芜湖哪里有做网站的,环球军事网,如何建设一个博客网站,网站备案系统验证码出错的解决方案本原创文章由深圳市小眼睛科技有限公司创作#xff0c;版权归本公司所有#xff0c;如需转载#xff0c;需授权并注明出处 一、FSK信号的解调原理
FSK信号的解调也有非相干和相干两种#xff0c;FSK信号可以看作是用两个频率源交替传输得到的#xff0c;所以FSK的接收机由… 本原创文章由深圳市小眼睛科技有限公司创作版权归本公司所有如需转载需授权并注明出处 一、FSK信号的解调原理
FSK信号的解调也有非相干和相干两种FSK信号可以看作是用两个频率源交替传输得到的所以FSK的接收机由两个并联的ASK接收机组成。
(1)相干解调
相干解调是利用乘法器输入一路与载频相干的参考信号与载频相乘通过低通滤波滤除高频信号即得原始信号FSK经过带通滤波之后可以看作是两路ASK信号相干检测器组成的原理如下所示 FSK相干解调结构
上图是一种易于实现的FSK相干解调器还有一种最佳FSK相干解调器如下所示 FSK最佳解调结构
从图上可以看出在接收端要产生两个已知信号s1(t)和s2(t)的波形分别和输入波形相乘再送往积分器在一定时间内积分在tTb时刻将积分结果取样并在比较器中比较判决然后输出整个相干解调器的性能受载波锁相环路以及位同步性能影响很大并且在高速率的情况下积分、取样和清洗电路难以实现因此通常采用第一种相干解调器的结构。 (2)非相干解调 由于FSK信号中提取相干载波相对比较困难实际工程应用中多用非相干解调法在相同误码率的条件下非相干解调需要的信噪比只比相干解调高1~2dB。非相干解调的种类有很多例如基于自适应滤波的解调法、差分检波算法、AFC环解调法、过零检测法、包络检波法等。
• 基于自适应滤波的解调法
在自适应解调中较常见的方法是利用自适应滤波器中的单一频率的自适应陷波器进行解调它能提供易于控制的带宽和及其深的零点具有自适应地跟踪载波的频率和相位的能力它等效于有一个复权的自适应滤波器用两个实权同时调整单一频率正弦波的幅度和相位以跟踪原始输入信号的幅度和相位消除干扰。如下是自适应滤波器的结构 自适应滤波结构
自适应滤波中的单频跟踪技术应用于解调时兼有解调和锁相的功能选取适当的步长可以达到较小的传输延迟并获得优良的解调性能。二进制FSK信号有两个调制频率能量主要集中在这两个频率。分别采用两个自适应滤波(SFT)跟踪这两个频率的信号即可将键控频率分量提取出来。然后经过中值滤波提取包络、积分清洗、抽样判决即可还原基带信号。比最佳非相干解调拥有更好的误码性能特别适合低速率数据场合解调系统示意图如下 自适应解调FSK原理
• 差分检波算法
差分检波法解调FSK的原理如下所示 差分检波法解调原理
设带通滤波器的输出为 其中We为载波频率w是角频率偏移为初始相位则乘法器的输出为 用低通滤波器滤除倍频分量可以得到 如果令则 当FSK取上边频时为负值取下边频为正值随基带信号码元的不同低通滤波输出正负变化的正弦波通过抽样判决即可实现FSK信号的解调。这种方法结构上相 对简单计算量小便于实现。
• AFC环解调法
AFC环是一个负反馈系统如果接收信号与本振存在频差则在一定时间内必然存在相差鉴相器输出的相位误差信号微分后得到反映频差的误差信号经过平滑处理 控制VCO的震荡频率向输入信号频率靠近最终使得频差近似为零。应用比较广泛的是相乘微分型AFC环路结构如下所示 相乘微分型解调原理
设输入信号为 VCO输入信号为 由上图可知 输入信号为单载波信号时 因此反映了输入信号和VCO输出信号的频差对FSK信号来讲 即为调制信号对其进行滤波判决即可完成FSK信号的解调。AFC环是根据信号的瞬时频 率来解调数据的当FSK调制度较小时区分调制数据越困难解调性能也越差。 • 过零检测法
过零检测法是一种常用且简便的解调方法2FSK信号的过零点数随载频的变化而 不同因此检测出过零点个数就可以得到载频的差异从而进一步得到调制信号的信息过零检测法的原理如下 过零检测法解调原理
FSK信号经过限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的脉冲序列由此再形成 相同宽度的矩形脉冲矩形脉冲的低频分量与数字信号相对应由滤波器滤出低频分量 然后经抽样判决即可得到原始的数字调制信号。 • 包络检波法
2FSK的包络检波法解调原理如下可视为由两路2ASK解调电路组成这里两个带通滤波器对应两个中心频率用以分开两路2ASK信号将两路滤波之后的包络信号相减在经过抽样判决其进行判决根据调制规则(f1代表符号1f2代表符号0),当判决值大于0时判决为1否则判决为0。 包络检波法解调原理
包络检波首先需要通过带通滤波器将FSK信号进行滤波分离显然当调制度较小的时候两路FSK信号频谱混叠严重带通滤波器的通带比较窄能量损失比较严重会引入另一路信号的频谱干扰因此性能下降严重通常需要调制度大于2的时候才能获得较好测性能。 二、FSK解调技术的matlab仿真
这里采用AFC环来实现FSK的解调之所以选择AFC环是因为AFC环是基于锁相环路的解调技术且环路增益计算相对简单可以初步学习锁相环的相关知识。AFC环中有3个滤波器其中两个正交之路的低通滤波完全相同用于滤除前级混频后的高频分量环路滤波器用于滤除鉴频器输出产生的高频分量产生NCO的控制信号。为了简化设计环路滤波器也设计成FIR低通滤波器这样可以直接从环路滤波器的输出信号中获取解调数据环路滤波器的带宽过渡带可以和混频器的低通滤波器保持一致。
FSK调制信号的参数如下其中码元速率为4MHz采样频率为32MHz载波频率为70MHz调制指数为0.715。码元为随机产生的数据需要写入本地作为后续比对的数据。 通过fskmod函数产生调制信号然后将基带信号变频到70MHz的中频叠加一定的信道噪声再使用抗混叠滤波器滤除带外频率防止输入信号的最大频率与采样频率冲突。 然后把数据写入文本作为FPGA解调的输入数据。 设计低通滤波器滤波器通带及过渡带的选择有一个基本的原则就是确保有用信号完全通过尽可能多地对噪声及干扰进行滤除。低通滤波器的通带必须大于捕获带宽捕获带宽也就是锁相环路起始的频差为确保不损失有用信号信息这里选择3.6MHz。
理论上讲截止频率越靠近通带频率越好但是过渡带越窄滤波器的阶数就越多所需的硬件资源也越多。过渡带带宽的选择原则有两个一是必须确保滤除相邻的A/D镜像频率成分二是需要滤除数字下变频引入的倍频分量。根据带通采样定理A/D镜像频率的最小间隔为 式中fL为中频信号的下边缘频率(70-3.666.4MHz)fH为中频信号的上边缘频率(703.673.6MHz)fs为采样频率(32MHz)k为整数易求得
数字下变频引入的倍频分量最低频率为 式中f0为中频采样后的载波频率(6MHz)也可以在频谱中看到Bf为中频信号处理带宽(7.2MHz)m为整数易求得fcddc 8.4MHz。
滤波器的设计如下 三、FSK解调技术的FPGA实现
AFC环中滤波器设计可以直接导入matlab参数但是采用FPGA进行数学意义上的微分运算时分困难根据微分运算的规则我们可以采用一种简单的近似处理方法即通过求取前后两个数据之差来代替微分运算前后两个数据间隔为一个时钟周期 采用前后两个数据之差来代替微分运算相当于数学上的微分运算乘以时钟速率这个常数反映在AFC环路上相当于环路增益乘了一个常数。NCO的参数设计比较简单区董事中频率选择系统时钟即可为32MHz频率字位宽选取30bit数据位宽为8bitNCO频率分辨率为 环路锁定的条件是环路增益K必须大于固有频差且环路增益越大捕获及锁定时间越短。对2FSK信号可以设置本地NCO的初始频率为载波频率fc固有频差即为FSK信号的频偏值当调制指数为0.715时码元速率为4MHz 因此环路能够稳定跟踪FSK信号的变化解调出原始数据。
1.DDS参数如下其他的选择默认 2.Multiplier需要用两个一个是8*8bit的数据和DDS位宽都是8位的取低15位作为有效输出数据。另一个是18*18的考虑到FPGA中集成硬件乘法器IP核大多多事18*18bit的DSP48E1是18*25如果超过18位就需要用两个DSP了占用更多资源因此在微分之后取高18位做乘法运算采用有符号乘法器即可。
3.低通滤波器导入matlab产生的系数参数设置如下其他的选择默认 4.环路滤波器和低通滤波器导入相同的参数输入数据的位宽可以根据自己截位的舍取进行选择这里使用的17位即微分之后取高17位作为有效数据然后输入环路滤波器。
编写测试文件环路滤波器输出的数据即为FSK解调信号然后通过抽样判决位同步时钟提取即可得到二进制码元把解调的数据写入到本地用于数据比对。 编写完测试激励之后通过ModelSim仿真结果如下 得到解调信号然后通过Matlab和调制信号做比对结果是一致验证了解调的正确性
