FSK/PSK调制的FPGA实现

2011-05-30 01:37:21来源: 电子科技
   

摘要:基于DDS和VHDL硬件描述技术,采用大规模可编程门阵列FPGA,实现了FSK和PSK数字调制。介绍了m伪随机基带码元发生器、跳变检测器和DDS信号发生等模块。系统参数易修改、可移植性强、性能稳定。
关键词:FSK/PSK;DDS;m伪随机序列;FPGA

    在通信领域,经常需要将基带信号进行某种调制,使其适合于信道传输。FSK、PSK即为常用的两种数字调制方式。传统模拟调制系统中大量采用分立元件,体积较大,电路复杂。由于模拟元件自身参数的离散性和受环境温度、湿度等因素影响,导致系统稳定性较差。本文提出了一种基于DDS技术的FSK/PSK调制的数字实现方法,提高了系统的稳定性,克服了模拟调制的弊端。

1 FSK/PSK调制原理
    频移键控(Frequency Shift Keying,FSK),是利用载波的频率参量来携带数字信息的调制方式。常用的是二进制频率键控信号,即2FSK,用载频w1表示数字信息“1”,用载频w2表示数字信息“0”,而w1和w2之间的变化是瞬间完成的。
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    相移键控(Phase Shift Keying,PSK),它是受键控的载波相位按数字基带脉冲的规律而改变的一种数字调制方式。这种以载波的不同相位直接表示相应数字信息的相位键控,通常被称为绝对移相方式。当基带信号为二进制数字脉冲序列时,所得到的相位键控信号为二进制相位键控,即2PSK,它的表达式为
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    式中,φ(t)由数字信息“0”“1”控制。在绝对移相中,因为φ(t)选用的参考相位基准就是未调制的载波,所以φ(t)就是载波的绝对值。一般说来,数字信息为“1”时,φ(t)=0,数字信息为“0”时,φ(t)=π。即
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    FSK、PSK的调制示意图如图1所示。

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2 FSK/PSK调制逻辑设计与仿真
    FSK/PSK调制逻辑共分为3个部分:分频器、m序列产生器和FSK/PSK调制器。分频器用于产生FSK/PSK调制器和m序列的基准时钟信号f1,f2和f3,m伪随机序列器产生基带码元。FSK/PSK调制器根据输入的基带码元和基准时钟产生相应的FSK或PSK信号,调制模式由mode模式选择。当mode为低电平时,表示选择FSK调制,当mode为高电平时,表示选择PSK调制。FSK/PSK调制器输出的数字调制信号经DAC转换成模拟信号输出。逻辑模块框图,如图2所示。

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2.1 分频器
    分频器对频率为f0的时钟输入信号clk分别以分频系数D1,D2和D3产生FSK/PSK调制器和m序列的基准时钟信号f1,f2和f3。其关系如式(1)所示。
    f.jpg
    f1和f2决定了FSK调制信号的两个载波频率,f2决定了PSK调制信号的载波频率,f3决定了基带码元速率。为了保证每个基带码元的宽度T是载波周期的整数倍,在选择分频系数时应满足式(2)。
    g.jpg
    式中,M为D1和D2的最小公倍数。
2.2 m序列产生器
    m序列是由多级移位寄存器或其他延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序列。m序列的最大长度取决于移位寄存器的级数,而码的结构取决于反馈抽头的位置和数量。其特点是:随机特性、预先可确定性、循环特性。
    本设计利用带有两个反馈抽头的3级反馈移位寄存器得到一串7位循环序列“1110010”,并采取措施防止进入全“0”状态。通过更换时钟频率,可以方便地改变输入码元的速率。这一系列的循环序列码作为基带信号码元。其电路结构如图3所示。

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2.3 FSK/PSK调制器
    FSK/PSK调制器由时钟选择模块、跳变检测模块和DDS信号发生模块3部分组成。原理如图4所示。

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[1] [2]

关键字:DDS  m伪随机序列  FPGA

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0530/article_2176.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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