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基于FPGA 的2FSK 调制解调的研究

浏览228次时间：2014年4月17日 17:14

文/牛学芬　曹亚丽

频移键控(FSK) 是经国际电信联盟标准化的一种重要数字调制方式，广泛应用于数据量较小、数据率较低、短距离传输的通信领域。本文对基于FPGA 的2FSK调制解调的设计进行研究，给出软件功能仿真验证。

【关键词】频移键控调制解调现场可编程门阵列

数字调制解调技术是数字通信技术的重要组成部分之一，它一直是通信领域的热点课题，数字调制技术将直接影响数字通信系统的质量。利用数字信号对载波的频率、振幅和相位三个参量进行控制时，数字调制可分为三种基本形式：频移键控（Frequency-Shift Keying，FSK），振幅键控（Amplitude-Shift Keying，ASK），相移键控（Phase-ShiftKeying，PSK。实际应用中不同的调制方式形成通信系统的不同体制，从而决定各种通信系统的基本性能。FSK 调制在中低速通信系统中得到了广泛的应用，例如CID(Calling IdentityDelivery) 来电显示，低速的Modem，铁路系统和电力线载波通信。文中介绍了2FSK 调制的原理，并基于FPGA 设计了2FSK 调制解调电路。

1 2FSK基本原理

FSK 是利用载波的频率变化来传递数字信息，二进制频移键控2FSK是信号码元的‘1’和‘0’分别用两个不同的频率的正弦载波来传送，其表达式为：式中φ1 和φ0 是码元的初始相位，ω1=2πf1 和ω0=2πf0 为两个不同码元的角频率，A 为码元的包络。调制是将信息信号转换为信道信号或发送信号，主要作用就是便于发送和接收，提高接收端输出信号的质量，实现多路复用，而解调是调制的逆过程，它从接收的已

2 2FSK调制解调的设计及仿真

2.1 FPGA的基本设计流程

FPGA 具有功能强大，开发过程投资小、周期短，可反复编程修改，保密性能好，开发工具智能化等特点，正是因为它的这些优点，FPGA 在现代通信系统中正在发挥越来越重要的作用。FPGA 的设计流程就是利用EDA 开发软件和编程工具对FPGA 芯片进行开发的过程。具体的开发流程一般包括电路设计、设计输入、功能仿真、综合优化、综合后仿真、实现与布局布线、时序仿真与验证、板级仿真与验证，以及芯片编程与调试等主要步骤。文中设计基于Altera 公司的cyclone 系列芯片，采用Quartus Ⅱ开发软件。Quartus Ⅱ支持原理图式图形设计输入，文本设计输入（如ADHL、VHDL、Verilog 等HDL 语言），及波形输入等方式。常用方式是以HDL 语言为主，原理图为辅，进行混合设计以发挥二者各自特色。

2.2 2FSK调制模块设计

2FSK 调制方式有模拟调频法和频率调频法，模拟调频法使用二进制数字基带信号控制一个振荡器的参数，直接改变振荡频率，输出不同频率的信号，其原理与模拟调制相同。这种方法容易实现，但频率稳定度差。频率键控法是用数字矩形脉冲控制电子开关在两个振荡器间转换，从而输出不同频率信号的方法。该设计采用频率键控法，整个电路共分为分频器、m 序列产生器、跳变检测、数据选择器正弦信号产生器五个部分，设计框图如图1所示。2FSK 调制的仿真图如图2 所示，当基带信号为0，调制信号输出选通载波f0，当基带信号为1，调制信号输出选通载波f1。