【文章內容簡介】 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 p=1/2時 2FSK功率譜密度的特點如下： 2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構成， 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 調制 模擬調頻 2FSK信號可利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調頻而獲得，這是頻率鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法，被稱為模擬調頻。 用模擬調頻法時，由于 ω 1與 ω 2改變時， e0(t)相位是連續(xù)的，故 Φ n、θ n不僅與第 n個信號碼元有關，而且 Φ n與 θ n之間也應保持一定的關系 。 圖 23 模擬調頻 2FSK 輸出 二進制數(shù) 據(jù) 模擬調頻器 )()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關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。一般來說，鍵控法得到的Φ n、 θ n 是與序列 n 無關的，反映在 e0(t)上，僅表現(xiàn)出ω 1 與ω 2 改變時 e0(t)相位是不連續(xù)的。 圖 24 鍵控法 理論上數(shù)字調制與模擬調制在本質上沒有什么不同，它們都是屬正弦波調制。但是，數(shù)字調制是調制信號為數(shù)字型的正弦波調制，而模擬調制則是調制信號為連續(xù)型的正弦波調制，因而，數(shù)字調制具有由數(shù)字信號帶來的一些特點。這些特點主要是： 第一，數(shù)字調制信號的產生，除把數(shù)字的調制信號當作模擬信號的特例而直接采用模擬調制方式產生數(shù)字調制信號外，可以采用鍵控載波的方法。 第二，對于數(shù)字調制信號的解調，為提高系統(tǒng)的抗噪聲性能，通常采用與模擬調制系統(tǒng)中不同的解調方式。 2FSK 解調 2FSK 信號常用的解調方法為相干解調和非相干解調 ，另外還有鑒頻法等。 相干解調 相干解調主要利用的是同頻同相的載波頻率，對已調信號進行正交，只有當頻率與相位相同時，才能判斷是什么信號。 原理圖如下： 2FSK 輸出 載波 f1 載波 f2 二進制數(shù)據(jù) 10 圖 25 相干解調原理圖 非相干解調 非相干解調與相干解調不同，它是利用脈沖檢測已調信號的周期，以區(qū)分已調信號的高低電平，從而判斷已調信號。 原理圖如下： 圖 26非相干解調原理 過零檢測 數(shù)字調頻波 的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)可以得到關于頻率的差異。這就是過零檢測的基本思想，其原理如圖所示。輸入信號經(jīng)限幅后產生矩形波序列，經(jīng)微分整流形成與頻率變化相應的脈沖序列，這個序列就代表著調頻波的過零點。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 檢波器 包 絡 檢波器 11 并經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波，便能得到對應于原數(shù)字信號的基帶脈沖信號。 圖 27 過零檢測原理圖 整 流 微 分 低 通 濾波器 限 幅 寬脈沖發(fā)生 12 第三章 2FSK 調制解調設計 2FSK 調制器設計 整個 2FSK 調制部分分為五個部分，分別是：分頻器， m 序列產生器 ，數(shù)據(jù)選擇器， 2FSK 跳變檢測部分，正弦信號產生器。 整個系統(tǒng)的輸入時鐘，在硬件中是由晶體震蕩器完成的。將分頻器接入這個時鐘，分頻器產生的系統(tǒng)的輸入時鐘、 4倍頻和 16倍頻分別輸入數(shù)據(jù)選擇器和 m 序列產生器，并和 m 序列產生器產生的碼元信號一起完成對頻率的選擇，再經(jīng)過跳變檢測，這時產生的矩形波通過正弦信號產生器， 變成調制信號。 功能模塊設計 1 分頻器 在數(shù)字邏輯電路設計中 ， 分頻器是一種基本電路 。 通常用來對某個給定頻率進行分頻 ， 以得到所需的頻率 。 整數(shù)分頻器的實現(xiàn)非常簡單 ， 可采用標準的計數(shù)器 ， 也可以采 用可編程邏輯器件設計實現(xiàn) 。 但在某些場合下 ， 時鐘源與所需的頻率不成整數(shù)倍關系 ， 此時可采用小數(shù)分頻器進行分頻 。 圖 31 分頻器 如上圖， 分頻系數(shù)為 的分頻器電路可由一個異或門、一個模 N計數(shù)器和一個二分頻器組成 。 在實現(xiàn)時 ， 模 N 計數(shù)器可設計成帶預置的計數(shù)器 ， 這樣可以實現(xiàn)任意分頻系數(shù)為 的分頻器 。 2 m 序列產生器 n 級線性移位寄存器，經(jīng)過適當?shù)某轭^反饋和模 2 加法器能產生序列的最大可能周期是 p=2n 1，這樣的序列叫最長線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，是最常采用的擴譜碼序列。它具有如下性質： 1．序列的平衡性： m 序列一個周期中“ 1”的個數(shù)比“ 0” 多 1，且1 的個數(shù)為 2n1， 0 的個數(shù)為 2n11。 2．移位可加性：某個 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 個游程，有一個長度為異或門 模 n 計數(shù)器 F0/() 2 分頻器 F0/(2N1) 13 n 的 1 游程，一個長度為 n1 的 0 游程。 在實際工程應用中， m 序列既可以用硬件產生，也可以用軟件 產生，然后存在 ROM 中通過相應的時鐘同步輸出。在硬件中可使用移位寄存器來產生。 m 序列的顯著特點是：隨機特性；預先可確定性；循環(huán)特性，從而在通信領域得到了廣泛的應用。 在這里用一種帶有兩個反饋抽頭的 3 級反饋移位寄存器得到一串“ 1110010”循環(huán)序列，并采取措施防止進入全“ 0”狀態(tài)。通過更換時鐘頻率，是可以方便地改變輸入碼元的速率的。 m 序列產生器的電路結構如圖。 圖 32 m 序列產生器 3 數(shù)據(jù)選擇器 數(shù)據(jù)選擇器的功能：在多個通道中選擇其中的某一路，或多個信息中選擇其中的某一個信息傳送或加以處理 。 數(shù)據(jù)分配器的功能：將傳送來的或處理后的信息分配到各通道去。 在本設計中，數(shù)據(jù)選擇器用于選擇正弦波產生器的兩個輸入時鐘，一個頻率為 4mHz，此時正弦波產生器產生一個 1 MHz 的正弦波，代表數(shù)字信號“ 1”另一個頻率 4MHz，此時產生一個 250kHz 的正弦波信號，代表數(shù)字信號“ 0”。 當信號為 1 時，波形與 f1 相同，說明數(shù)據(jù)選擇器選擇了 f1這路數(shù)據(jù)。 當信號為 0 時，波形與 f2 相同，說明數(shù)據(jù)選擇器選擇了 f2這路數(shù)據(jù)。 跳變檢測 將跳變檢測引入正弦波的產生中，可以使每次基帶碼元上升沿或下降沿到來時應輸出波形位于正弦 波形的 0 相位處，此電路的設計主要是便于信號時鐘 異或門 或 非 門 D Q CLK 或 門 D Q CLK D Q CLK 14 觀察，確保示波器上成為一個連續(xù)的波形。 基帶信號的跳變檢測可以有很多方法， 下 圖為一種便于在可編程邏輯器件中實現(xiàn)的方案 。 圖 33 信號跳變檢測電路 4 正弦信號產生 用數(shù)字電路和 DAC 變換器可以產生要求的模擬信號。根據(jù)抽樣定理可知，當用模擬信號最大頻率 2 倍以上的速率對該模擬信號采樣時，便可將模擬信號不失真地恢復出來。本例要求得到的是 2 個不同頻率的正弦信號，實驗中對正弦波每個周期采樣 10 個點，即采樣速率為原正弦信號頻率的 10 倍，因此完全可以在接收端將原正弦信 號不失真地恢復出來，從而可以在接收端對 FSK 信號正確地解調。 每個采樣點采用 8 位量化編碼，即 8 位分辨率。采樣點的個數(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。實驗表明，采用 8 位分辨率和每周期 10個采樣點可以達到理想的效果。 波形的降噪 兩個不同頻率的載波對基帶信號進行調制。這個 2FSK 信號的波形也正確的表示出基帶信號 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，通過一定運算關系改變輸入信號所含頻 率成分的相對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的濾波器。 FIR 濾波器是一種 LTI 數(shù)字濾波器，它的基本結構是一個分節(jié)的延時線，把每一節(jié)的輸出加權累加，得到濾波器的輸出。數(shù)學上表示為 ： 跳變輸出 時鐘信號 基帶碼元 異或門 D Q Clk 15 2) FIR 濾波器的設計 在這里，是利用頻率采樣來對 FIR 濾波器進行設計的。 設待設計的濾波器的傳輸函數(shù)用 )( ?jd eH 表示，對ω＝ 0 到 2π之間等 間隔采樣 N 點，得到 Hd（ k） 再對 N 點 Hd（ k）進行 IDFT，得到 h(n)， 式中， h（ n）為所設計的濾波器 的單位取樣響應，其系統(tǒng)函數(shù) h（ z）為 式 （ 34）適合 FIR 直接型網(wǎng)絡結構。 圖 34 FIR 直接型網(wǎng)絡結構 2FSK 解調器設計 載波信號經(jīng)過帶通濾波后整形 形 成寬帶不同的方波，這些方波代表不同的碼元；鑒頻器確定對應載波頻率，根據(jù)頻率判決對應碼元，實現(xiàn) FSK 解調涉及的 技術問題比調制難度大，一般要使用帶通濾波器、倍頻器、鎖相環(huán)等，電路較為復雜。 （ 非本設計主要內容 ） 圖 35 FSK 解調方框圖 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