2FSK2PSK信号产生器实验实验报告

2FSK/2PSK试验报告 姓名 学号 地点 老师 （一）试验原理 2FSK/2PSK信号产生器 一．2FSK基本原理 在通信领域，为了传送信息，一般都将原始信号进行某种变换使其变成适合于通信传输的信号形式。在数字通信系统中，一般将原始信号（图像、声音等）经过量化编码变成二进制码流，称为基带信号。但数字基带信号一般不适合于干脆传输，例如，通过公共电话网络传输数字信号时，由于电话网络带宽在4KHZ以下，因此数字信号不能干脆在上面传输。此时可将数字信号进行调制后再进行传输，FSK即为一种常用的数字调制方式。 FSK又称频移键控，它是利用载频频率的变更来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种。若两个载频由不同的独立振荡器供应，它们之间的相位互不相关，就称为相位离散的数字调频信号；若两个频率由同一振荡器供应，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。 二．2FSK信号产生器 由于FSK为模拟信号，而FPGA只能产生数字信号，因此，需对正弦信号采样再经过数/模变换得到所需的FSK信号。FSK信号发生器框图如下图所示，整个系统共分为分频器，m序列产生器，跳变检测，正弦波信号发生器和DAC（数/模变换器）等五部分，其中前四部分由FPGA器件完成。 图1 FSK信号发生器框图 2．1 分频器 本设计的数据速率为1.2kb/s，要求产生1.2kHz 和2.4kHz两个正弦信号。对每个码元持续周期所对应正弦信号取100个采样点，因此要求能产生两个时钟信号1.2kHz（数据速率）和120kHz（正弦波信号产生器输入时钟）。基准时钟由外部时钟输入，因此需设计一个模100分频器产生120kHz信号，再设计一个模100分频器产生1.2kHz信号。 2．2 m序列产生器 m序列是伪随机序列的一种，它的显著特点是（1）随机特性；（2）预先可确定性；（3）循环特性，从而在通信领域得到了广泛的应用。 本设计用一种带有两个反馈抽头的三级反馈移位寄存器得到一串“1110010”循环序列，并实行措施防止进入全“0”状态。通过更换时钟频率，可以便利地变更输入码元的速率。 m序列产生器的电路结构如图2所示。 图2 “1110010” 伪随机m序列产生器 2．3 跳变检测 将跳变检测引入正弦波的产生中，可以使每次基带码元上升沿或下降沿到来时，对应输出波形位于正弦波形的处。 基带信号的跳变检测可以有许多方法，图3所示为一种便于在可编程逻辑器件中实现的方案。 图3 信号跳变检测电路 2．4 正弦信号的产生 用数字电路和DAC变换器可以产生要求的模拟信号。依据抽样定理可知，当用模拟信号最大频率两倍以上的速率对该模拟信号采样时，便可将原模拟信号不失真地复原出来。本设计要求得到的是两个不同频率的正弦信号，其频率正好呈倍数关系。设计中对1.2kHz的正弦波一个周期采样100个点，即采样速率为原正弦信号频率的100倍。因此完全可以在接收端将原正弦信号不失真地复原出来，从而可以在接收端对FSK信号正确地解调。 本设计中每个采样点采纳8位量化编码，即8位辨别率。采样点的个数与辨别率的大小主要取决于FPGA器件的容量，其中辨别率的凹凸还与DAC的位数有关。 本设计中，数字基带信号与FSK调制信号的对应关系为“0”对应1.2kHz，“1”对应2.4kHz。 详细的正弦波信号产生器可以用查找表来实现。按前面的设计思想，本方案须要设计有100个单元的查找表，其中每个单元分别保存100个正弦波采样的对应样值。当码元由1变为0时，为了产生1.2kHz的正弦信号，只须要将查找表中的内容逐一读出即可，直到将查找表中全部单元读取完毕，然后再从第一单元起先读取。这样，每个码元周期内将输出一个周期的正弦波信号。当码元由0变为1时，为了产生2.4kHz的正弦信号，就不能逐一读取全部单元了，而要每隔一个单元读取一个样值。这样，在每个码元周期内就会对整个查找表读取两次，即输出两个周期2.4kHz的正弦波信号。 上面提到设计中要用到查找表，下面将介绍ALTERA器件中查找表的生成方法。 在Quartus II软件中，按NEW按钮，将弹出NEW对话框，在该对话框中按下OTHER FILES按钮，在列表里选中MEMORY INITIALIZATION FILE，然后按OK按钮，即打开MIF文件编辑器，此时会出现对话框提示输入查找表深度及每个单元的数据宽度信息，例如本设计中深度为100，宽度为8，设置完毕按OK进入MIF文件编辑器。在这里可以输入每个数据单元的值，本设计中要输入一个整周期内100个采样点的值，输入完毕以适当的文件名保存。 完成上述的步骤仅仅是生成了产生查找表所须要的.MIF文件，而查找表要通过调用芯片内的RAM资源来生成，并将其例化成一个ROM元件，其详细过程不在此赘述。 三、2FSK/2PSK信号产生器 在2FSK的基础上，可以较简单地设计2PSK信号产生器。在检测到基带码元的上升沿或下降沿时，使输出波形相位跳变即可，即在跳变沿处修改查找表地址指针，使地址指针加“50”并对结果模100，得到的即是倒相后的波形样值地址。设计要求可通过一个按键限制信号产生器输出2FSK或2PSK信号。 2FSK/2PSK信号产生器的外部接口如图4所示 图4 2FSK/2PSK信号产生器的外部接口 （二）功能仿真波形 2FSK/2PSK的总体波形如下图5所示，其中CLOCK为正弦波发生器时钟MODE表示02FSK;12PSK，CLK120为用于产生一个1.2kHz的正弦波信号，CLK240为用于产生一个2.4kHz的正弦波信号，VALUE为正弦波的采样点峰值，M_MODE为输出m序列。 图5 下图6所示为产生的2FSK，可以明显地看到在M_MODE跳变前后VALUE的码元宽度相差一倍，实现了FSK的频率变更传递数字信息，即120kHz表示信号“0”，240kHz表示信号“1”。 图6 下图7可以看出传递信号“1”的波形密度明显比传递信号“0”的波形密度高。 图7 2PSK的信号传递频率从下图8中可以看出为240kHz，信号“1”和“0”的跳变是通过相位的变更来实现的。 图8 （三）VHDL代码 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.all; USE IEEE.std_logic_unsigned.all; USE IEEE.std_logic_arith.all; ENTITY PSKFSK IS PORTCLOCKIN STD_LOGIC; --正弦波发生器时钟 MODEIN STD_LOGIC; --0FSK;1PSK CLK240 buffer STD_LOGIC; --用于产生一个2.4kHz的正弦波信号