基于Quartus2平臺實現fsk調制解調

摘 要：調制解調器是通信系統中的關鍵設備，其性能的好壞直接關系到整個系統的性能。本設計的FSK調制系統具有抗干擾、抗噪聲、抗衰減性能較強、技術復雜程度比較低、成本低等諸多優點，可以在中低速數據傳輸通信系統中應用。

關鍵詞：調制解調 fsk Quartus2平臺

中圖分類號：TN915 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0008-02

數字調制解調技術是現代通信的一個重要的內容，在數字通信系統中，由于基帶數字信號包含了豐富的低頻部分，如果要遠距離傳輸，特別是在有限帶寬的高頻信道無線或光纖信道傳輸時，必須對數字信號進行載波調制，使基帶信號的功率譜搬移到較高的載波頻率上，這就稱為數字調制（Digital Modulation）。

1 FSK調制解調的基本原理

1.1 FSK的調制

頻移鍵控即FSK（Frequency-Shift Keying）數字信號對載波頻率調制，主要通過數字基帶信號控制載波信號的頻率來來傳遞數字信息。在二進制情況下，“1”對應于載波頻率，“0”對應載波頻率，但是它們的振幅和初始相位不變化。FSK信號產生的兩種方法。

1.1.1 直接調頻法

用二進制基帶矩形脈沖信號去調制一個調頻器，使其輸出兩個不同頻率的碼元。一般采用的控制方法是：當基帶信號為正時（相當于“1”碼），改變振蕩器諧振回路的參數（電容或者電感數值），使振蕩器的振蕩頻率提高（設為f1）；當基帶信號為負時（相當于“0”碼），改變振蕩器諧振回路的參數（電容或者電感數值），使振蕩器的振蕩頻率降低（設為f2）；從而實現了調頻。這種方法產生的調頻信號是相位連續的，雖然實現方法簡單，但頻率穩定度不高，同時頻率轉換速度不能做得太快，但是其優點是由調頻器所產生的FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續的。

1.1.2 頻率鍵控法

頻率鍵控法也稱頻率選擇法。它有兩個獨立的振蕩器，數字基帶信號控制轉換開關，選擇不同頻率的高頻振蕩信號實現FSK調制。（如圖1）

鍵控法產生的FSK信號頻率穩定度可以做得很高并且沒有過渡頻率，它的轉換速度快，波形好。頻率鍵控法在轉換開關發生轉換的瞬間，兩個高頻振蕩的輸出電壓通常不可能相等，于是UFSK（t）信號在基帶信息變換時電壓會發生跳變，這種現象也稱為相位不連續，這是頻率鍵控特有的情況。

1.2 FSK的解調

1.2.1 相干檢測法

相干檢測法的具體解調電路是同步檢波器，原理方框圖如圖2所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數字信息的低頻信m4AYs2oFYwr8OmrjxZHOTQ==號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進行比較判決（判決規則同于包絡檢波法），即可還原出基帶數字信號。

1.2.2 過零檢測法

檢測單位時間內信號經過零點的次數多少，可以用來衡量頻率的高低。數字調頻波的過零點數隨不同載頻而異，故檢出過零點數可以得到關于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。

2 FSK調制解調的仿真

2.1 FSK調制仿真

設計完成后，必須對其功能和時序性能進行仿真測試，以驗證設計結果是否滿足設計要求。整個時序仿真測試流程一般有建立波形文件、設置波形參數、編輯輸入信號、運行仿真器和分析方針波形等步驟。

2.1.1 FSK調制波形仿真

（1）建立仿真測試波形文件。

選擇Quartus II主窗口的File菜單的New選項，在彈出的文件類型編輯對話框中，選擇Other Files中的Vector Weaveform File項，單擊OK按鈕，即出現波形文件編輯窗口。

（2）設置仿真時間區域。

對于時序仿真測試來說，將仿真時間設置在一個合理的時間區域內是十分必要的，通常設置的時間區域將視具體的設計項目而定。

設計中整個仿真時間區域設為6us、時間軸周期為40ns，其設置步驟是在Edit菜單中選擇End Time，在彈出的窗口中Time處填入6，單位選擇us，同理在Gride Size中Time period輸入40ns，單擊OK按鈕，設置結束。

（3）設計信號波形。

單擊全屏顯示按鈕，使之全屏顯示，并單擊放大縮小按鈕，再用鼠標在波形編輯窗口單擊（右擊為放大，左擊為縮小），使仿真坐標處于適當位置。單擊窗口的時鐘信號clk使之變成藍色條，再單擊右鍵，選擇Value設置中的Count Value項，設置clk為連續變化的二進制值，初始值為“0”。單擊start使之變成藍色，再單擊右鍵，選擇Value設置中的Forcing High項，使start變成高電平信號。單擊x使之變成藍色，再單擊右左側Waveform Editing按鈕，把x變成高低電平連續變化信號。

（4）所有設置完成后，即可啟動仿真器Processing︱Start Simulation直到出現Simulation was successful，仿真結束。仿真波形輸出文件PL_FSK Simulation Report將自動彈出如圖3所示。注意，Quartus II的仿真波形文件中，波形編輯文件（*.vwf）與波形仿真報告輸出文件（Simulation Report）是分開的，而Maxplus II的激勵波形編輯文件與波形仿真報告輸出文件是合二為一的。

3 結語

傳統的FSK調制解調方式都是采用硬件電路實現，電路復雜、調試不便。本文中采用硬件描述語言設計的基于FPGA調制解調器，設計靈活、修改方便，有效地縮小了系統的體積，增加了可靠性，同時系統采用VHDL語言進行設計，具有良好的可移植性及產品升級的系統性；由于使用FPGA芯片，可隨時在線更改邏輯設計及有關參數，充分體現現場可編程器件的優越性。

參考文獻

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