之波形的乘積為 ))(c o s ()c o s ( 00 ????? ???? tAtA 若用低通濾波器除去倍頻分量，則其輸出為 ??? )()2( 02 ?? C O SAV 可見， V 是角頻率偏移 ? 的函數(shù)，但卻不是一個簡單的函數(shù)關(guān)系?，F(xiàn)在我們是當?shù)剡x擇 ? 使 0cos 0 ??? 則有 ??0sin = 1? ，故此有 ??sin)2( 2AV ?? 當 20 ??? ? 時 或 ??sin)2( 2AV ?? 當 20 ??? ?? 時 若角頻偏較??； ?? 1，則有 ??)2( 2AV ?? 當 20 ??? ? 時 或 ??)2( 2AV ?? 當 20 ??? ?? 時 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計 Ⅱ 10 由此可見，當滿足條件 0cos 0 ??? 及 ?? 1 時，輸出電壓 V 將與角頻偏呈線性關(guān)系。這是鑒頻特性所要求的。 差分檢波法基于輸入信號與延遲 ? 的信號相比較，信道上的延遲失真，將同時影響相鄰信號，故不影響最終的鑒頻效果。實踐表明，當延遲失真為 0 時，這種方法的檢測性能不如普通鑒頻法，但當有較嚴重延遲失真使，它的性能要比鑒頻法優(yōu)越。不過差分檢波法的實現(xiàn)將要受條件 0cos 0 ??? 的限制。 圖 差分檢波原理 2FSK 解調(diào) 方案的選擇 由于過零檢測法用 vhdl 語言實現(xiàn)相對容易， 且對于數(shù)字信號來說，過零檢測法較其他三種分析方法更簡單，因此我們決定用過零檢測法來實現(xiàn) FSK 信號的解調(diào)。 帶通 低通 通 信 工 程 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計 Ⅱ 11 3. 電路 設(shè)計 及 仿真 結(jié)果分析 2FSK 信號調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計 根據(jù)鍵控法調(diào)制的原理，需要一個時鐘信號和兩個載波 1f 和 2f ，以及一個數(shù)據(jù)選擇器（這是調(diào)制的 關(guān)鍵，其主要作用是在“ 1”時選通一個載波，在“ 0”時讓另一路載波通過）。對于數(shù)字基帶信號（也就是調(diào)制信號），我們可以用偽隨機序列發(fā)生器來產(chǎn)生。 2FSK 的原理框圖如圖 所示。其中， 偽隨機 序列發(fā)生器可以看作是一個基帶信號源，在實際應(yīng)用中，可以由具體信號源來替代。 時鐘信號經(jīng)過分頻器產(chǎn)生 2950Hz、 1475Hz 和 ， 的 偽隨機 偽隨機序列信號。 2 選 1 數(shù)據(jù)選擇器由 偽隨機 序列信號控制在 2950Hz 和1475Hz 兩個信號中選擇一個輸 出。 2950Hz 1475Hz 圖 2FSK 信號調(diào)制系統(tǒng)框圖 分頻器 分頻器是數(shù)字電路中最常用的電路之一，在 FPGA 的設(shè)計中也是使用效率非常高的基本設(shè)計?；?FPGA 實現(xiàn)的分頻電路一般有兩種方法：一是使用 FPGA 芯片內(nèi)部提供的鎖相環(huán)電路，如 ALTERA 提供的 PLL（ Phase Locke Loop）， Xilin 提供的DLL（ Delay Locked Loop）；二是使用硬 件描述語言，如 VHDL、 Verilog HDL 等。使用鎖相環(huán)電路有許多優(yōu)點，如可以實現(xiàn)倍頻；相位偏移；占空比可調(diào)等。但 FPGA 提供的鎖相環(huán)個數(shù)極為有限，不能滿足使用要求。因此使用硬件描述語言實