卞明運(yùn)

(湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 湖南 株洲 412007)

數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)

卞明運(yùn)

(湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 湖南 株洲 412007)

在當(dāng)今極度信息化的時(shí)代，信息和傳輸通信已然成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展不可缺少的一環(huán)。信息作為一種可貴資源，通過(guò)在廣泛的傳遞、交流和共享可以產(chǎn)生可用價(jià)值，通信技術(shù)在新的時(shí)代里被賦予了新的意義和價(jià)值，伴隨著其他電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)和人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展共同進(jìn)步發(fā)展，朝著更加人性化的方向發(fā)展。當(dāng)調(diào)制信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的時(shí)候，這種調(diào)制稱(chēng)為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。在數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度、頻率和相位只有兩種狀態(tài)進(jìn)行變化。相應(yīng)的調(diào)制方式可以分為振幅鍵控 (ASK)、相移鍵控 (PSK)和頻移鍵控 (FSK)。

通信;調(diào)制信號(hào);振幅鍵控;相移鍵控;頻移鍵控

一、引言

通信的目的是傳輸信息。通信系統(tǒng)的作用是將信息從信號(hào)發(fā)生源發(fā)送到多個(gè)目標(biāo)地點(diǎn)。

現(xiàn)有通信網(wǎng)的主體是以傳輸模擬信號(hào)為主體而設(shè)計(jì)的，盡管基帶信號(hào)可以直接傳輸，但現(xiàn)有的通信網(wǎng)的大多數(shù)信道不適合傳輸基帶信號(hào)，基帶信號(hào)不能直接進(jìn)入這種通信網(wǎng)?；鶐盘?hào)通常包括較低的頻率，甚至直流分量。故而很難通過(guò)有限長(zhǎng)的天線(xiàn)得到有效的輻射。進(jìn)而不能利用無(wú)線(xiàn)信道直接傳播。在實(shí)際生活中一般選擇正弦信號(hào)作為載波信號(hào)。代表所傳信息的原始信號(hào)就是調(diào)制載波的信號(hào)。

將數(shù)字調(diào)制解調(diào)器通信系統(tǒng)在QuartusII軟件上的仿真，原因是為了表明在QuartusII軟件上可以快速簡(jiǎn)便的完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)，進(jìn)而可以達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化和改善數(shù)字調(diào)制解調(diào)器通信系統(tǒng)的目的。

二、論述分析

(一)ASK調(diào)制解調(diào)的簡(jiǎn)介

振幅鍵控 (ASK)相當(dāng)于模擬信號(hào)中的調(diào)幅，只是在與載頻信號(hào)相乘的是二進(jìn)制數(shù)碼。振幅鍵控就是把頻率/相位作為常量，而把振幅作為變量。信息是通過(guò)載波進(jìn)行傳播。ASK的載波振幅是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的，它的最簡(jiǎn)單形式是載波信號(hào)在二進(jìn)制的調(diào)制信號(hào)的控制下通斷，即通－斷鍵控或開(kāi)關(guān)鍵控 (OOK)。調(diào)制方法是用相乘器實(shí)現(xiàn)調(diào)制器，解調(diào)方法有相干法和非相干法。

(二)PSK調(diào)制解調(diào)的簡(jiǎn)介

相移鍵控 (PSK)，是一種用載波相位來(lái)表示輸入信號(hào)的調(diào)制技術(shù)。移向鍵控可以分為相對(duì)移相和絕對(duì)移相這兩類(lèi)。以已調(diào)載波相位作為基準(zhǔn)的相位調(diào)制叫作相對(duì)移相。

(三)FSK調(diào)制解調(diào)的簡(jiǎn)介

FSK在技術(shù)上可以分為相干和非相干FSK，其中非相干的FSK，瞬時(shí)頻率之間的轉(zhuǎn)移是兩個(gè)分立的價(jià)值觀(guān)，分別叫做馬可和空間頻率。另外，在相干頻移鍵控或二進(jìn)制的FSK中沒(méi)有斷開(kāi)的輸出信號(hào)。FSK是通過(guò)頻率的變化來(lái)傳遞數(shù)字信號(hào)，它的幅度不變。

三、設(shè)計(jì)與仿真

(一)ASK調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與仿真

1.ASK調(diào)制解調(diào)的基本原理。 (1)2ASK調(diào)制原理。2ASK/OOK信號(hào)可以通過(guò)兩種方法得出:一種是模擬調(diào)制法，另一種是鍵控法。(2)2ASK解調(diào)原理。類(lèi)似于AM信號(hào)的解調(diào)，2ASK/OOK信號(hào)的解調(diào)存在兩種方式:一種是非相干解調(diào) (包絡(luò)檢波法)，另一種是相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)。

2.2ASK通過(guò)QuartusII軟件的仿真。為了得到2ASK的解調(diào)波形，除了要輸入VHDL代碼外，還要繪制輸入波形，運(yùn)行后的仿真解調(diào)波形如圖1所示。

圖1

(二)PSK調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)和仿真

1.PSK基本原理。PSK的中文名字是相移鍵控，也就是說(shuō)它是僅僅通過(guò)相位的變化來(lái)傳遞數(shù)字信號(hào)。其他的函數(shù)參數(shù)不會(huì)變，例如幅度、頻率等等。一般來(lái)說(shuō)，用初始的相位0和π來(lái)表示二進(jìn)制里面的“0”和“1”。2PSK解調(diào)是用相干解調(diào)的方法。

2.2PSK調(diào)制解調(diào)器通過(guò)QuartusII軟件的仿真。2PSK解調(diào)后的波形如圖2所示。

圖2

(三)FSK的調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)和仿真

1.2FSK的基本原理。2FSK是頻移鍵控，它是利用載波的頻率的不同來(lái)傳遞信息。在2FSK中，載波的頻率的是在基帶信號(hào)的兩個(gè)頻率點(diǎn)之間變化的。

2FSK有兩種方法產(chǎn)生:調(diào)頻法和鍵控法。也就是在二進(jìn)制基帶矩形序列的控制下通過(guò)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行選通兩個(gè)獨(dú)立頻率源。可以讓它在每個(gè)碼元期間輸出f1或f2其中一個(gè)。調(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)在相鄰的碼元之間的相位是連續(xù)變化的。鍵控法產(chǎn)生的2FSK不一定連續(xù)。2FSK信號(hào)常用的解調(diào)方式是包絡(luò)檢波和相干解調(diào)。

2.2FSK調(diào)制解調(diào)器通過(guò)QuartusII軟件的仿真。2FSK解調(diào)時(shí)運(yùn)行后波形如圖3所示。

圖3

四、總結(jié)

通過(guò)用QuartusII軟件成功的仿真出2ASK、2PSK和2FSK的調(diào)制和解調(diào)波形，可以通過(guò)對(duì)比2ASK、2PSK和2FSK的調(diào)制解調(diào)波形發(fā)現(xiàn)兩個(gè)波形只是在時(shí)間上相差一些，解調(diào)出來(lái)的信號(hào)波形要比調(diào)制的波形延遲一些，而且當(dāng)相位延遲π時(shí)，會(huì)出現(xiàn)解調(diào)輸出的數(shù)字基帶信號(hào)序列反向的問(wèn)題。并且可以通過(guò)控制輸入波形來(lái)改變輸出波形。通過(guò)在QuartusII軟件上可以快速簡(jiǎn)便的完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)，進(jìn)而不僅可以學(xué)習(xí)和理解通信系統(tǒng)，還可以達(dá)到優(yōu)化和改善數(shù)字調(diào)制解調(diào)器通信系統(tǒng)的目的。

［1］樊昌信等.通信原理 (第五版).北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2001

［2］廖裕評(píng)等.CPLD數(shù)字電路設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社，2001

［3］段吉海等.基于CPLD/FPGA的數(shù)字通信系統(tǒng)建模與設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社，2004

［4］關(guān)清三等.數(shù)字調(diào)制解調(diào)基礎(chǔ).電子工業(yè)出版社，2001

［5］王士林等.現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制及應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2015

［6］斯托林斯等，無(wú)線(xiàn)通信及網(wǎng)絡(luò)，清華大學(xué)出版社，2005

［7］邁德豪等.數(shù)字通信基礎(chǔ)，人們郵電出版社，2010

［8］林春方等.高頻電子線(xiàn)路，電子工業(yè)出版社，2010

［9］劉志華等.射頻和無(wú)線(xiàn)技術(shù)入門(mén)，清華大學(xué)出版社，2005

［10］孫錦華等.現(xiàn)代調(diào)制解調(diào)技術(shù)，西安電子科技出版社，2014

卞明運(yùn) (1993－)，男，山東濟(jì)寧，在讀研究生，湖南工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，計(jì)算機(jī)圖像處理。