基于VHDL的2FSK調制解調器設計

摘要：在數字通信系統中，數字調制與解調技術(shù)占有非常重要的地位。文中介紹了FSK調制解調的基本原理，用VHDL語(yǔ)言實(shí)現了2FSK調制解調器的設計，整個(gè)系統設計在MAX+plusII開(kāi)發(fā)平臺上進(jìn)行編譯仿真，最后在EPM7032LC44-15目標芯片上實(shí)現。仿真結果表明此設計方案是可行的，系統具有較高的實(shí)用性和可靠性。
關(guān)鍵詞：調制；解調；頻移鍵控；超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言

0 引言
在通信系統中，基帶數字信號在遠距離傳輸，特別是在有限帶寬的高頻信道如無(wú)線(xiàn)或光纖信道上傳輸時(shí)，必須對數字信號進(jìn)行載波調制，這在日常生活和工業(yè)控制中被廣泛采用。數字信號對載波頻率調制稱(chēng)為頻移鍵控即FSK。FSK是用不同頻率的載波來(lái)傳送數字信號，用數字基帶信號控制載波信號的頻率，是信息傳輸中使用較早的一種調制方式。它的主要特點(diǎn)是：抗干擾能力較強，不受信道參數變化的影響，傳輸距離遠，誤碼率低等。在中低速數據傳輸中，特別是在衰落信道中傳輸數據時(shí)，有著(zhù)廣泛的應用。但傳統的FSK調制解調器采用“集成電路+連線(xiàn)”的硬件實(shí)現方式進(jìn)行設計，集成塊多、連線(xiàn)復雜且體積較大，特別是相干解調需要提取載波，設備相對比較復雜，成本高。本文基于FPGA芯片，采用VHDL語(yǔ)言，利用層次化、模塊化設計方法，提出了一種2FSK調制解調器的實(shí)現方法。
調制信號是二進(jìn)制數字基帶信號時(shí)，這種調制稱(chēng)為二進(jìn)制數字調制。在二進(jìn)制數字調制中，載波的幅度、頻率和相位只有兩種變化狀態(tài)。相應的調制方式有二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)，二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)和二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)。2FSK就是用兩種不同頻率的載波來(lái)傳送數字信號。特別適合應用于衰落信道，其占用頻帶較寬，頻帶利用率低，實(shí)現起來(lái)較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好，在中低速數據傳輸中得到了廣泛的應用。

1 調制解調的基本原理
FSK就是利用載波信號的頻率變化來(lái)傳遞數字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)之間變化。故其表達式為：

也就是說(shuō)，一個(gè)2FSK信號可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號的疊加。因此，2FSK信號的時(shí)域表達式又可以寫(xiě)成：

2FSK信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調頻電路來(lái)實(shí)現，另一種可以采用鍵控法來(lái)實(shí)現，即在二進(jìn)制基帶矩形脈沖序列的控制下通過(guò)開(kāi)關(guān)電路對兩個(gè)不同的獨立頻率源進(jìn)行選通，使其在每個(gè)碼元Ts期間輸出f1或f2兩個(gè)載波之一。這種方法產(chǎn)生2FSK信號的差異
在于：由調頻法產(chǎn)生的2FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續變化的。而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號，是由電子開(kāi)關(guān)在兩個(gè)獨立的頻率源之間轉換形成，故相鄰碼元之間的相位不一定連續。