数字调制解调器的设计

卞明运

(湖南工业大学计算机学院 湖南 株洲 412007)

数字调制解调器的设计

卞明运

(湖南工业大学计算机学院 湖南 株洲 412007)

在当今极度信息化的时代，信息和传输通信已然成为当今社会发展不可缺少的一环。信息作为一种可贵资源，通过在广泛的传递、交流和共享可以产生可用价值，通信技术在新的时代里被赋予了新的意义和价值，伴随着其他电子技术的发展，通信技术与时俱进和人类社会的发展共同进步发展，朝着更加人性化的方向发展。当调制信号是二进制数字基带信号的时候，这种调制称为二进制数字调制。在数字调制中，载波的幅度、频率和相位只有两种状态进行变化。相应的调制方式可以分为振幅键控 (ASK)、相移键控 (PSK)和频移键控 (FSK)。

通信;调制信号;振幅键控;相移键控;频移键控

一、引言

通信的目的是传输信息。通信系统的作用是将信息从信号发生源发送到多个目标地点。

现有通信网的主体是以传输模拟信号为主体而设计的，尽管基带信号可以直接传输，但现有的通信网的大多数信道不适合传输基带信号，基带信号不能直接进入这种通信网。基带信号通常包括较低的频率，甚至直流分量。故而很难通过有限长的天线得到有效的辐射。进而不能利用无线信道直接传播。在实际生活中一般选择正弦信号作为载波信号。代表所传信息的原始信号就是调制载波的信号。

将数字调制解调器通信系统在QuartusII软件上的仿真，原因是为了表明在QuartusII软件上可以快速简便的完成复杂的通信系统，进而可以达到进一步优化和改善数字调制解调器通信系统的目的。

二、论述分析

(一)ASK调制解调的简介

振幅键控 (ASK)相当于模拟信号中的调幅，只是在与载频信号相乘的是二进制数码。振幅键控就是把频率/相位作为常量，而把振幅作为变量。信息是通过载波进行传播。ASK的载波振幅是随着调制信号而变化的，它的最简单形式是载波信号在二进制的调制信号的控制下通断，即通－断键控或开关键控 (OOK)。调制方法是用相乘器实现调制器，解调方法有相干法和非相干法。

(二)PSK调制解调的简介

相移键控 (PSK)，是一种用载波相位来表示输入信号的调制技术。移向键控可以分为相对移相和绝对移相这两类。以已调载波相位作为基准的相位调制叫作相对移相。

(三)FSK调制解调的简介

FSK在技术上可以分为相干和非相干FSK，其中非相干的FSK，瞬时频率之间的转移是两个分立的价值观，分别叫做马可和空间频率。另外，在相干频移键控或二进制的FSK中没有断开的输出信号。FSK是通过频率的变化来传递数字信号，它的幅度不变。

三、设计与仿真

(一)ASK调制解调器的设计与仿真

1.ASK调制解调的基本原理。 (1)2ASK调制原理。2ASK/OOK信号可以通过两种方法得出:一种是模拟调制法，另一种是键控法。(2)2ASK解调原理。类似于AM信号的解调，2ASK/OOK信号的解调存在两种方式:一种是非相干解调 (包络检波法)，另一种是相干解调(同步检测法)。

2.2ASK通过QuartusII软件的仿真。为了得到2ASK的解调波形，除了要输入VHDL代码外，还要绘制输入波形，运行后的仿真解调波形如图1所示。

图1

(二)PSK调制解调器的设计和仿真

1.PSK基本原理。PSK的中文名字是相移键控，也就是说它是仅仅通过相位的变化来传递数字信号。其他的函数参数不会变，例如幅度、频率等等。一般来说，用初始的相位0和π来表示二进制里面的“0”和“1”。2PSK解调是用相干解调的方法。

2.2PSK调制解调器通过QuartusII软件的仿真。2PSK解调后的波形如图2所示。

图2

(三)FSK的调制解调器的设计和仿真

1.2FSK的基本原理。2FSK是频移键控，它是利用载波的频率的不同来传递信息。在2FSK中，载波的频率的是在基带信号的两个频率点之间变化的。

2FSK有两种方法产生:调频法和键控法。也就是在二进制基带矩形序列的控制下通过开关电路进行选通两个独立频率源。可以让它在每个码元期间输出f1或f2其中一个。调频法产生的2FSK信号在相邻的码元之间的相位是连续变化的。键控法产生的2FSK不一定连续。2FSK信号常用的解调方式是包络检波和相干解调。

2.2FSK调制解调器通过QuartusII软件的仿真。2FSK解调时运行后波形如图3所示。

图3

四、总结

通过用QuartusII软件成功的仿真出2ASK、2PSK和2FSK的调制和解调波形，可以通过对比2ASK、2PSK和2FSK的调制解调波形发现两个波形只是在时间上相差一些，解调出来的信号波形要比调制的波形延迟一些，而且当相位延迟π时，会出现解调输出的数字基带信号序列反向的问题。并且可以通过控制输入波形来改变输出波形。通过在QuartusII软件上可以快速简便的完成复杂的通信系统，进而不仅可以学习和理解通信系统，还可以达到优化和改善数字调制解调器通信系统的目的。

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卞明运 (1993－)，男，山东济宁，在读研究生，湖南工业大学计算机学院，计算机图像处理。