2fsk調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-26 18:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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，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、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(zhǔn)則為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。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。2FSK相干檢測方框圖 過零檢測法單位時間內(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。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”。過零檢測法方框圖及各點波形圖 差分檢波法，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，它與時延之波形的乘積為若用低通濾波器除去倍頻分量，則其輸出為可見，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(dāng)?shù)剡x擇使則有=，故此有 當(dāng)時或 當(dāng)時若角頻偏較?。?，則有 當(dāng)時或 當(dāng)時由此可見，當(dāng)滿足條件及1時，輸出電壓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(dāng)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(dāng)有較嚴(yán)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)將要受條件的限制。帶通低通 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)。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和，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。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。、。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 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?；贔PGA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現(xiàn)分頻電路經(jīng)常使用在數(shù)字電路設(shè)計中，消耗不多的邏輯單元就可以實現(xiàn)對時鐘的操作，具有成本低、可編程等優(yōu)點。此次實驗中，我們小組就采用VHDL來實現(xiàn)分頻器的功能。實現(xiàn)起來非常方便。輸入分頻器的程序，編譯無誤后，進行波形仿真，結(jié)果如圖所示。將該模塊封裝，如圖所示。為了方便使用，此次實驗所做的分頻器可以將CLK時鐘信號分別進行2分頻，4分頻，8分頻，16分頻和32分頻，其中我們選用4分頻信號作為載波，選用8分頻信號作為載波，32分頻用作偽隨機序列發(fā)生器的時鐘信號。 分頻器仿真結(jié)果圖從圖中我們可以看到由CLK信號分別分出了5種不同的頻率，分別CLK信號的1/2(div2)、1/4(div4)、1/8(div8)、1/16(div16)和1/32(div32)，例如在div2中，每一個電平對應(yīng)1個CLK時鐘周期，所以一個div2周期包含2個CLK時鐘周期，同理，div4的電平包含了4個CLK時鐘周期等等。 分頻器的封裝 偽隨機序列發(fā)生器偽隨機碼是數(shù)字通信中重要信碼之一，常作為數(shù)字通信中的基帶信號源，應(yīng)用于干擾碼、誤碼測試、擴頻通信、保密通信等領(lǐng)域。偽隨機序列又叫M序列，可由線性移位寄存器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生。該網(wǎng)絡(luò)由n級串聯(lián)的雙態(tài)器件，移位脈沖產(chǎn)生器和模2加法器組成。偽隨機序列的主要特點：線性移位寄存器的輸出序列是一個周期序列。當(dāng)初始狀態(tài)是0狀態(tài)時，線性移位寄存器的輸出全0序列。級數(shù)相同的線性移位寄存器的輸出序列和反饋邏輯有關(guān)。同一個線性移位寄存器的輸出序列還和起始狀態(tài)有關(guān)。對于級數(shù)為r的線性移位寄存器，當(dāng)周期p＝時，改變移位寄存器初始狀態(tài)只改變序列的初相。這樣的序列稱為最大長度序列或m序列，簡稱nrz。本設(shè)計中的M序列發(fā)生器是一種通過帶有兩個反饋抽頭的4級反饋移位寄存器產(chǎn)生的一串“100110101111000”循環(huán)序列。 M序列發(fā)生器電路圖 M隨機序列的封裝 M隨機序列的波形圖 數(shù)據(jù)選擇器在數(shù)字信號的傳輸過程中，有時需要從一組輸入數(shù)據(jù)中選出某一個來，這是就要用到一種叫做數(shù)據(jù)選擇器（Data Selector,或稱多路開關(guān) Maltiplexer）的邏輯電路。這一過程恰與數(shù)據(jù)分配器相反，在英文中數(shù)據(jù)分配器De
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