隨著通信理論和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代通信系統(tǒng)中常用的是數(shù)字調(diào)制技術(shù)，數(shù)字信號的調(diào)制、解調(diào)和識別是高科技術(shù)的發(fā)展趨勢。調(diào)制解調(diào)技術(shù)是現(xiàn)代通信中一項關(guān)鍵的技術(shù)，解調(diào)效果的好壞更是直接關(guān)系著通信系統(tǒng)的性能。而數(shù)字解調(diào)技術(shù)的關(guān)鍵在于瞬時幅度，瞬時頻率和瞬時相位參數(shù)的準(zhǔn)確估計。

調(diào)制的目的是使信號波形適合于在信道中傳輸，調(diào)制可以分為基帶調(diào)制和載波調(diào)制兩類。基帶調(diào)制直接采用低通信號傳遞信息，這種技術(shù)通常用于銅線、光纖等一些無載波的傳輸方式。載波調(diào)制也稱為頻帶調(diào)制，是將要發(fā)送的信息加載到載波上進(jìn)行傳輸，即采用帶通信號傳輸信息，通過調(diào)制實現(xiàn)信號頻譜的搬移。載波調(diào)制也就是通常所說的調(diào)制，在現(xiàn)代通信中也主要涉及載波調(diào)制技術(shù)。

通信信號的調(diào)制解調(diào)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年，各項技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，文中主要研究了數(shù)字通信信號2FSK的調(diào)制解調(diào)技術(shù)及其實現(xiàn)。

1 2FSK信號的調(diào)制及產(chǎn)生

1．1 2FSK信號的調(diào)制及產(chǎn)生

設(shè)信息源發(fā)出的是由二進(jìn)制符號0，1組成的序列，且假定1符號出現(xiàn)的概率為P，0符號出現(xiàn)概率為1-P，它們彼此獨立。那么，一個二進(jìn)制的頻移鍵控信號可以表示成載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在f1和f2兩個頻點間變化。故其表達(dá)式為

由于2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加，因此2FSK信號的時域表達(dá)式又可以寫成

在頻移鍵控中，初始相位φn和θn不攜帶信息，通常可以令其為零。因此2FSK信號的表達(dá)式可以簡化為

通常二進(jìn)制頻移鍵控信號的產(chǎn)生方法有兩種。一種可以采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)；另一種可以采用鍵控法來實現(xiàn)。圖1是2FSK信號的時間波形及鍵控法產(chǎn)生2FSK信號的原理圖。

1．2 2FSK信號的調(diào)制

一般2FSK信號的調(diào)制方法比較簡單，通常情況下是用一個隨機(jī)的1、0脈沖信號分別與一個載波相乘即可得到調(diào)制后的2FSK信號，如圖1（b）所示。

2 2FSK信號的解調(diào)

2FSK信號有兩種解調(diào)方法：非相干解調(diào)及相干解調(diào)。相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖2所示。本次設(shè)計采用的是非相干解調(diào)方式。

由于本次實驗接收的是500 kHz和700 kHz的2FSK信號，所以首先要經(jīng)過濾波以得到兩路不同載頻的信號。濾波器系數(shù)由Matlab軟件仿真得出。

帶通濾波器設(shè)計成一個24階的，對于500 kHz信號濾波器的過渡帶頻率分別為250～485 kHz與515～690 kHz，目的是將500 kHz的信號過濾出來，其幅度響應(yīng)如圖3（a）所示，對于700 kHz信號，濾波器的過渡帶頻率分別為520～690 kHz與710～880 kHz，目的是將700 kHz的信號過濾出來，其幅度響應(yīng)如圖3（b）所示。

通過SignalTapII在線仿真，經(jīng)過濾波后的兩路信號波形如圖4（a）所示，信號經(jīng)過濾波后，下一步要對兩路信號分別取絕對值，仿真波形如圖4（b）如圖，取絕對值后的信號再經(jīng)過低通濾波后，進(jìn)行判決，仿真波形如圖4（c）所示。

整個解調(diào)過程分別由各自的模塊組成，具體設(shè)計如圖5所示。

3 2FSK信號的功率譜分析

對相位不連續(xù)的2FSK信號，可以看成由兩個不同載頻的2ASK信號的疊加。下面給出2FSK信號的功率譜表達(dá)式

由式（6）畫出的典型的2FSK信號的功率譜如圖6所示。

由圖可以看出，2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加而成，離散譜位于兩個載頻f1和f2處；連續(xù)譜的形狀隨著兩個載頻之差的大小而變化，若|f1-f2|fs，則出現(xiàn)雙峰；若以功率譜第一個零點之間的頻率間隔計算2FSK信號的帶寬，則其帶寬近似為

B2FSK≈|f2-f1|+2fs （7）

其中，fs=1／Ts為基帶信號的帶寬。圖中的fc為兩個載頻的中心頻率。

4 結(jié)束語

文中詳細(xì)介紹了2FSK數(shù)字通信信號的調(diào)制解調(diào)原理，并基于FPGA進(jìn)行了調(diào)制與解調(diào)的過程設(shè)計，各部分主要用模塊搭建，濾波器用Matlab設(shè)計系數(shù)并用VHDL語言編寫實現(xiàn)。經(jīng)在線仿真驗證，有不錯的解調(diào)效果。