【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 atS??????????????????? ????????? ????(25) ? ?? n sn nTtgats )()(1 （ 26） （ 27） ? ??n sn nTtgats )()(2)]()([4/1)]([4/1)( 222211 ffpffpffpfP sssf s k ??????（ 28） 8 )()()1()( 222 fpfgppffp ss ???? (210) 當(dāng) p=1/2時(shí) 2FSK功率譜密度的特點(diǎn)如下： 2FSK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成， 離散譜出現(xiàn)在f1和 f2位置； 功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。若兩個(gè)載頻之差 |f1 f2|≤ fs，則出現(xiàn)單峰 ； 所需傳輸帶寬 BFSK=|f1 f2|+2fs 2FSK 調(diào)制 模擬調(diào)頻 2FSK信號(hào)可利用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻而獲得，這是頻率鍵控通信方式早期采用的實(shí)現(xiàn)方法，被稱(chēng)為模擬調(diào)頻。 用模擬調(diào)頻法時(shí)，由于 ω 1與 ω 2改變時(shí)， e0(t)相位是連續(xù)的，故 Φ n、θ n不僅與第 n個(gè)信號(hào)碼元有關(guān)，而且 Φ n與 θ n之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系 。 圖 23 模擬調(diào)頻 2FSK 輸出 二進(jìn)制數(shù) 據(jù) 模擬調(diào)頻器 )()1()()1( 22 fpfgppf s ?????)()0()1()()1()( 22221 fgppffgppffp sss ?????（ 29） (211) ? ?? ?? ? ? ?)()(161)()(161)()(16)()(16)(221122222121ffffffffTffSaTffSaTTffSaTffSaTfPssssssF S K???????????????????????? 9 鍵控法 鍵控法是利用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。一般來(lái)說(shuō)，鍵控法得到的Φ n、 θ n 是與序列 n 無(wú)關(guān)的，反映在 e0(t)上，僅表現(xiàn)出ω 1 與ω 2 改變時(shí) e0(t)相位是不連續(xù)的。 圖 24 鍵控法 理論上數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制在本質(zhì)上沒(méi)有什么不同，它們都是屬正弦波調(diào)制。但是，數(shù)字調(diào)制是調(diào)制信號(hào)為數(shù)字型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是調(diào)制信號(hào)為連續(xù)型的正弦波調(diào)制，因而，數(shù)字調(diào)制具有由數(shù)字信號(hào)帶來(lái)的一些特點(diǎn)。這些特點(diǎn)主要是： 第一，數(shù)字調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生，除把數(shù)字的調(diào)制信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特例而直接采用模擬調(diào)制方式產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號(hào)外，可以采用鍵控載波的方法。 第二，對(duì)于數(shù)字調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，為提高系統(tǒng)的抗噪聲性能，通常采用與模擬調(diào)制系統(tǒng)中不同的解調(diào)方式。 2FSK 解調(diào) 2FSK 信號(hào)常用的解調(diào)方法為相干解調(diào)和非相干解調(diào) ，另外還有鑒頻法等。 相干解調(diào) 相干解調(diào)主要利用的是同頻同相的載波頻率，對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行正交，只有當(dāng)頻率與相位相同時(shí)，才能判斷是什么信號(hào)。 原理圖如下： 2FSK 輸出 載波 f1 載波 f2 二進(jìn)制數(shù)據(jù) 10 圖 25 相干解調(diào)原理圖 非相干解調(diào) 非相干解調(diào)與相干解調(diào)不同，它是利用脈沖檢測(cè)已調(diào)信號(hào)的周期，以區(qū)分已調(diào)信號(hào)的高低電平，從而判斷已調(diào)信號(hào)。 原理圖如下： 圖 26非相干解調(diào)原理 過(guò)零檢測(cè) 數(shù)字調(diào)頻波 的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異。這就是過(guò)零檢測(cè)的基本思想，其原理如圖所示。輸入信號(hào)經(jīng)限幅后產(chǎn)生矩形波序列，經(jīng)微分整流形成與頻率變化相應(yīng)的脈沖序列，這個(gè)序列就代表著調(diào)頻波的過(guò)零點(diǎn)。將其變換成具有一定寬度的矩形波，帶 通 濾波器 乘法器 低 通 濾波器 抽樣脈沖 輸出 輸入 帶 通 濾波器 乘法器 本地載波 f2 低 通 濾波器 抽 樣 判決器 本地載波 f1 帶 通 濾波器 抽樣脈沖 輸出 輸入 帶 通 濾波器 抽 樣 判決器 包 絡(luò) 檢波器 包 絡(luò) 檢波器 11 并經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波，便能得到對(duì)應(yīng)于原數(shù)字信號(hào)的基帶脈沖信號(hào)。 圖 27 過(guò)零檢測(cè)原理圖 整 流 微 分 低 通 濾波器 限 幅 寬脈沖發(fā)生 12 第三章 2FSK 調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì) 2FSK 調(diào)制器設(shè)計(jì) 整個(gè) 2FSK 調(diào)制部分分為五個(gè)部分，分別是：分頻器， m 序列產(chǎn)生器 ，數(shù)據(jù)選擇器， 2FSK 跳變檢測(cè)部分，正弦信號(hào)產(chǎn)生器。 整個(gè)系統(tǒng)的輸入時(shí)鐘，在硬件中是由晶體震蕩器完成的。將分頻器接入這個(gè)時(shí)鐘，分頻器產(chǎn)生的系統(tǒng)的輸入時(shí)鐘、 4倍頻和 16倍頻分別輸入數(shù)據(jù)選擇器和 m 序列產(chǎn)生器，并和 m 序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的碼元信號(hào)一起完成對(duì)頻率的選擇，再經(jīng)過(guò)跳變檢測(cè)，這時(shí)產(chǎn)生的矩形波通過(guò)正弦信號(hào)產(chǎn)生器， 變成調(diào)制信號(hào)。 功能模塊設(shè)計(jì) 1 分頻器 在數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)中 ， 分頻器是一種基本電路 。 通常用來(lái)對(duì)某個(gè)給定頻率進(jìn)行分頻 ， 以得到所需的頻率 。 整數(shù)分頻器的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單 ， 可采用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)數(shù)器 ， 也可以采 用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 。 但在某些場(chǎng)合下 ， 時(shí)鐘源與所需的頻率不成整數(shù)倍關(guān)系 ， 此時(shí)可采用小數(shù)分頻器進(jìn)行分頻 。 圖 31 分頻器 如上圖， 分頻系數(shù)為 的分頻器電路可由一個(gè)異或門(mén)、一個(gè)模 N計(jì)數(shù)器和一個(gè)二分頻器組成 。 在實(shí)現(xiàn)時(shí) ， 模 N 計(jì)數(shù)器可設(shè)計(jì)成帶預(yù)置的計(jì)數(shù)器 ， 這樣可以實(shí)現(xiàn)任意分頻系數(shù)為 的分頻器 。 2 m 序列產(chǎn)生器 n 級(jí)線(xiàn)性移位寄存器，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)某轭^反饋和模 2 加法器能產(chǎn)生序列的最大可能周期是 p=2n 1，這樣的序列叫最長(zhǎng)線(xiàn)性反饋移位寄存器序列或 m 序 列。 m 序列具有許多優(yōu)良特性，是最常采用的擴(kuò)譜碼序列。它具有如下性質(zhì)： 1．序列的平衡性： m 序列一個(gè)周期中“ 1”的個(gè)數(shù)比“ 0” 多 1，且1 的個(gè)數(shù)為 2n1， 0 的個(gè)數(shù)為 2n11。 2．移位可加性：某個(gè) m 序列同相移為任意值的同一 m 序列的模 2 加是另一相移的 m 序列。 3．在周期為 p=2n 1 的 m 序列中，總共有 2 1?n 個(gè)游程，有一個(gè)長(zhǎng)度為異或門(mén) 模 n 計(jì)數(shù)器 F0/() 2 分頻器 F0/(2N1) 13 n 的 1 游程，一個(gè)長(zhǎng)度為 n1 的 0 游程。 在實(shí)際工程應(yīng)用中， m 序列既可以用硬件產(chǎn)生，也可以用軟件 產(chǎn)生，然后存在 ROM 中通過(guò)相應(yīng)的時(shí)鐘同步輸出。在硬件中可使用移位寄存器來(lái)產(chǎn)生。 m 序列的顯著特點(diǎn)是：隨機(jī)特性；預(yù)先可確定性；循環(huán)特性，從而在通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 在這里用一種帶有兩個(gè)反饋抽頭的 3 級(jí)反饋移位寄存器得到一串“ 1110010”循環(huán)序列，并采取措施防止進(jìn)入全“ 0”狀態(tài)。通過(guò)更換時(shí)鐘頻率，是可以方便地改變輸入碼元的速率的。 m 序列產(chǎn)生器的電路結(jié)構(gòu)如圖。 圖 32 m 序列產(chǎn)生器 3 數(shù)據(jù)選擇器 數(shù)據(jù)選擇器的功能：在多個(gè)通道中選擇其中的某一路，或多個(gè)信息中選擇其中的某一個(gè)信息傳送或加以處理 。 數(shù)據(jù)分配器的功能：將傳送來(lái)的或處理后的信息分配到各通道去。 在本設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)選擇器用于選擇正弦波產(chǎn)生器的兩個(gè)輸入時(shí)鐘，一個(gè)頻率為 4mHz，此時(shí)正弦波產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè) 1 MHz 的正弦波，代表數(shù)字信號(hào)“ 1”另一個(gè)頻率 4MHz，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè) 250kHz 的正弦波信號(hào)，代表數(shù)字信號(hào)“ 0”。 當(dāng)信號(hào)為 1 時(shí)，波形與 f1 相同，說(shuō)明數(shù)據(jù)選擇器選擇了 f1這路數(shù)據(jù)。 當(dāng)信號(hào)為 0 時(shí)，波形與 f2 相同，說(shuō)明數(shù)據(jù)選擇器選擇了 f2這路數(shù)據(jù)。 跳變檢測(cè) 將跳變檢測(cè)引入正弦波的產(chǎn)生中，可以使每次基帶碼元上升沿或下降沿到來(lái)時(shí)應(yīng)輸出波形位于正弦 波形的 0 相位處，此電路的設(shè)計(jì)主要是便于信號(hào)時(shí)鐘 異或門(mén) 或 非 門(mén) D Q CLK 或 門(mén) D Q CLK D Q CLK 14 觀(guān)察，確保示波器上成為一個(gè)連續(xù)的波形。 基帶信號(hào)的跳變檢測(cè)可以有很多方法， 下 圖為一種便于在可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)的方案 。 圖 33 信號(hào)跳變檢測(cè)電路 4 正弦信號(hào)產(chǎn)生 用數(shù)字電路和 DAC 變換器可以產(chǎn)生要求的模擬信號(hào)。根據(jù)抽樣定理可知，當(dāng)用模擬信號(hào)最大頻率 2 倍以上的速率對(duì)該模擬信號(hào)采樣時(shí)，便可將模擬信號(hào)不失真地恢復(fù)出來(lái)。本例要求得到的是 2 個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)，實(shí)驗(yàn)中對(duì)正弦波每個(gè)周期采樣 10 個(gè)點(diǎn)，即采樣速率為原正弦信號(hào)頻率的 10 倍，因此完全可以在接收端將原正弦信 號(hào)不失真地恢復(fù)出來(lái)，從而可以在接收端對(duì) FSK 信號(hào)正確地解調(diào)。 每個(gè)采樣點(diǎn)采用 8 位量化編碼，即 8 位分辨率。采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)與分辨率的大小主要取決于 CPLD/FPGA 器件的容量，其中分辨率的高低還與 DAC的位數(shù)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，采用 8 位分辨率和每周期 10個(gè)采樣點(diǎn)可以達(dá)到理想的效果。 波形的降噪 兩個(gè)不同頻率的載波對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。這個(gè) 2FSK 信號(hào)的波形也正確的表示出基帶信號(hào) m 序列的值“ 1110010” 1) FIR 濾波器 數(shù)字濾波器是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻 率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分的的器件。 FIR 濾波器是有脈沖響應(yīng)的濾波器。 FIR 濾波器是一種 LTI 數(shù)字濾波器，它的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)分節(jié)的延時(shí)線(xiàn)，把每一節(jié)的輸出加權(quán)累加，得到濾波器的輸出。數(shù)學(xué)上表示為 ： 跳變輸出 時(shí)鐘信號(hào) 基帶碼元 異或門(mén) D Q Clk 15 2) FIR 濾波器的設(shè)計(jì) 在這里，是利用頻率采樣來(lái)對(duì) FIR 濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 設(shè)待設(shè)計(jì)的濾波器的傳輸函數(shù)用 )( ?jd eH 表示，對(duì)ω＝ 0 到 2π之間等 間隔采樣 N 點(diǎn)，得到 Hd（ k） 再對(duì) N 點(diǎn) Hd（ k）進(jìn)行 IDFT，得到 h(n)， 式中， h（ n）為所設(shè)計(jì)的濾波器 的單位取樣響應(yīng)，其系統(tǒng)函數(shù) h（ z）為 式 （ 34）適合 FIR 直接型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 圖 34 FIR 直接型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 2FSK 解調(diào)器設(shè)計(jì) 載波信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波后整形 形 成寬帶不同的方波，這些方波代表不同的碼元；鑒頻器確定對(duì)應(yīng)載波頻率，根據(jù)頻率判決對(duì)應(yīng)碼元，實(shí)現(xiàn) FSK 解調(diào)涉及的 技術(shù)問(wèn)題比調(diào)制難度大，一般要使用帶通濾波器、倍頻器、鎖相環(huán)等，電路較為復(fù)雜。 （ 非本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 ） 圖 35 FSK 解調(diào)方框圖 y (n) h(N—1) h(N2) h(2) h(1) h(n) z1 z 1 z1 x (n) ??? ?? 10 )()()( nm mnxnhny （ 31） 12,1,0,)()( 2 ??? ? NkeHkH kDjdd ???? （ 32） ? ? ? ? 12,1,0,1 2 ??? ? NnekHNnh knNjd ??（ 33） ? ? ? ???? ?? 10Nn nznhzH （ 34） 帶通濾波 FSK 整形 鑒頻 判決 輸出 16 第四章 基