基于FPGA的FSK调制解调系统设计

2015-05-04 08:52杨湲肖顺文邹贵祥易欢李怡琳

数字技术与应用 2014年12期

杨湲++肖顺文++邹贵祥++易欢++李怡琳

摘要：根据FSK调制和解调的原理，设计了一种基于 FPGA 芯片的FSK调制解调器。本系统采用频率键控法设计调制模块，利用过零检测法实现解调模块。测试结果表明：fsk解调信号波形和输入基带信号波形一致，满足系统的设计要求，整个系统具有较高稳定性。

关键词：FPGA 移频键控过零检测法

中图分类号：TN914.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0161-02

1 前言

FSK（Frequency-shift keying）频移键控是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术，用FSK来实现调制过程具有转换速度快、波形好、稳定度高、电路结构简单、抗干扰能力强等优点，因此FSK调制技术在数据传输中广泛应用[1，2]。在本设计中，调制器与解调器均采用模块化设计方法实现。在调制中，根据基带信号的变化控制频率成分的输出，以此实现利用输出频率的变化来传递数字信息。解调则是采用过零检测法实现，即在一个检测周期，计数上升沿的个数，根据上升沿个数判断频率的大小，从而判断出输入的是“0”还是“1”。本设计中调制解调系统采用顶层设计方法，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。

2 调制、解调原理

本设计中调制系统采用FSK调制，它是输出频率随数字信号而变化的一种调制方式，即利用数字基带信号去控制选择开关来改变输出的频率成分，从而实现FSK调制[1]。在2FSK中，设0对应的载波频率ω1，1对应的载波频率ω2，则其表达式如（1）所示[3]：

特别地，在正交解调中，过零检测法结构简单、易于实现、对增益起伏不敏感，因此本设计采用该方法进行信号解调。在过零检测法中，信号频率的高低是由在一个单位时间内，信号波形通过零电平轴的次数来确定的，因此采用过零检测法，测出过零点数，便可判断相关的频率成分[4]。

3 调制、解调电路结构

调制、解调电路结构如图1所示[4]，基带信号输入到寄存器保存信息，再由寄存器输出信号，控制二选一选通开关，使其中一路频率输出，便得到调制fsk信号。将fsk信号输入到解调器中，用一个寄存器保存已调信号，当时钟上升沿到来的时候，计数器Ⅰ计数一次，计数值为10时清零，当fsk信号的上升沿到来时，计数器Ⅱ计数一次，在计数器Ⅰ记数到10 时清零。判决器的功能是：以10个时钟信号为周期，在计数器Ⅰ计数值为9 时，对计数器Ⅱ计数值进行判决，计数器Ⅱ的数值小于2输出“1”，否则输出“0”，输出结果即为解调信号[7，8]。

4 调制、解调硬件电路设计

调制原理图如图2所示，clk为2MHz时钟脉冲信号输入，jishuqi1输出频率为500KHz的载波f1，f1输入到xuanzeqi的a端，jishuqi2输出频率为100KHz的载波f2，f2输入到xuanzeqi的b端。由inn信号控制xuanzeqi，使f1、f2其中的一路频率输出。

解调原理图如图3所示，将调制器输出的fsk信号连接到解调器的fsk端，调制信号经过解调器解调后得到outt信号。

5 调制、解调仿真结果

调制设计仿真图如图4所示，从仿真图看出输入的时钟脉冲为2MHz，经4分频后得到500KHz的载波f1，经20分频后得到100KHz的载波f2，fsk是输出的调制信号。

解调设计仿真图如图5所示，从仿真图看出，输出信号和输入信号波形完全一致，系统具有可靠的稳定性，能够满足设计的要求。

6 结语

本设计的调制解调系统是以Quartus II 9.0软件为操作平台，基于VHDL语言进行设计，利用模块化设计，简化了电路，提高了运算的速度，实现了调制解调的相关功能，并且提高了系统稳定性。

参考文献

[1]张志聪.2FSK解调器前端设计[D].四川成都：电子科技大学，2010：3-4.

[2]林德彬，杨锦辉.无线编码解码控制系统的设计与实践[J].西安航空技术高等专科学校学报，2006，24（5）：24-26.

[3]周志法，艾文，张尧琴.基于FPGA的2FSK数字信号调制解调[J].电子科技，2012，25（3）：121-123.