2FSK調制解調系統(tǒng)設計

1、-2FSK調制解調系統(tǒng)設計 舒瓏塔202120211130 晉良斌202120211129專業(yè)名稱：2021級信息工程指導教師：曉麗講師. z-摘要2FSK是一種在無線通信中很有吸引力的數(shù)字調制方式，目前在短波，微波和衛(wèi)星通信中均被采用。隨著超大規(guī)模集成電路技術和計算機技術的飛速開展，數(shù)字信號處理DSP技術在通信領域中已有了廣泛的應用。本論文研究并實現(xiàn)了基于DSP的全數(shù)字2FSK發(fā)送與接收系統(tǒng)。本文分析并防真了基于直接數(shù)字頻率合成原理的2FSK全數(shù)字調制的方法；分析并防真了基于差分基帶相位傅立葉變換的載波頻偏和位定時算法.最終得到結果如下：1.實現(xiàn)了數(shù)字的2FSK數(shù)字化調制。本文在獨立設計的D

2、SP系統(tǒng)上進展了調制實驗。通過改變程序中的參數(shù)，成功實現(xiàn)了多種速率的數(shù)據發(fā)送。2.實現(xiàn)了2FSK信號的數(shù)字化接收。接收工作包括數(shù)據的讀入，載波頻偏估計，位同步，解調。關鍵詞：2FSK調制同步 解調. z-Abstract2fsk is a very attractive digital modulation in a wireless munication method, currently in HF, are used in microwave and satellite munications.As VLSI Technology and the rapid development of

3、 puter technology, digital signal processing ( DSP ) technology in a wide range of applications in the field of munication.This thesis research and realization of DSP Based digital 2fsk sending and receiving systems. Analysis and prevention of this article is based on the principle of direct digital

4、 frequency synthesis 2fsk digital modulation method ; analysis and prevention is based on the difference of base - band phase of the Fourier transform algorithm of bit timing and carrier frequency offset.Final results are as follows :1. Enabling digital 2fsk digital modulation. This article about in

5、dependent Design of DSP system modulation e*periment. By changing the parameters in the program, the successful implementation of a variety of data sending rate.2. Implements 2fsk digital signals received. Receiving the data is read into the carrier frequency offset estimation, bit synchronization,

6、and demodulation.Keywords:2fsk,modulation,Synchronized,demodulation. z-目錄摘要IAbstractII目錄III前言- 1 -1二進制頻移鍵控2FSK- 2 -1.1 FSK的根本原理- 2 -1.2 2FSK根本原理- 2 -1.2.1 2FSK信號的產生方法- 3 -2 調制原理- 5 -2.1 2FSK調制原理- 5 -2.2 2FSK調制算法- 5 -2.3 調制主程序流程圖- 6 -3解調原理- 7 -3.1常見解調方法- 7 -3.2 實驗解調算法- 9 -4實驗流程- 10 -4.1調制實驗- 10 -調制主程

7、序- 10 -調制過程- 10 -4.2解調實驗- 11 -4.2.1 解調主程序- 11 -4.2.2 解調過程- 11 -總結- 13 -參考文獻- 14 -1 實驗程序- 15 -A1.1 調制主程序- 15 -A1.2 解調主程序- 18 -. z-前言課題主要研究2FSK信號的調制解調系統(tǒng)的實現(xiàn)，完成對數(shù)字信號的調制及解調，使系統(tǒng)簡單，并要調制解調過程容易實現(xiàn)，能正確的完成調制解調任務。在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，頻帶傳輸系統(tǒng)的應用最為突出。用基帶數(shù)字信號控制高頻載波,把基帶數(shù)字信號變換為頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調制，已調信號通過信道傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端通過解調器把頻帶數(shù)字信號復原成基

8、帶數(shù)字信號，這種數(shù)字信號的反變換稱為數(shù)字解調，把包含調制和解調過程的傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字信號的頻帶傳輸系統(tǒng)。數(shù)字調制解調技術是現(xiàn)代通信的一個重要的容,在數(shù)字通信系統(tǒng)中,由于基帶數(shù)字信號包含了豐富的低頻局部,如果要遠距離傳輸,特別是在有限帶寬的高頻信道無線或光纖信道傳輸時,必須對數(shù)字信號進展載波調制,使基帶信號的功率譜搬移到較高的載波頻率上,這就稱為數(shù)字調制(DigitalModulation)。它可以分別對載波的幅度、頻率、相位進展調制,于是有ASK(移幅鍵控)、FSK(移頻鍵控)、PSK(移相鍵控)等調制方式。數(shù)字調制同時也是時分復用的根本技術,其中FSK是利用數(shù)字信號去調制載波的頻率,是信息傳

9、輸較早的一種傳輸方式,(2FSK)在通信系統(tǒng)中應用廣泛。以數(shù)字信號作為調制信號的調制技術。一般采用正弦波作為載波，這種數(shù)字調制又稱為載波鍵控。用電鍵進展控制，這是借用了電報傳輸中的術語。載波鍵控是以數(shù)字信號作為電碼，用它對正弦載波進展控制，使載波的*個參數(shù)隨電碼變化。 FSKFrequency-shift keying- 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。它是利用基帶數(shù)字信號離散取值特點去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調制技術。是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式,它的主要優(yōu)點是: 實現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據傳輸中得到了廣泛的應用。1二進制頻移鍵控2FS

10、K1.1 FSK的根本原理FSKFrequency-shift keying頻移鍵控-利用載頻頻率變化來傳遞數(shù)字信息，是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式。主要優(yōu)點：1. 實現(xiàn)起來較容易。2. 抗噪聲與抗衰減的性能較好。3. 在中低速數(shù)據傳輸中得到了廣泛的應用。 FSK用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態(tài)的，被調載波的頻率隨二進制序列0、1狀態(tài)而變化，即載頻為時代表傳0，載頻為時代表傳1。圖一：2FSK的典型時域波形1.2 2FSK根本原理A. 表達式：在2FSK中，載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。故其表達式為B. 典型波形：由圖可見，2FSK信號的波形(a)可以分解為

11、波形(b)和波形c，也就是說，一個2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加。因此，2FSK信號的時域表達式又可寫成式中 g(t) 單個矩形脈沖，Ts 脈沖持續(xù)時間；jn和qn分別是第n個信元1或0的初始相位，通?？闪钇錇榱?。因此，2FSK信號的表達式可簡化為 信號的產生方法1) 采用模擬調頻電路來實現(xiàn)：信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的。2) 采用鍵控法來實現(xiàn)：相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。 圖二：信號產生流程圖2調制原理從2FSK的調制方法有兩種：1頻率選擇法；2載波調頻法。不同的方法有不同的優(yōu)缺點，在不同的情況下使用不同的方法。2FSK調制采用查表法，可以實現(xiàn)較好的實時性，

12、特別適用于通信載波的生成。2.12FSK調制原理2FSK信號的產生通常有兩種方式：1頻率選擇法；2載波調頻法。l 頻率選擇法-產生的2FSK信號為兩個彼此獨立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進制碼元狀態(tài)轉換或時刻，2FSK信號的相位通常是不連續(xù)的，這會不利于已調信號功率譜旁瓣分量的收斂。l 載波調頻法-在一個直接調頻器中產生2FSK信號，這時的已調信號出自同一個振蕩器，信號相位在載頻變化時始終是連續(xù)的，這將有利于已調信號功率譜旁瓣分量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬。 2.2 2FSK調制算法2FSK調制就是把輸入數(shù)字序列變成適合于信道傳輸?shù)淖冾l正弦波-2FSK的DSP實現(xiàn)關鍵就是產生正弦或余

13、弦波形。產生正弦波的方法有差分迭代法、泰勒級數(shù)展開法、查表法等多種方法。2FSK調制采用查表法，可以實現(xiàn)較好的實時性，特別適用于通信載波的生成。在DSP 的程序存儲空間,使用Q15 定點數(shù)格式在0,2上以2/N的相位間隔固化N 點正弦值，以供查表這些值可由MATLAB軟件首先計算好，在此取N=12。這樣對于F0和F1的取樣間隔分別為：使用DSP定時器T0，用來實現(xiàn)對數(shù)據解調DAC輸出速率的控制。這樣，如要實現(xiàn)12Kbps的數(shù)傳輸速率，需要將DSP定時器T0的溢出率設置為192KHz。2.3 調制主程序流程圖本文使用查表法提供2FSK調制所需要的兩路正弦波，即sin0_table和sin1_ta

14、ble，當發(fā)送的數(shù)據為“0時是發(fā)送sin0的數(shù)據，當發(fā)送的數(shù)據為“1是發(fā)送sin1的數(shù)據。初始化完后，接收數(shù)據，判斷“0或“1，翻開中斷，則定時器每隔一個周期產生一次中斷，中斷效勞程序則完成一個采樣點的輸出。一個碼元周期完畢后，關中斷，判斷下一個發(fā)送數(shù)據，繼續(xù)循環(huán)。圖三：調至主程序流程圖3解調原理3.1常見解調方法解調的原理就是將2FSK 信號分解為上下兩路分別進展解調，然后進展判別。2FSK信號的解調方法有：如包絡檢波法、相干解調法、鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等。1) 非相干解調：2) 相干解調：相干解調器的一般模型為相干解調器原理：為了無失真地恢復原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的

15、已調載波嚴格同步同頻同相的本地載波稱為相干載波，它與接收的已調信號相乘后，經低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調制信號。已調信號的一般表達式為與同頻同相的相干載波c(t)相乘后，得經低通濾波器后，得到因為sI(t)是m(t)通過一個全通濾波器HI (w) 后的結果，故上式中的sd(t)就是解調輸出，即 3) 過零檢測法：3.2 實驗解調算法算法的根本思想是已調信號和它的延時信號相乘，然后經過低通濾波，根據濾波結果的符號判斷發(fā)送信號的值，從而實現(xiàn)信號的解調。 前面一局部是僅與k有關的常數(shù)。后面一局部是與n有關的高頻分量，可通過對稱系數(shù)低通濾波器h(n)來濾除。低通濾波器h(n)的截止頻率

16、設為12KHz，通過該低通濾波器后得到：k的選擇是設計解調器的關鍵，應使差值： 最后，以利于正確區(qū)分兩種頻率，降低判決的誤碼率。根據實際的測試得到，當k=2時，可以得到較好的區(qū)分度。經過低通濾波后的數(shù)據U(n)經過判決算法后，可以得到最終所要的解調數(shù)據Y(n)。4實驗流程4.1調制實驗本次實驗是2FSK基于DSP的調制實驗，是在Code poser Studio2.2上實現(xiàn)的。4.1.1調制主程序詳見附錄1。4.1.2調制過程將實驗原程序中的FSK_DATA數(shù)據變更為0*6b17。如下圖。在軟件頻率顯示圖中，將屬性變?yōu)槿缦聢D的情況。在經過程序和軟件上的調試后，最終我們可以得到頻率結果圖。4.2

17、解調實驗本次實驗是2FSK基于DSP的解調實驗，是在Code poser Studio2.2上實現(xiàn)的。4.2.1解調主程序詳見附錄1。4.2.2 解調過程將實驗原程序中的FSK調制數(shù)據改為01101011000。將頻率顯示圖的屬性更改為如圖的屬性，如此可方便的出最后的結果圖。經過程序和軟件屬性的修改，得到了如下圖的結果圖，我們一開場輸入的FSK解調數(shù)為01101011000，可以從圖上看出數(shù)據為01101011000。是相符合的?？偨Y課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。這次課程設計，至今我仍感慨頗

18、多，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以穩(wěn)固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會效勞，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠結實。這次課程設計歷時兩個星期多左右，通過這兩個星期的學習，

19、發(fā)現(xiàn)了自己的很多缺乏，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經歷還是比擬缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。參考文獻1 解月珍.履多.沅清.信號產生電路M.電子工業(yè)出版,1994.2 王慕坤.通信原理M.工業(yè)大學,2003.3 鮮繼清.德民.現(xiàn)代通信系統(tǒng)M.電子科技大學,2002.4 閻石.數(shù)字電子技術根底M.高等教育,2006.5 濤.DSP實用技術M.電子科技大學,2002.6 高海林,錢滿義.DSP技術及其應用M.交通大學.2021.1實驗程序A1.1調制主程序*include "myapp.h"int const sin0_table16=0, 1158,1638,1

20、158,0,-1159,-1638,-1158,0, 1158,1638,1158,0,-1159,-1638,-1158;int const sin1_table16=0, 1254,2317,3027,3276,3027,2317,1254,0,-1254,-2317,-3027,-3276,-3027,-2317,-1254;/int const sin1_table16=0, 627,1158,1514,1638,1514,1158,627,0,-627,-1159,-1514,-1638,-1513,-1158,-626;/int const sin0_table16=0, 1158

21、,1638,1158,0,-1159,-1638,-1158,0, 1158,1638,1158,0,-1159,-1638,-1158;unsigned int FSK_DATA = 0*6b17;unsigned int FSK_Tran_BUFF ;/變量的地址可以查看 工程目錄中的.map文件可以t*t文本翻開 本例地址為0*2001unsigned int FSK_Tran_Flag = 0;/定時中斷控制位unsigned int Counter;unsigned int Counter0;unsigned int Counter1;unsigned int Temp_DATA;v

22、oid main( void ) / unsigned int Counter; c54init(); asm(" SSB* CPL"); /需要注意的是函數(shù)中的局部變量編譯成匯編后會進展直接尋址， /因此必須初始化DP頁指針，這樣在函數(shù)中使用局部變量就不會出現(xiàn)問題。 asm(" LD *0*40,DP"); /同樣需要將SP指針初始化一下 SP = 0*3400; / asm(" RSB* INTM "); initCLK(CPU_SPEED_160M); initInterrupt(); asm(" rsb* INTM

23、");/開全局開中斷 TCR = 0*0020;/TSS=0 Timer start，TRB=1 Reload Temp_DATA = FSK_DATA; for(Counter=0;Counter<16;Counter+) if(FSK_DATA&0*0001) sin0_Trans(); FSK_DATA = FSK_DATA >> 1; else sin1_Trans(); FSK_DATA = FSK_DATA >> 1; /port8000=0; /port8000=0*8888; /port8000=0;/ for(;);void s

24、in0_Trans(void)/unsigned int i;/unsigned int Counter0;for(Counter0=0;Counter0<16;Counter0+)while(!FSK_Tran_Flag);FSK_Tran_BUFF = sin0_tableCounter0;/在此加斷點FSK_Tran_Flag = 0;void sin1_Trans(void)/unsigned int i;/unsigned int Counter1;for(Counter1=0;Counter1<16;Counter1+)while(!FSK_Tran_Flag); FS

25、K_Tran_BUFF = sin1_tableCounter1;/在此加斷點FSK_Tran_Flag = 0;interrupt void TINT0_ISR( void ) FSK_Tran_Flag = 1; A1.2解調主程序R*include "myapp.h"*include "math.h"/*FSK延時相乘非相干解調測試程序*Fc=24kHz,F0=16KHz,F1=32KHz,Fs=192Khz *系數(shù)對稱的FIR濾波器*N=8,h(n)=h(N-1-n)*y(n)=h0*(n)+*(n-7)+h1*(n-1)+*(n-6)* +h2

26、*(n-2)+*(n-5)+h3*(n-3)+*(n-4)*/-所有全局變量的地址可以在工程目錄的.map文件中查看-/本程序中先關變量的地址如下，程序如有改動，地址會有變動/*GLOBAL SYMBOLS: SORTED ALPHABETICALLY BY Name address name- -000020d0 _DEC_By_NUM000020ce _DEC_DATA_BEF000020cd _DEC_DATA_CURR000020d3 _DEC_DATA_Ser000020d6 _DEC_Flag_*000020cc _DEC_IN000020cf _DEC_NUM000020d1 _

27、DEC_NUM_*000020d7 _DEC_OUT000020e3 _DSIP00002000 _FIRBUFF0000210b _FIR_COEF0000210f _FSK_DATA00002021 _LPFOUT000020d2 _ONCE_DEC_DONE000001dc _TINT0_ISR000020e4 _Temp_DATA*/int const FIR_COEF4=0*0005, 0*21AF,0*18AB,0*1C42;/FIR濾波器系數(shù)/int const FIR_COEF4=18*32768/100000,26316*32768/100000,19272*32768/10

28、0000,22079*32768/100000;/FIR濾波器系數(shù)/*前半局部噪音*后半局部FSK調制數(shù)據*F0和F1的余弦表*F0：32767,28508,16384,0,-16384,-28508,-32767,-28508,-16384, 0,16384,28508,*F1：28508,0,-28508,-28508,0,28508,28508,0,-28508,-28508, 0,28508,*FSK調制數(shù)據表示"01001011011"，程序運行完畢后可以在DEC_OUTDataSer_Num數(shù)組中看到*/int const FSK_DATADataNum= /*

29、噪音 64個點18295,-6420,19759,-29306,6924,-10388,12834,12498,-7547,0,-18295,6420,6084,10388,0,-8530,-12834,6420,622,18918,-7547,-6420,-6084,-10388,25843,-10388,19759,-25338,-622,0,622,25338,-19759,10388,-25843,10388,6084,6420,7547,-18918,-622,-6420,12834,8530,0,-10388,-6084,-6420,18295,0,7547,-12498,-128

30、34,10388,-6924,29306,-19759,6420,-18295,0,18295,-6420,19759,-29306, /*FSK調制數(shù)據11*16 011010110000*0000,0*30FB,0*5A82,0*7641,0*7FFF,0*7641,0*5A82,0*30FB,0*0000,0*CF05,0*A57E,0*89BF,0*8000,0*89BF,0*A57E,0*CF05,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A

31、57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*30FB,0*5A82,0*7641,0*7FFF,0*7641,0*5A82,0*30FB,0*0000,0*CF05,0*A57E,0*89BF,0*8000,0*89BF,0*A57E,0*CF05,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*

32、0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*30FB,0*5A82,0*7641,0*7FFF,0*7641,0*5A82,0*30FB,0*0000,0*CF05,0*A57E,0*89BF,0*8000,0*89BF,0*A57E,0*CF05,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0

33、*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*5A82,0*7FFF,0*5A82,0*0000,0*A57E,0*8000,0*A57E,0*0000,0*30FB,0*5A82,0*7641,0*7FFF,0*7641,0*5A82,0*30FB,0*0000,0*CF05,0*A57E,0*89BF,0*8000,0*89BF,0*A57E,0*CF05,0*0000,0*30FB,0*5A82,0*7641,0*7FFF,0*7641,0*5A82,0*30FB,0*0000,0*CF05,0*A57E,0*89BF,0*8000,0*89BF,

34、0*A57E,0*CF05,0*0000,0*30FB,0*5A82,0*7641,0*7FFF,0*7641,0*5A82,0*30FB,0*0000,0*CF05,0*A57E,0*89BF,0*8000,0*89BF,0*A57E,0*CF05;/*32767,28508,16384,0,-16384,-28508,-32767,-28508,-16384, 0,16384,28508,28508,0,-28508,-28508,0,28508,28508,0,-28508,-28508, 0,28508,32767,28508,16384,0,-16384,-28508,-32767,

35、-28508,-16384, 0,16384,28508,32767,28508,16384,0,-16384,-28508,-32767,-28508,-16384, 0,16384,28508,28508,0,-28508,-28508,0,28508,28508,0,-28508,-28508, 0,28508,32767,28508,16384,0,-16384,-28508,-32767,-28508,-16384, 0,16384,28508,28508,0,-28508,-28508,0,28508,28508,0,-28508,-28508, 0,28508,28508,0,-

36、28508,-28508,0,28508,28508,0,-28508,-28508, 0,28508,32767,28508,16384,0,-16384,-28508,-32767,-28508,-16384, 0,16384,28508,28508,0,-28508,-28508,0,28508,28508,0,-28508,-28508, 0,28508,28508,0,-28508,-28508,0,28508,28508,0,-28508,-28508, 0,28508;*/int FIRBUFF8=0,0,0,0,0,0,0,0;/FIR濾波器輸入緩沖區(qū)intLPFOUTData

37、Num;/濾波器輸出intDEC_IN=0;/判決器輸入intDEC_DATA_CURR=0;/當前采樣點判決值intDEC_DATA_BEF=0;/前一次采樣點判決值intDEC_NUM=0;/判決用計數(shù)器intDEC_By_NUM=0;/判決用計數(shù)器intDEC_NUM_*=0;/周期計數(shù)器intONCE_DEC_DONE=0;/一次有效判決完畢intDEC_DATA_SerDEC_PASS_NUM=0,0;intDEC_Flag_*=0;/當前判決碼元符號標志intDEC_OUTDataSer_Num=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;/判決器輸出,結果存儲在這里long

38、Temp_DATA=0;/暫存數(shù)據int DSIP=0;/顯示變量void main( void ) int Counter,Counter01; c54init(); asm(" SSB* CPL"); /需要注意的是函數(shù)中的局部變量編譯成匯編后會進展直接尋址， /因此必須初始化DP頁指針，這樣在函數(shù)中使用局部變量就不會出現(xiàn)問題。 asm(" LD *0*40,DP"); /同樣需要將SP指針初始化一下 SP = 0*3400; / asm(" RSB* INTM "); initCLK(CPU_SPEED_160M); initI

39、nterrupt(); asm(" SSB* INTM ");/管全局開中斷 /TCR = 0*0020;/TSS=0 Timer start，TRB=1 Reload asm(" SSB* FRCT ");/所有數(shù)乘法都是小數(shù)乘 for(Counter=0;Counter<DataNum;Counter+) Temp_DATA = FSK_DATACounter*FSK_DATACounter+DELAY_MUL_NUM;/延時相乘, FIRBUFF7 = Temp_DATA>>16;/取乘積后的高16位，將最新樣點放置在FIR濾波器