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[導讀]摘要:介紹了對數(shù)字信號的2ASK和FSK的調制的原理,軟件實現(xiàn)流程以及硬件電路的設計,并給出了實驗結果,從而證明了設計的可行性和合理性。 關鍵詞:2ASK;FSK;調制原理 由于實際通信中不少信道都不能直接傳

摘要:介紹了對數(shù)字信號的2ASK和FSK調制的原理,軟件實現(xiàn)流程以及硬件電路的設計,并給出了實驗結果,從而證明了設計的可行性和合理性。
關鍵詞:2ASK;FSK;調制原理

    由于實際通信中不少信道都不能直接傳送基帶信號,必須用基帶信號對載波波形的某些參量進行控制,使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化,即所謂載波調制。在大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中,都選擇正弦信號作為載波。這是因為正弦信號形式簡單,便于產(chǎn)生及接收。數(shù)字調制信號,在二進制時有振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)三種基本信號形式,同時可根據(jù)基帶信號的進制不同分為二進制和多進制(M進制)。多進制數(shù)字調制與二進制相比,其頻譜利用率更高。本文研究了基于Blackfin533的2ASK、2FSK以及8FSK的調制實現(xiàn)方法,并給出了其實驗結果。

1 二進制振幅鍵控(2ASK)信號的原理及調制實現(xiàn)
    振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字涮制。當數(shù)字基帶信號為二進制時,則為二進制幅度鍵控(2ASK)。設發(fā)送的二進制符號序列是:

    利用VC++編程實現(xiàn)2ASK信號的流程圖如圖1所示。

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2 2FSK、8FSK信號的原理及調制實現(xiàn)
    FSK是數(shù)字通信中使用較為廣泛的一種方式。若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間發(fā)生變化,則產(chǎn)生二進制移頻鍵控信號(2FSK)。若二進制基帶信號的1符號對應于載波頻率f1,0符號對應于載波頻率f2,則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為
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    利用VC++編程實現(xiàn)2FSK信號的流程圖如圖2所示。


    多進制數(shù)字頻率調制系統(tǒng)(MFSK)基本上是二進制數(shù)字頻率鍵控方式的推廣。其時域表達式為:
   
    式中,△ωt(m=0,1,…,M-1)是與an對應的載波角頻率偏移。在實際應用中,我們通常定義△ω1=△ω2=…=△ωm-1=△ω,則時域表達式可以寫為:
   
    利用VC++編程實現(xiàn)8FSK信號的流程與2FSK類似,不同的只是增加了串并轉換的模塊和其它六種載波頻率,所以這里對于8FSK的調制流程圖就不再詳細介紹了。

3 系統(tǒng)硬件和軟件設計
    信號產(chǎn)生器系統(tǒng)分為兩大模塊,微型計算機模塊和波形產(chǎn)生模塊。其中微型計算機為通用計算機,波形發(fā)生模塊為設計的信號發(fā)生板卡。通用計算機可以產(chǎn)生數(shù)字調制信號和噪聲干擾信號,然后將數(shù)據(jù)通過USB接口傳送到信號發(fā)生板卡。信號發(fā)生板卡將通過波形產(chǎn)生控制器循環(huán)取出波形存儲器和噪聲存儲器中的數(shù)據(jù),最后通過DAC產(chǎn)生連續(xù)的數(shù)字通信信號波形。
     如下圖3所示的系統(tǒng)硬件設計框圖。信號波形產(chǎn)生的核心是DSP1,它擴展了USB接口、大容量存儲器、高速DAC和程序存儲器等。DSP1完成通信信號產(chǎn)生、DSP2完成噪聲(干擾)信號產(chǎn)生。兩個DSP共享程序存儲器,DSP1作為主控DSP。DSP2的程序通過SPI(高速同步串行口)方式加載,其主機是DSP1。

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    在波形產(chǎn)生時,DSP1接收PC微機通過USB接口傳送的波形數(shù)據(jù)包。將數(shù)據(jù)包中的通信波形數(shù)據(jù)通過DMA方式傳送到通信和通信信號環(huán)境波形數(shù)據(jù)存儲器。同時將信噪比參數(shù)和噪聲數(shù)據(jù)(此處噪聲數(shù)據(jù)為白噪聲)通過SPI接口傳送到DSP2,DSP2將噪聲數(shù)據(jù)存儲到噪聲/干擾數(shù)據(jù)存儲器。其中通信數(shù)據(jù)的高位(D15)為基帶碼流數(shù)據(jù),用于恢復基帶碼流測試數(shù)據(jù)。
    系統(tǒng)中所有波形參數(shù)的采樣頻率為10MHz,數(shù)據(jù)容量為16M×16位,可存儲1.5秒鐘的波形數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)有效位數(shù)為14位。
    DSP1將存儲的波形數(shù)據(jù)從存儲器中循環(huán)讀出,以DMA方式傳送給DAC1,產(chǎn)生通信信號。DSP2利用程序產(chǎn)生隨機地址,將存儲的噪聲波形數(shù)據(jù)從存儲器中讀出,并且根據(jù)信噪比進行幅度加權,然后傳送給DAC2,產(chǎn)生噪聲信號。兩個DAC的位數(shù)是14位,并且設置為4倍插值方式,即DAC輸入數(shù)據(jù)率為4MBPS,輸出轉換速率為16MBPS。DAC轉換需要的時鐘利用BF533的定時器產(chǎn)生,DAC連接在BF533數(shù)據(jù)總線的低14位D13~D0?;鶐Тa流通過DSP1的PFX引腳輸出,經(jīng)過驅動輸出基帶波形。DAC輸出經(jīng)過帶通濾波器濾波,AD8054緩沖放大,并且將信號和噪聲合成,生成需要產(chǎn)生的信號波形。


    系統(tǒng)中的微型計算機采用Windows2000/XP操作系統(tǒng),其USB驅動程序由DDK開發(fā),控制應用程序可通過VS2005進行開發(fā)。系統(tǒng)的軟件設計主要是針對BF533進行編程。Blackfin系列DSP在軟件方面支持C語言和匯編語言,同時支持二者的混合編程。過程序流程如圖4所示。

4 實驗輸出波形
    通過雙蹤示波器來觀察調制出的通信信號波形,在參數(shù)設置時選擇0、1碼元類型,以便對信號進行穩(wěn)定的觀察。這里我們給出了2ASK、2FSK的觀察波形,如圖5所示。南丁8FSK信號用示波器不能清晰的分辨,這里就不加以分析了由上圖可以看出,信號調制的波形圖基本符合理論與預期的目標結果,從而證明了此設計的可行性和合理性。

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