基于vhdl的2fsk調(diào)制與解調(diào)—畢業(yè)論文

1、<p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　FSK信號(hào)可利用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻而獲得,這正是頻率鍵控通信方式早期采用的實(shí)現(xiàn)方法,也是利用模擬調(diào)頻法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻的方法.FSK信號(hào)的另一方法是采用鍵控法,即利用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率

2、進(jìn)行選通. 二進(jìn)制FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法是采用非相干檢測(cè)法和相干檢測(cè)法。</p><p>　　1.2 FSK 簡(jiǎn)介</p><p>　　FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要優(yōu)點(diǎn)是: 實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.3 FSK的發(fā)展</p><p>　

3、　FSK是載波頻率隨數(shù)字信號(hào)變化的一種調(diào)制方式，近十年來(lái)，數(shù)字移動(dòng)通信新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)取得了巨大進(jìn)展，要求傳輸數(shù)字化的信令，又傳數(shù)字化的信息，因而系統(tǒng)必須采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，然而一般的數(shù)字調(diào)制技術(shù)：如 移相鍵控PSK，頻移鍵控FSK，因傳輸效率低而無(wú)法滿足移動(dòng)通信的要求：為此；需要專門(mén)研究一些抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高的調(diào)制技術(shù)，盡可能地提高單位頻帶內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的比特率。適應(yīng)移動(dòng)通信的要求；目前已發(fā)展為：正交相移鍵控QPSK、正交調(diào)

4、幅QAM、最小移頻鍵控MSK、高斯最小移頻鍵控GMSK等。 </p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　2.1 實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　所謂FSK就是用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。 本實(shí)驗(yàn)中,二進(jìn)制的基帶信號(hào)是用正負(fù)電平來(lái)表示的?！?”碼對(duì)應(yīng)于載波頻率F1, “0”對(duì)應(yīng)于F2。使其輸出頻率為f1和f2相

5、間的正弦波行。</p><p>　　FSK信號(hào)的解調(diào)分為相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法。非相干解調(diào)分為鑒頻法,過(guò)零檢波法,微分法等.（本實(shí)驗(yàn)采用相干方式）類(lèi)型：二進(jìn)制移頻鍵控(2FSK)，多進(jìn)制移頻鍵控(MFSK). </p><p>　　相位不連續(xù)的FSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)不同載波頻率的ASK以調(diào)信號(hào)的疊加.因此其功率譜是兩個(gè)ASK信號(hào)功率之和.當(dāng)基帶信號(hào)不含直流分量時(shí)，其帶寬為 BFSK

6、=|f2-f1|+2fs。</p><p>　　2.2 FSK調(diào)制器的工作原理</p><p>　　FSK調(diào)制功能框圖如圖,</p><p>　　圖2.1 FSK調(diào)制功能框圖</p><p>　　首先由晶振電路產(chǎn)生正弦波信號(hào),然后在經(jīng)過(guò)分頻器后.再分別通過(guò)兩個(gè)帶通濾波器,產(chǎn)生f1和f2兩個(gè)載頻.用‘1’ ‘0’碼和巴可碼來(lái)控制模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)

7、字基帶信號(hào),其中:巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進(jìn)制碼組。它是一個(gè)非周期序列，一個(gè)n位的巴克碼{X1，X2，X3，···Xn。}，每個(gè)碼元只可能取值十1或一1，它的局部自相關(guān)函數(shù)為: </p><p>　　表中“＋”表示Xi取值為十l，“－”表示Xi取值為－l，以七位巴克碼組{+++--+-}為例，求出它的自相關(guān)函數(shù)如下：同樣可以求出j＝2，3，4，5，6，7時(shí)R(j)的值分別為－l，

8、0，－l，0，－l，O。另外，再求出j為負(fù)值的自相關(guān)函數(shù)，兩者一起畫(huà)出的七位巴克碼的R(j)與j的關(guān)系曲線如圖2.4所示。由圖可見(jiàn)，自相關(guān)函數(shù)在j＝0時(shí)具有尖銳的峰值。 </p><p>　　圖2.4 巴克碼的自相關(guān)函數(shù)</p><p>　　產(chǎn)生巴克碼的方法常用移位寄存器，七位巴克碼產(chǎn)生器如圖2.5：</p><p>　　圖2.5巴克碼產(chǎn)生器 </p>

9、<p>　　圖2.5(a)是串行式產(chǎn)生器，移位寄存器的長(zhǎng)度等于巴克碼組的長(zhǎng)度。七位巴克碼由七級(jí)移位寄存器單元組成，各寄存器單元的初始狀態(tài)由預(yù)置線預(yù)置成巴克碼組相應(yīng)的數(shù)字。七位巴克碼的二進(jìn)制數(shù)為lll00lO，移位寄存器的輸出端反饋至輸入端的第一級(jí)，因此，七位巴克碼輸出后，寄存器各單元均保持原預(yù)置狀態(tài)。移位寄存器的級(jí)數(shù)等于巴克碼的位數(shù)。 另一種是采用反饋式產(chǎn)生器，同樣也可以產(chǎn)生七位巴克碼，如圖2.5(b)所示，這種方法也叫邏輯

10、綜合法，此結(jié)構(gòu)節(jié)省部件。巴克碼的識(shí)別仍以七位巴克碼為例，用七級(jí)移位寄存器、相加器和判決器就可以組成一個(gè)巴克碼識(shí)別器，如圖2.6所示，各移位寄存器輸出端的接法和巴克碼的規(guī)律一致，即與巴克碼產(chǎn)生器的預(yù)置狀態(tài)相同。 </p><p>　　圖2.6 巴克碼判決 </p><p>　　當(dāng)輸入數(shù)據(jù)中的1進(jìn)入移位寄存器時(shí)，輸出電平為＋l，而0進(jìn)入移位寄存器時(shí)，輸出電平為－l，識(shí)別器實(shí)際是對(duì)輸入的巴克碼進(jìn)

11、行相關(guān)運(yùn)算。當(dāng)七位巴克碼在圖2.7(a)中的tl時(shí)刻已全部進(jìn)入了七級(jí)移位寄存器時(shí)，七個(gè)移位寄存器輸出端都輸出+l，相加后得最大輸出+7、若判決器的判決電平定為+6，那么，就在七位巴克碼的最后一位“0”進(jìn)入識(shí)別器后，識(shí)別器輸出一個(gè)幀同步脈沖表示一幀數(shù)字信號(hào)的開(kāi)頭，如圖2.7所示。 </p><p>　　圖2.7 巴克碼用于幀同步</p><p>　　兩路載頻經(jīng)過(guò)由數(shù)字基帶信號(hào)控制的模擬開(kāi)關(guān)

12、4052后產(chǎn)生FSK信號(hào)，整個(gè)過(guò)程波形如圖</p><p>　　2.3 FSK解調(diào)的工作原理框圖</p><p>　　FSK解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào).這里使用非相干解調(diào) (過(guò)零檢波法)。這里采用的是過(guò)零檢測(cè)法對(duì)2FSK調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。大家知道，2FSK信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)就可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過(guò)零檢測(cè)法的基本思想。</p><

13、p>　　非相干解調(diào)時(shí)FSK信號(hào)經(jīng)過(guò)放大限幅電路得到脈沖波形 .。限幅器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行限幅，以消除各種干擾和噪聲。使輸入信號(hào)的變換成跳變陡峭的方波以取得過(guò)零點(diǎn)信息。經(jīng)過(guò)微分整形后得到尖脈沖，其中脈沖的個(gè)數(shù)代表FSK信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的次數(shù),經(jīng)脈沖形成器得到一定高度和一定脈寬的方波，方波的占空比由RC電路可調(diào)，信號(hào)的平均直流分量與脈沖重復(fù)頻率成正比，也就是與輸入信號(hào)的載頻成正比。經(jīng)過(guò)低通濾波器輸出其平均直流分量，再經(jīng)判決整形后，即得到解調(diào)原始

14、數(shù)字基帶信號(hào)。在過(guò)零檢測(cè)中兩個(gè)載頻頻差越大，平均直流分量則越大，抗干擾性能也越好，但所占的頻帶也就越寬。低通濾波器的截止頻率fc的選擇原則為： f1〈 fc〈 f2。</p><p><b>　?。╝）非相干方式</b></p><p><b>　?。╞）相干方式；</b></p><p>　　2FSK解調(diào)原理框圖<

15、/p><p>　　2FSK有多種方法解調(diào)，如包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法及差分檢波法等，相應(yīng)的接收系統(tǒng)的框圖如圖所示。這里采用的是過(guò)零檢測(cè)法對(duì)2FSK調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。大家知道，2FSK信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)就可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過(guò)零檢測(cè)法的基本思想。用過(guò)零檢測(cè)法對(duì)FSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的原理框圖如圖1（c）所示。其中整形1和整形2的功能類(lèi)似于比較器，可在其輸入端將輸入信號(hào)疊

16、加在2.5V上。2FSK調(diào)制信號(hào)從“FSK-IN”輸入。UA03（LM339）的判決電壓設(shè)置在2.5V，可把輸入信號(hào)進(jìn)行硬限幅處理。這樣，整形1將2FSK信號(hào)變?yōu)門(mén)TL電平；整形2和抽樣電路共同構(gòu)成抽樣判決器，其判決電壓可通過(guò)標(biāo)號(hào)為“2FSK判決電壓調(diào)節(jié)”的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。單穩(wěn)1和單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器UA05（74HC32）一起共同對(duì)TTL電平的2FSK信號(hào)進(jìn)行微分、整流處理。電阻RA14與RA16決定

17、上升沿脈沖寬度及下降沿脈沖寬度。抽樣判決器的時(shí)鐘信號(hào)就是2FSK基帶信號(hào)的位同步信號(hào)，該信號(hào)應(yīng)從“FSK-BS”輸入，可以從信號(hào)源直接引入，也可以從同步信號(hào)恢</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1正弦波產(chǎn)生電路</p><p>　　它是由4096反相器和4.096MHz組成的晶振電路產(chǎn)生 4.096MHz的正弦波信號(hào)。</p&

18、gt;<p><b>　　3.2分頻器</b></p><p>　　把4khz的正弦波分成2khz再輸入到帶通濾波器。</p><p><b>　　，</b></p><p>　　3.3 2KHZ和4khz濾波</p><p><b>　　3.4 電源電路</b>

19、;</p><p>　　電源電路由LM7805CT 、LM79L05CZ 、MC7908C組成，為FSK提供電源</p><p>　　3.5微分整流及脈沖形成電路</p><p>　　FSK信號(hào)經(jīng)過(guò)UA741和40106放大限幅電路，在由4098微分整流及脈沖形成，低通濾波和抽樣判決電路由LM747 4013 組成，經(jīng)過(guò)LM747經(jīng)過(guò)低通濾波器輸出其平均直流分量，再

20、經(jīng)4013判決整形后，即得到解調(diào)原始數(shù)字基帶信號(hào)。</p><p>　　第四章 計(jì)算機(jī)仿真電路圖</p><p>　　System View的使用簡(jiǎn)介</p><p>　　SystemView是一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析和仿真的可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境。它可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合及多速率系統(tǒng)，可用于各種線性、非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。尤具特色的是，它可以很方

21、便地進(jìn)行各種濾波器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)備有通信、邏輯、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、射頻/模擬、碼分多址個(gè)人通信系統(tǒng)(CDMA/PCS)、數(shù)字視頻廣播(DVB)系統(tǒng)、自適應(yīng)濾波器、第三代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)等專業(yè)庫(kù)可供選擇，適合于各種專業(yè)設(shè)計(jì)人員。該系統(tǒng)支持外部數(shù)據(jù)的輸入和輸出，支持用戶自己編寫(xiě)代碼(C/C＋＋)，兼容Matlab軟件。同時(shí)，提供了與硬件設(shè)計(jì)工具的接口，支持Xilinx 公司的FPGA芯片和TI公司的DSP芯片，是一個(gè)用于現(xiàn)代工程和科學(xué)系

22、統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具平臺(tái)。SystemView已大量地應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理、通信系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真等領(lǐng)域。</p><p><b>　　4.2 主菜單功能</b></p><p>　　遵循以下步驟進(jìn)入System View系統(tǒng)視窗：</p><p>　　1.雙擊System View圖標(biāo)，開(kāi)始啟動(dòng)系統(tǒng)。</p>

23、<p>　　2.首先會(huì)出現(xiàn)System View License Manager窗口，可用來(lái)選擇附加庫(kù)。本實(shí)驗(yàn)中選擇Select All再左鍵單擊OK結(jié)束選擇。</p><p>　　3.然后會(huì)出現(xiàn)Recent System View Files窗口，可用來(lái)方便的選擇所需打開(kāi)的文件。如果沒(méi)有選擇文件，單擊Close結(jié)束選擇。結(jié)束以后就可以進(jìn)入System View系統(tǒng)窗口。如圖4-1所示。</p&

24、gt;<p>　　系統(tǒng)視窗最上邊一行為主菜單欄，包括：文件（File）、編輯（Edit）、參數(shù)優(yōu)選（Preferences）、視窗觀察（View）、便簽（Note Pads）、連接（Compiler）、系統(tǒng)菜單（System）、圖符塊（Tokens）、工具（Tool）和幫助（Help）等11項(xiàng)功能菜單。</p><p><b>　　圖4-1 系統(tǒng)窗口</b></p>

25、<p>　　4.2 快捷功能按鈕</p><p>　　在主菜單欄下，System View為用戶提供了16個(gè)常用快捷功能按鈕，按紐功能如下：</p><p>　　4.3 圖符庫(kù)選擇按鈕</p><p>　　系統(tǒng)視窗左側(cè)豎排為圖符塊選擇區(qū)。圖符塊（Toke）是構(gòu)造系統(tǒng)的基本單元電路模板，相當(dāng)于系統(tǒng)組成框圖中的一個(gè)子框圖，用戶在屏幕上所能看到的僅僅是代表某

26、一個(gè)數(shù)學(xué)模型的圖形標(biāo)志（圖符塊），圖符塊的傳遞特性由該圖符塊所具有的仿真數(shù)學(xué)模型決定。創(chuàng)建一個(gè)仿真系統(tǒng)的基本操作時(shí)，按照需要調(diào)出相應(yīng)的圖符塊，將圖符塊之間用帶有傳輸方向的連線連接起來(lái)，這樣一來(lái)，用戶進(jìn)行的系統(tǒng)輸入完全是圖形操作，不涉及語(yǔ)言編程問(wèn)題，使用十分方便。進(jìn)入系統(tǒng)后，在圖符庫(kù)選擇以下圖符如圖4-3選擇按鈕，即：</p><p>　　4.4 System View濾波器</p><p&g

27、t;　　在System View設(shè)計(jì)窗口雙擊圖符工具欄的 圖標(biāo)，工作區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)一個(gè)算子庫(kù)圖符 ，雙擊該圖符可以訪問(wèn)算子庫(kù)。雙擊濾波器域線性（ ）圖標(biāo)，或者先單擊該圖標(biāo)再單擊【Parameters】按鈕，將激活線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口，如圖5-4所示直接在System View設(shè)計(jì)窗口的工作區(qū)域點(diǎn)右鍵，在彈出的快捷菜單中選“New Filter/Linear System”項(xiàng)，可以一步完成放置圖符和激活線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口。<

28、;/p><p>　　4.5 System View時(shí)間設(shè)置</p><p>　　System View系統(tǒng)是一個(gè)離散時(shí)間系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，然后對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)的值進(jìn)行分析計(jì)算，最后輸出時(shí)，在分析窗口內(nèi)，按要求畫(huà)出各個(gè)點(diǎn)的值或模擬曲線。所以，在開(kāi)始仿真前必須對(duì)采樣起始紙上時(shí)間、采樣頻率、采樣間隔和采樣點(diǎn)數(shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如果這類(lèi)參數(shù)設(shè)置不合理，仿真運(yùn)行后的結(jié)果往往不能令人滿

29、意，甚至根本得不到預(yù)期的結(jié)果。</p><p>　　單擊System View設(shè)計(jì)窗口工具欄的 按鈕，將出現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置（System Time Specification ）對(duì)話框，如圖5-5所示。用戶需要設(shè)置幾個(gè)參數(shù)框內(nèi)的參數(shù)，包括以下幾條。</p><p>　　圖4-5 System Time Specification</p><p>　?。?）S

30、tart Time/Stop Time（開(kāi)始/終止時(shí)間）</p><p>　?。?）Sample Rate/Time Spacing（采樣率/采樣間隔）</p><p>　　（3）No.of Samples（采樣點(diǎn)數(shù)）</p><p>　?。?）頻率分辨力（Freq.Res.）</p><p>　?。?）Time Values（更新數(shù)值）&l

31、t;/p><p>　　（6）Auto Set No.Samples（自動(dòng)標(biāo)尺）</p><p>　?。?）No.of System Loops（系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)）</p><p><b>　　4.6 信號(hào)源庫(kù)</b></p><p>　　信號(hào)源圖符是一些常見(jiàn)的波形的發(fā)生器，或者說(shuō)是整個(gè)System View模型進(jìn)行仿真所必須的輸

32、入數(shù)據(jù)。這種圖符只有輸出端，沒(méi)有輸入端。有的信號(hào)源圖符有多個(gè)輸出端，例如正弦信號(hào)源有兩個(gè)正交的輸出。噪聲/偽噪聲信號(hào)是用隨機(jī)算法為用戶提供幾種模擬的噪聲信號(hào)，幾種信號(hào)源的圖符名稱和功能如表5-1所列。</p><p>　　表5-1 信號(hào)源圖符庫(kù)表</p><p>　　一、二進(jìn)制移頻鍵控(2FSK)調(diào)制Ⅰ)2FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖</p><p>　?、?產(chǎn)生2

33、FSK信號(hào)的SystemView仿真電路圖</p><p>　　III)調(diào)頻法和監(jiān)控法輸出的調(diào)制波形圖</p><p>　　(a) 調(diào)頻法2FSK的輸出</p><p>　　(b) 鍵控法2FSK的輸出</p><p>　　(C) 2FSK信號(hào)的功率譜</p><p>　　2、2FSK解調(diào)的SystemView仿真電路

34、圖</p><p>　　三、典型示例Ⅰ、理想信號(hào)的仿真原理圖</p><p><b>　　源波形</b></p><p><b>　　調(diào)制后波形</b></p><p><b>　　解調(diào)后波形</b></p><p><b>　　功率譜<

35、;/b></p><p>　?、?、加噪后的仿真原理圖</p><p><b>　　源波形</b></p><p><b>　　調(diào)制后波形</b></p><p><b>　　解調(diào)后波形</b></p><p><b>　　功率譜</

36、b></p><p>　　protel 99se 設(shè)計(jì)</p><p>　　protel 99se的簡(jiǎn)介：</p><p><b>　　安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　　致    謝</b></p><p>　　心 得 體