數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計

卞明運

(湖南工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院 湖南 株洲 412007)

數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計

卞明運

(湖南工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院 湖南 株洲 412007)

在當(dāng)今極度信息化的時代，信息和傳輸通信已然成為當(dāng)今社會發(fā)展不可缺少的一環(huán)。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(chǎn)生可用價值，通信技術(shù)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(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)與時俱進和人類社會的發(fā)展共同進步發(fā)展，朝著更加人性化的方向發(fā)展。當(dāng)調(diào)制信號是二進制數(shù)字基帶信號的時候，這種調(diào)制稱為二進制數(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;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發(fā)生源發(fā)送到多個目標地點。

現(xiàn)有通信網(wǎng)的主體是以傳輸模擬信號為主體而設(shè)計的，盡管基帶信號可以直接傳輸，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，基帶信號不能直接進入這種通信網(wǎng)。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(diào)制載波的信號。

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軟件上可以快速簡便的完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)，進而可以達到進一步優(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)的簡介

振幅鍵控 (ASK)相當(dāng)于模擬信號中的調(diào)幅，只是在與載頻信號相乘的是二進制數(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。信息是通過載波進行傳播。ASK的載波振幅是隨著調(diào)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(diào)制信號的控制下通斷，即通－斷鍵控或開關(guān)鍵控 (OOK)。調(diào)制方法是用相乘器實現(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)的簡介

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

(三)FSK調(diào)制解調(diào)的簡介

FSK在技術(shù)上可以分為相干和非相干FSK，其中非相干的FSK，瞬時頻率之間的轉(zhuǎn)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(shù)字信號，它的幅度不變。

三、設(shè)計與仿真

(一)ASK調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計與仿真

1.ASK調(diào)制解調(diào)的基本原理。 (1)2ASK調(diào)制原理。2ASK/OOK信號可以通過兩種方法得出:一種是模擬調(diào)制法，另一種是鍵控法。(2)2ASK解調(diào)原理。類似于AM信號的解調(diào)，2ASK/OOK信號的解調(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)(同步檢測法)。

2.2ASK通過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(shù)字信號。其他的函數(shù)參數(shù)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(diào)是用相干解調(diào)的方法。

2.2PSK調(diào)制解調(diào)器通過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(chǎn)生:調(diào)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(guān)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(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK信號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QuartusII軟件的仿真。2FSK解調(diào)時運行后波形如圖3所示。

圖3

四、總結(jié)

通過用QuartusII軟件成功的仿真出2ASK、2PSK和2FSK的調(diào)制和解調(diào)波形，可以通過對比2ASK、2PSK和2FSK的調(diào)制解調(diào)波形發(fā)現(xiàn)兩個波形只是在時間上相差一些，解調(diào)出來的信號波形要比調(diào)制的波形延遲一些，而且當(dāng)相位延遲π時，會出現(xiàn)解調(diào)輸出的數(shù)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(fù)雜的通信系統(tǒng)，進而不僅可以學(xué)習(xí)和理解通信系統(tǒng)，還可以達到優(yōu)化和改善數(shù)字調(diào)制解調(diào)器通信系統(tǒng)的目的。

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