數字調制解調器的設計

卞明運

(湖南工業大學計算機學院 湖南 株洲 412007)

數字調制解調器的設計

卞明運

(湖南工業大學計算機學院 湖南 株洲 412007)

在當今極度信息化的時代，信息和傳輸通信已然成為當今社會發展不可缺少的一環。信息作為一種可貴資源，通過在廣泛的傳遞、交流和共享可以產生可用價值，通信技術在新的時代里被賦予了新的意義和價值，伴隨著其他電子技術的發展，通信技術與時俱進和人類社會的發展共同進步發展，朝著更加人性化的方向發展。當調制信號是二進制數字基帶信號的時候，這種調制稱為二進制數字調制。在數字調制中，載波的幅度、頻率和相位只有兩種狀態進行變化。相應的調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;調制信號;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。通信系統的作用是將信息從信號發生源發送到多個目標地點。

現有通信網的主體是以傳輸模擬信號為主體而設計的，盡管基帶信號可以直接傳輸，但現有的通信網的大多數信道不適合傳輸基帶信號，基帶信號不能直接進入這種通信網。基帶信號通常包括較低的頻率，甚至直流分量。故而很難通過有限長的天線得到有效的輻射。進而不能利用無線信道直接傳播。在實際生活中一般選擇正弦信號作為載波信號。代表所傳信息的原始信號就是調制載波的信號。

將數字調制解調器通信系統在QuartusII軟件上的仿真，原因是為了表明在QuartusII軟件上可以快速簡便的完成復雜的通信系統，進而可以達到進一步優化和改善數字調制解調器通信系統的目的。

二、論述分析

(一)ASK調制解調的簡介

振幅鍵控 (ASK)相當于模擬信號中的調幅，只是在與載頻信號相乘的是二進制數碼。振幅鍵控就是把頻率/相位作為常量，而把振幅作為變量。信息是通過載波進行傳播。ASK的載波振幅是隨著調制信號而變化的，它的最簡單形式是載波信號在二進制的調制信號的控制下通斷，即通－斷鍵控或開關鍵控 (OOK)。調制方法是用相乘器實現調制器，解調方法有相干法和非相干法。

(二)PSK調制解調的簡介

相移鍵控 (PSK)，是一種用載波相位來表示輸入信號的調制技術。移向鍵控可以分為相對移相和絕對移相這兩類。以已調載波相位作為基準的相位調制叫作相對移相。

(三)FSK調制解調的簡介

FSK在技術上可以分為相干和非相干FSK，其中非相干的FSK，瞬時頻率之間的轉移是兩個分立的價值觀，分別叫做馬可和空間頻率。另外，在相干頻移鍵控或二進制的FSK中沒有斷開的輸出信號。FSK是通過頻率的變化來傳遞數字信號，它的幅度不變。

三、設計與仿真

(一)ASK調制解調器的設計與仿真

1.ASK調制解調的基本原理。 (1)2ASK調制原理。2ASK/OOK信號可以通過兩種方法得出:一種是模擬調制法，另一種是鍵控法。(2)2ASK解調原理。類似于AM信號的解調，2ASK/OOK信號的解調存在兩種方式:一種是非相干解調 (包絡檢波法)，另一種是相干解調(同步檢測法)。

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

圖1

(二)PSK調制解調器的設計和仿真

1.PSK基本原理。PSK的中文名字是相移鍵控，也就是說它是僅僅通過相位的變化來傳遞數字信號。其他的函數參數不會變，例如幅度、頻率等等。一般來說，用初始的相位0和π來表示二進制里面的“0”和“1”。2PSK解調是用相干解調的方法。

2.2PSK調制解調器通過QuartusII軟件的仿真。2PSK解調后的波形如圖2所示。

圖2

(三)FSK的調制解調器的設計和仿真

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傳遞信息。在2FSK中，載波的頻率的是在基帶信號的兩個頻率點之間變化的。

2FSK有兩種方法產生:調頻法和鍵控法。也就是在二進制基帶矩形序列的控制下通過開關電路進行選通兩個獨立頻率源。可以讓它在每個碼元期間輸出f1或f2其中一個。調頻法產生的2FSK信號在相鄰的碼元之間的相位是連續變化的。鍵控法產生的2FSK不一定連續。2FSK信號常用的解調方式是包絡檢波和相干解調。

2.2FSK調制解調器通過QuartusII軟件的仿真。2FSK解調時運行后波形如圖3所示。

圖3

四、總結

通過用QuartusII軟件成功的仿真出2ASK、2PSK和2FSK的調制和解調波形，可以通過對比2ASK、2PSK和2FSK的調制解調波形發現兩個波形只是在時間上相差一些，解調出來的信號波形要比調制的波形延遲一些，而且當相位延遲π時，會出現解調輸出的數字基帶信號序列反向的問題。并且可以通過控制輸入波形來改變輸出波形。通過在QuartusII軟件上可以快速簡便的完成復雜的通信系統，進而不僅可以學習和理解通信系統，還可以達到優化和改善數字調制解調器通信系統的目的。

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卞明運 (1993－)，男，山東濟寧，在讀研究生，湖南工業大學計算機學院，計算機圖像處理。