一种低误码率的调制解调系统设计

西华师范大学电子信息工程学院　杨　湲　肖顺文



一种低误码率的调制解调系统设计

西华师范大学电子信息工程学院杨湲肖顺文

【摘要】根据FSK调制解调的原理，设计了调制解调系统，并在此系统上增加了信号跟踪模块，使得解调具有低门限特性，因此降低了数字信号解调时的误码率。本系统调制模块采用频率键控法设计，信号跟踪模块采用类似锁相环的方法实现，解调模块利用过零检测法实现，调制解调模块在之前的设计中已做出，本文主要着重实现信号跟踪以及低误码率解调功能。仿真结果表明：在调制解调系统加上信号跟踪模块以后，解调信号波形具有低误码率，高稳定性的特点。

【关键词】移频键控；信号跟踪；过零检测法；低误码率

0　前言

由于数字信号在传输过程中容易受干扰，干扰后容易产生误码现象，因此为了降低误码率，设计了信号跟踪模块。本文的调制解调模块均是采用文献[1]的设计即FSK调制模块和过零检测法实现的解调模块[2,3]。在之前的设计基础上，添加了信号跟踪模块，信号跟踪模块的输出与调制信号保持同步，实现了信号的跟踪功能，使解调模块具有低门限特性，降低了解调的误码率，使本设计系统具有更高的稳定性，优化了之前设计的调制解调系统，同时本设计中调制、跟踪、解调系统均采用顶层方法实现，简化了设计的复杂性、加快了设计与运行速度[1,4,5,6]。

1　调制、跟踪、解调原理

本设计中调制解调系统采用文献[1]的设计，即调制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[1,7]，而解调则采用易于实现的过零检测法，即在一个单位时间内，检测信号波形通过零电平轴的次数来判断相关的频率成分[1,8]。本设计中难点就是实现信号跟踪，信号跟踪模块是在锁相环的理论基础上优化产生的。跟踪模块类似锁相环，却不同于锁相环的结构，其本质即是实现位同步，根据鉴相器输出的结果，不断地调整跟踪模块的输出，使跟踪模块的输出与调制信号保持同步[6,9]。由于本设计采用高频传输数字信号，低频成分较少，为了减少了仿真运行时间，因此本设计中没有加入低通滤波电路。信号跟踪模块是由鉴相器、双向时钟源、脉冲加减控制电路、以及2分频器构成。其中鉴相器是由异或门组成，双向时钟源是由D触发器和一些门电路构成，脉冲控制电路、2分频电路均是采用文本设计[6,10]。尤其是脉冲控制电路，它不同于锁相环的脉控电路，它是由一些逻辑关系采用文本设计组成，能够更好的实现脉冲加减。

2　调制、跟踪、解调电路结构

调制、跟踪、解调电路结构如图1所示，基带信号输入到调制模块，在CLK，CLR信号作用下，输出调制信号。调制信号输入到跟踪模块，在CLK作用下，跟踪模块便产生一个与调制信号保持同步的跟踪信号，跟踪信号输入到解调器中，在CLK，CLR作用下，输出解调信号。采用跟踪信号作为解调模块的输入信号，使得解调模块具有低门限特性，降低了解调时的误码率[4]。

图1　调制、跟踪、解调电路结构

3　调制、跟踪、解调硬件电路

3.1跟踪模块设计

3.1.1鉴相器设计

鉴相器是由一个异或门构成，原理图及仿真模块如图2所示，fsk为调制器输出的调制信号，fout为跟踪模块输出的反馈信号，sel为相位差信号，a、b为输出的超前、滞后信号[11,12]。

图2　鉴相器原理图

3.1.2时钟源模块设计

时钟源模块的作用是产生两路相位差为180度，占空比为25%的高频信号，给脉冲加减模块提供两个信号输入端[13]。其原理图以及仿真模块如图3所示，CLK为时钟信号输入端，e、f分别为两路相差为180度的高频信号输出端。

图3　时钟源原理图

3.1.3脉冲加减控制模块设计

脉冲加减控制模块是由鉴相器、时钟源、脉冲加减设计逻辑(脉控模块)组成，脉控模块在a、b、sel、e、f信号的作用下控制脉冲的加减。其原理图以及仿真模块如图4所示，outt为输出的进行了加减变化的脉冲信号[14,15]。

图4　脉冲加减控制原理图

3.1.4跟踪模块构建设计

跟踪模块是由脉冲加减控制模块与2分频模块组成，2分频电路将脉冲加减控制模块输出的outt信号进行2分频，其原理图以及仿真模块如图5所示，clkout为输出的跟踪信号，也为脉冲加减控制模块的反馈信号。

图5　跟踪模块原理图

3.2调制、跟踪、解调系统设计

解调模块是采用文献[1]中的解调设计，调制、跟踪、解调原理图如图6所示，jietiao为输出的解调信号。

图6　调制、跟踪、解调模块原理图

4　调制、跟踪、解调仿真结果

调制、跟踪、解调设计仿真图如图7所示，跟踪模块输出的clkout信号在CLK、CLR作用下经过解调模块,输出jietiao信号。从仿真图看出，输出信号和输入信号波形完全一致，误码率低，系统具有非常高的稳定性。

图7　调制、跟踪、解调仿真结果

5　结论

本设计是在之前的调制解调系统上，增加了信号跟踪模块，信号跟踪实现了对调制信号的同步功能，降低了解调时由于干扰而产生的误码现象的概率，优化了系统的结构，并且提高了系统稳定性。

参考文献

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杨湲（1991—），女，四川广安人，西华师范大学电子信息工程学院硕士究生，主要从事软件无线电、EDA、SOPC等应用技术方面的研究工作。

肖顺文（1970—），男，四川金堂人，西华师范大学电子信息工程学院教授，主要从事软件无线电、EDA、SOPC等应用技术方面的研究工作。

(1)二阶RLC仿真电路的构建

利用Multisim10.0分别搭建RLC串联电路中电容电压、电感电压测试电路和电流测试电路分别如图2所示，图2中示波器XSC1的通道A测试电容电压，通道B测试电感电压，示波器XSC2的通道A测试电流给定L=1H，C=1F。

搭建电路时，在Multisim元件库中选择相应元件及测试仪器，构建测试电路，通过改变电阻R的取值，研究三种情况下的电路特性。

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基金项目：四川省教育厅科研基金重点项目（15ZA0145）。