全數字調制解調器研究與設計

宋紅艷

山東泉清通信有限責任公司 山東 濟南 250100

從整個通信系統運行之中能夠看出，調制解調技術具備十分重要的意義，實際效果的好與壞，將會對通信系統性能和質量產生很大影響。隨著通信技術的不斷發展，調制解調技術也由之前的模擬形式漸漸向數字形式轉變。而且與傳統模擬方式相比，無論是從傳輸質量，還是在經濟性和技術性上，數字化調制方式均具備明顯優勢，抗干擾能力較強，作用和地位均比較突出。

1 全數字調制解調器的基本概念

通信一般包括數字通信和模擬通信，其中，數字通信由于自身實現起來比較容易，傳輸質量較高，應用范圍要比模擬通信更加廣泛。另外，實際數字信號傳輸也被人們分成兩種模式，即頻帶傳輸模式以及基帶傳輸模式。其中，基帶信號主要代指對載波沒有進行調制的數字信號。對于基帶傳輸，指不搬移數字信號頻譜的一種傳輸模式。在該種傳輸形式的作用下，頻帶也能作為基帶實現應用，一般來說，基帶高限頻率比底限頻率往往會大于1。雖然基帶傳輸更容易實現，自身原理也比較簡單，但在長距離傳輸過程中存在很多問題，對信道要求也較高。所以說，在長距離傳輸之中，需要應用特定信道，如衛星通信、移動通信等等，會應用頻帶傳輸形式。全數字調制解調技術在該領域之中能夠呈現出很大價值，能夠對基帶數字信號技術進行控制，實現基帶數字信號的數字解調。該解調過程也被人們稱之為數字調制解調器，即Modem，為了方便研究，人們將數字調制技術分成三大類，即相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)、振幅鍵控(ASK)，上述三項技術能夠分別通過載波信號相位和頻率等，對數字信號進行傳輸。

2 全數字調制解調器的基本原理

相比于線連續波的模擬控制，數字調制并沒有出現太大不同，均是為了實現信息的有效傳輸而進行頻譜搬移操作。其中，數字調制主要針對的是數字信號，而連續波針對的是模擬信號進行的調制。另外，從實際數字信號調制過程中可以看出，數字基帶信號主要呈現出離散型特點，在時間和振幅中表現的十分明顯，人們可以借助于鍵控法實現快捷操作。由于基于數字電路的鍵控法自身具備調試方便等優勢，能夠成為Modem 的操作基礎所在。為了方便研究，工作人員還會將二進制數字調制技術劃分成三種調制形式，即相位鍵控、頻移鍵控和幅移鍵控。

3 全數字調制解調器的設計方法

3.1 頻率合成 所謂頻率合成，主要指從高準確、高穩定參考頻率，在不同技術的作用下，出現大量的離散型輸出頻率，其中，MSK 數字化調制主要應用的是數字頻率直接合成技術。縱觀整個處理頻率合成的手段，主要涉及到以下幾方面內容：第一，借助于硬件完成對頻率的加減乘除等基本勻速；第二，應用鎖相技術；第三，將各種計算機技術和其他數字技術的作用呈現出來。根據實際情況，本文選擇的研究技術為查找表技術。縱觀整個MSK信號設計，涉及到的具體步驟如下：首先，在差分編碼時需要輸入合理數據，為了滿足相干載波解調在解調端的使用需求；其次，應用并交換器或者是串交換器將差分編碼器輸出分成兩路，在兩路之間錯開一個碼元寬度。最后，借助于正交載波實現對加權數據的合理化調制，將結果相加在一起，借助于低通濾波器處理后的相加信號，對最終的MSK信號進行獲取。

3.2 MSK解調器系統結構 從MSK 信號產生及調制器工作流程研究中能夠看出，對于MSK調制器設計，主要涉及到以下幾個模塊：第一，時鐘頻率處理模塊。該模塊主要應用的是數字鎖相環技術，主要是對時鐘輸入進行降頻操作，確保始終頻率滿足系統要求；第二，差分編碼模塊，為了讓接收端能夠應用相干波解調，人們可以在系統之中出入串行數據，在差分解碼之后，在進行輸入操作；第三，串行轉換模塊。主要應用串并轉換技術，對系統之中的串行數據進行有效處理，將之前的比特數據流轉變成I和Q 兩路正交數據，最終將調制信號中的同相信號作用呈現出來。第四，中頻調制模塊。工作人員可以在需要的中頻段上，調制入經過基帶調制處理的信號，該過程需要得到乘法器模塊的幫助。

3.3 測試系統結構設計 該系統主體包括三部分內容，即MSK 調制器、解調器和信號發生器三部分。首先，工作人員可以借助于信號發生器產生一組自定義數據，方便驗證和觀測操作。數據在經過MSK 調制器調制之后，便會形成調制波形，當調制波形經過解調器解調之后，可以將其還原成二進制數字信號。其次，系統之中任何節點信號都能通過Altera內嵌邏輯分析儀Signal Tap 進行觀測，并將解調之后的數字信號和信號發生器所產生的信號進行對比，對該系統功能進行有效驗證。最后，從全數字調制解調器研究和設計環節中能夠看出，功能檢驗目的也能合理實現，這里能夠將調制信號直接送入到解調模塊之中。為了維護檢驗系統的準確性，工作人員還要對源信號和解調后信號進行對比，明確最終的對比結果。

3.4 低功耗設計技術 從系統級設計中可以看出，最為常見的低功耗技術主要包括功率管理、動態電壓調節以及指令編碼等等。在算法級設計時，算法轉換能夠從很大程度上降低電路的功率消耗。之所以能夠達到上述效果，人們可以通過改變算法中的計算結構，讓I/O 結果始終保持不變狀態，怎樣做的目的就是滿足系統功能的前提下，做到功率損耗的合理優化，常見方式有兩種，一種是借助于加速變換來降低供電電壓，另一種是使用更多的一般變換降低有效電容。

4 結論

綜上所述，調制解調技術在通信系統發展之中具備不可替代的作用，工作效果對通信系統質量和性能也會產生影響。隨著通信技術的不斷發展，調制解調技術也得到了很大進步，從原始模擬方式過度到現階段的數字方式。無論是在信息傳輸，還是從靈活性等方面，數字化調制模式均能展示出相應優勢，為后續工作的開展創造有利條件。