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1、多进制频率调制解调系统的设计 XX（XX理工学院 电信工程系 电子信息工程专业，2007级6班，XXXX XX）指导老师：XX【摘 要】MFSK -多进制数字频率调制，简称多频制，是2FSK方式的推广。它是用不同的载波频率代表各种数字信息。在数字通信系统中，数字调制与解调技术占有非常重要的地位。随着FPGA 技术的发展，数字通信技术与 FPGA的结合体现了现代数字通信系统发展的一个趋势。文中介绍了MFSK 调制解调的原理, 并基于 VHDL 实现了MFSK 调制解调电路设计，仿真结果表明设计方案是可行的。整个系统的功能在EDA技术开发平台均调试通过，并在MAX7000S系列FPGA上硬件实现，
2、具有较高的实用性和可靠性。【关键词】MFSK；VHDL；调制；解调Design and Simulation of MFSK Modulation Circuit Based on VHDLXX(Grade 03,Class 1,Major electronics and information engineering ，Electronics and information engineering Dept.，XX University of technology XXXX,XX)Tutor: XX【Abstract】MFSK - Multi-band digital frequency m
3、odulation, referred to as multi-frequency system is the way 2FSK promotion. It is representative of a different variety of digital information carrier frequency. In digital communication system, the digital modulation and demodulation plays an important role with the development of FPGA technology,
4、the combination of digital communication technology with FPGA is an inevitable trend. This paper gives the principle of MFSK modulation and demodulation. Based on VHDL, the design of MFSK modulation circuit is realized. The simulation result indicates that this scheme is feasible.【Key words】MFSK;VHD
5、L; modulation; demodulation目录1绪论11.1 MAXPLUXII简介31.2 VHDL语言简介41.3 多进制调制的特点52方案论证82.1 FPGA简介82.2 FPGA概述82.3 ALTERA可编程逻辑器件简介93多进制数字调制原理103.1 FSK调制解调的基本原理103.2 MFSK简介123.3多进制数字频率调制的原理123.4多进制数字频率解调的原理133.5 MFSK 调制解调原理143.6 MFSK信号的频谱、带宽及频带利用率153.7 MFSK系统的误码性能154 MFSK的VHDL 建模与设计164.1 MFSK调制电路的VHDL 建模与设计及
6、实现164.2 MFSK解调电路的VHDL 建模与设计及实现174.3 MFSK调制解调电路的VHDL 建模与设计及实现195硬件实现215.1程序下载215.2波形验证225.3结果分析与体会23结论24致谢25参考文献26附录A英文文献：27中文翻译:31附录B原文总程序：341绪论如今社会通信技术的发展速度可谓日新月异，计算机的出现在现代通信技术的各种媒体中占有独特的地位，计算机在当今社会的众多领域里不仅为各种信息处理设备被使用，而且它与通信向结合，使电信业务更加丰富。随着人类经济和文化的发展，人们对通信技术性能的需求也越来越迫切，从而又大大推动了通信科学的发展。在通信理论上，先后形成了
7、“过滤和预测理论”、“香浓信息论”、“纠错编码理论”、“信源统计特性理论”、“调制理论”等。通信作为社会的基本设施和必要条件，引起的世界各国的广泛关注，通信的目的就是从一方向另一方传送信息，给对方以信息，但是消息的传送一般都不是直接的，它必须借助于一定形式的信号才能便于远距离快速传输和进行各种处理。虽然基带信号可以直接传输，但是目前大多数信道不适合传输基带信号。现有通信网的主体为传输模拟信号而设计的，基带数字信号不能直接进入这样的通信网。基带信号一般都包含有频率较低，甚至是直流的分量，很难通过有限尺寸的天线得到有效辐射，因而无法利用无线信道来直接传播。对于大量有线信道，由于线路中多半串接有电容
8、器或并接有变压器等隔直流元件，低频或直流分量就会受到很大限制。因此，为了使基带信号能利用这些信道进行传输，必须使代表信息的原始信号经过一种变换得到另一种新信号，这种变换就是调制。实际中一般选正弦信号为基带信号，称为载波信号。代表所传信息的原始信号，使调制载波的信号。调制就是从载波的一个参量的变化来反映调制信号变化的过程。用载波幅度的变化来反映调制信号的称为振幅调制；用载波的频率、相位反映调制信号变化的调制分别成为频率调制和相位调制。而实现这些调制过程得设备成为调制器。从已调波形中恢复调制信号的过程称为解调，相应的设备成为解调器。一般讲调制器和解调器做成一个设备，可用于双向传输，称为调制解调器。
9、调制的另一目的是便于线路复用。在进行多路传输时，各路数据的原始基带型号的频谱往往是相互重叠的，不能在同一线路上同时输出。经过调制后，各路信号可已搬移到频带互不重叠的频段去传输，从而避免多路传输中的相互干扰。基于这种目的，信号经调制后在传输的方式又称为频带传输。调制信号时模拟信号的称为模拟调制，模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制，在接受端则对载波信号的调制参量连续地估值；而数字调制则是用载波的某些离散状态来表征所传输的信息，在接受端也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。二进制数字调制所用调制信号由代表“0”“1”的数字信号脉冲序列组成。因此，数字调制信号也成为键控信号。在二进制振幅调制、频
10、率调制和相位调制分别称为振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。数字调制产生模拟信号，其载波参量的离散状态是与数字数据相对应的，这种信号适宜于在带通型的模拟信道上传输。频率调制是利用载波的频率变化来传输信息的，其中最简单的一种方式是多进制频移键控(MFSK)调制，它是继振幅键控信号之后出现比较早的一种调制方式。由于它的抗衰减性能优于ASK，设备又不算复杂，实现也比较容易，所以一直在很多场合，例如在中低速数据传输，尤其在有衰减的无线信道中广泛应用。多进制频移键控（MFSK）用靠近在载波的多个不同频率表示两个二进制数。MFSK信号有两种产生方法：载波调频法和频率选择法。载波调频
11、法产生的是相位连续的MFSK信号，相位连续MFSK信号一般由一个振荡器产生，用基带信号改变振荡器的参数，使震荡频率发生变化，这时相位是连续的。频率选择法一般是相位不连续的MFSK信号，相位不连续的MFSK信号一般由四个不同频率的振荡器长生，由基带信号控制着四个频率信号的输出。由于这两个振荡器是相互独立的因此在转换或相反的过程中，不能保证相位的连续。了解了MFSK信号的基本概念后，利用Max-plus软件中的VHDL语言对MFSK频移键控系统就行调制、解调的程序设计；程序设计运行成功后，在利用VHDL语言对MFSK频移键控系统进行调制、解调的波形仿真；最后通过VHDL语言制作出MFSK频移键控系
12、统调制、解调的电路图。在数字通信中，数字信号传输系统分为基带传输系统和载波传输系统。在数字载波传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成原来的数字信号。数字信号对载波的调制与模拟信号对载波的调制过程类似，同样可以用数字信号去控制正弦载波的振幅、频率或相位的变化。但由于数字信号具有时间和取值离散的特点，从而使受控载波的参数变化过程离散化，因此这种调制过程又称为“键控法”。 数字调制过程中处理的是数字信号, 而载波有振幅、频率和相位3 个变量, 且二进制的信号只有高低电平两个逻辑量1 和0, 所以数字调制最基本的方法有3 种：对载波的振幅调制称为振幅键
13、控(ASK)；对载波的频率调制称为频移键控(FSK)；对载波的相位调制称为相移键控(PSK)。根据所处理的基带信号的进制不同分为二进制和多进制调制。多进制数字调制与二进制相比, 在相同的信息传输速率条件下，可以使传输频带压缩k倍，从而提高了通信系统的有效性。1 EDA技术简介EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC（Application S
14、pecific Integrated Circuit）芯片中，实现既定的电子电路设计功能。EDA技术可把数字通信技术，微电子技术和现代电子设计自动技术结合起来，实现硬件设计软件化，加速了数字通信系统设计的效率，降低了设计成本。EDA与传统电子设计方法的比较： 传统设计方法的缺点：（1）复杂电路的设计、调试十分困难。（2）如果某一过程存在错误，查找和修改十分不便。（3）设计过程中产生大量文档，不易管理。（4）对IC设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差。（5）只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实测。 EDA技术的特点：（1）采用硬件描述语言作为设计输入。（2）库的引入。
15、（3）设计文档的管理。（4）强大的系统建模、电路仿真功能。（5）具有自主知识产权。（6）开发技术的标准化、规范化以及IP核的可重用性。（7）适用于高效率大规模系统设计的自顶向下设计方案。（8）全方位的利用计算机自动设计、仿真和测试技术。（9）对设计者的硬件知识和硬件经验要求低。（10）与以CPU为主的电路系统相比，EDA技术具有更好的高速性能。（11）纯硬件系统的高可靠性。因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。1.1 MAXPLUXII简介前面已提到，MAX+PLUS II是开发ALTERA公司FPGA产品的软件工具。利用MAX+PLUS II提供的设计环境和设计工具，可以灵活高效地完成各种数字电路设计。在MAX+PLUS II中FPGA的设计流程如下： 1 设计的输入MAX+PLUS II中有三种输入方式：图形输入、文本输入、波形输入，分别利用MAX+PLUS II的Graphic Editor、Text Editor、Waveform Editor。图形输入即输入电路原理图，不仅可以使用MAX+PLUS II中丰富的图形器件库，而且可以使用几乎全部的标准EDA设计工具。文本输入方式支持ALTERA公司的AHDL语言，同时兼容VHDL和Verilog HDL。波形输入允许设计者通过只编辑输入波形，而由系统自动生成该功能模块。2 设计实现设计实现意味着在所选
