全数字调制解调器研究与设计

2020-07-13宋红艳

探索科学(学术版) 2020年1期

宋红艳

山东泉清通信有限责任公司山东济南 250100

从整个通信系统运行之中能够看出，调制解调技术具备十分重要的意义，实际效果的好与坏，将会对通信系统性能和质量产生很大影响。随着通信技术的不断发展，调制解调技术也由之前的模拟形式渐渐向数字形式转变。而且与传统模拟方式相比，无论是从传输质量，还是在经济性和技术性上，数字化调制方式均具备明显优势，抗干扰能力较强，作用和地位均比较突出。

1 全数字调制解调器的基本概念

通信一般包括数字通信和模拟通信，其中，数字通信由于自身实现起来比较容易，传输质量较高，应用范围要比模拟通信更加广泛。另外，实际数字信号传输也被人们分成两种模式，即频带传输模式以及基带传输模式。其中，基带信号主要代指对载波没有进行调制的数字信号。对于基带传输，指不搬移数字信号频谱的一种传输模式。在该种传输形式的作用下，频带也能作为基带实现应用，一般来说，基带高限频率比底限频率往往会大于1。虽然基带传输更容易实现，自身原理也比较简单，但在长距离传输过程中存在很多问题，对信道要求也较高。所以说，在长距离传输之中，需要应用特定信道，如卫星通信、移动通信等等，会应用频带传输形式。全数字调制解调技术在该领域之中能够呈现出很大价值，能够对基带数字信号技术进行控制，实现基带数字信号的数字解调。该解调过程也被人们称之为数字调制解调器，即Modem，为了方便研究，人们将数字调制技术分成三大类，即相移键控(PSK)、频移键控(FSK)、振幅键控(ASK)，上述三项技术能够分别通过载波信号相位和频率等，对数字信号进行传输。

2 全数字调制解调器的基本原理

相比于线连续波的模拟控制，数字调制并没有出现太大不同，均是为了实现信息的有效传输而进行频谱搬移操作。其中，数字调制主要针对的是数字信号，而连续波针对的是模拟信号进行的调制。另外，从实际数字信号调制过程中可以看出，数字基带信号主要呈现出离散型特点，在时间和振幅中表现的十分明显，人们可以借助于键控法实现快捷操作。由于基于数字电路的键控法自身具备调试方便等优势，能够成为Modem 的操作基础所在。为了方便研究，工作人员还会将二进制数字调制技术划分成三种调制形式，即相位键控、频移键控和幅移键控。

3 全数字调制解调器的设计方法

3.1 频率合成所谓频率合成，主要指从高准确、高稳定参考频率，在不同技术的作用下，出现大量的离散型输出频率，其中，MSK 数字化调制主要应用的是数字频率直接合成技术。纵观整个处理频率合成的手段，主要涉及到以下几方面内容：第一，借助于硬件完成对频率的加减乘除等基本匀速；第二，应用锁相技术；第三，将各种计算机技术和其他数字技术的作用呈现出来。根据实际情况，本文选择的研究技术为查找表技术。纵观整个MSK信号设计，涉及到的具体步骤如下：首先，在差分编码时需要输入合理数据，为了满足相干载波解调在解调端的使用需求；其次，应用并交换器或者是串交换器将差分编码器输出分成两路，在两路之间错开一个码元宽度。最后，借助于正交载波实现对加权数据的合理化调制，将结果相加在一起，借助于低通滤波器处理后的相加信号，对最终的MSK信号进行获取。

3.2 MSK解调器系统结构从MSK 信号产生及调制器工作流程研究中能够看出，对于MSK调制器设计，主要涉及到以下几个模块：第一，时钟频率处理模块。该模块主要应用的是数字锁相环技术，主要是对时钟输入进行降频操作，确保始终频率满足系统要求；第二，差分编码模块，为了让接收端能够应用相干波解调，人们可以在系统之中出入串行数据，在差分解码之后，在进行输入操作；第三，串行转换模块。主要应用串并转换技术，对系统之中的串行数据进行有效处理，将之前的比特数据流转变成I和Q 两路正交数据，最终将调制信号中的同相信号作用呈现出来。第四，中频调制模块。工作人员可以在需要的中频段上，调制入经过基带调制处理的信号，该过程需要得到乘法器模块的帮助。

3.3 测试系统结构设计该系统主体包括三部分内容，即MSK 调制器、解调器和信号发生器三部分。首先，工作人员可以借助于信号发生器产生一组自定义数据，方便验证和观测操作。数据在经过MSK 调制器调制之后，便会形成调制波形，当调制波形经过解调器解调之后，可以将其还原成二进制数字信号。其次，系统之中任何节点信号都能通过Altera内嵌逻辑分析仪Signal Tap 进行观测，并将解调之后的数字信号和信号发生器所产生的信号进行对比，对该系统功能进行有效验证。最后，从全数字调制解调器研究和设计环节中能够看出，功能检验目的也能合理实现，这里能够将调制信号直接送入到解调模块之中。为了维护检验系统的准确性，工作人员还要对源信号和解调后信号进行对比，明确最终的对比结果。

3.4 低功耗设计技术从系统级设计中可以看出，最为常见的低功耗技术主要包括功率管理、动态电压调节以及指令编码等等。在算法级设计时，算法转换能够从很大程度上降低电路的功率消耗。之所以能够达到上述效果，人们可以通过改变算法中的计算结构，让I/O 结果始终保持不变状态，怎样做的目的就是满足系统功能的前提下，做到功率损耗的合理优化，常见方式有两种，一种是借助于加速变换来降低供电电压，另一种是使用更多的一般变换降低有效电容。