一種低誤碼率的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院　楊　湲　肖順文

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一種低誤碼率的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院楊湲肖順文

【摘要】根據(jù)FSK調(diào)制解調(diào)的原理，設(shè)計(jì)了調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并在此系統(tǒng)上增加了信號(hào)跟蹤模塊，使得解調(diào)具有低門限特性，因此降低了數(shù)字信號(hào)解調(diào)時(shí)的誤碼率。本系統(tǒng)調(diào)制模塊采用頻率鍵控法設(shè)計(jì)，信號(hào)跟蹤模塊采用類似鎖相環(huán)的方法實(shí)現(xiàn)，解調(diào)模塊利用過零檢測(cè)法實(shí)現(xiàn)，調(diào)制解調(diào)模塊在之前的設(shè)計(jì)中已做出，本文主要著重實(shí)現(xiàn)信號(hào)跟蹤以及低誤碼率解調(diào)功能。仿真結(jié)果表明：在調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)加上信號(hào)跟蹤模塊以后，解調(diào)信號(hào)波形具有低誤碼率，高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】移頻鍵控；信號(hào)跟蹤；過零檢測(cè)法；低誤碼率

0　前言

由于數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中容易受干擾，干擾后容易產(chǎn)生誤碼現(xiàn)象，因此為了降低誤碼率，設(shè)計(jì)了信號(hào)跟蹤模塊。本文的調(diào)制解調(diào)模塊均是采用文獻(xiàn)[1]的設(shè)計(jì)即FSK調(diào)制模塊和過零檢測(cè)法實(shí)現(xiàn)的解調(diào)模塊[2,3]。在之前的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，添加了信號(hào)跟蹤模塊，信號(hào)跟蹤模塊的輸出與調(diào)制信號(hào)保持同步，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的跟蹤功能，使解調(diào)模塊具有低門限特性，降低了解調(diào)的誤碼率，使本設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性，優(yōu)化了之前設(shè)計(jì)的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，同時(shí)本設(shè)計(jì)中調(diào)制、跟蹤、解調(diào)系統(tǒng)均采用頂層方法實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、加快了設(shè)計(jì)與運(yùn)行速度[1,4,5,6]。

1　調(diào)制、跟蹤、解調(diào)原理

本設(shè)計(jì)中調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)采用文獻(xiàn)[1]的設(shè)計(jì)，即調(diào)制利用數(shù)字基帶信號(hào)去控制選擇開關(guān)來(lái)改變輸出的頻率成分，從而實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制[1,7]，而解調(diào)則采用易于實(shí)現(xiàn)的過零檢測(cè)法，即在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)信號(hào)波形通過零電平軸的次數(shù)來(lái)判斷相關(guān)的頻率成分[1,8]。本設(shè)計(jì)中難點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)信號(hào)跟蹤，信號(hào)跟蹤模塊是在鎖相環(huán)的理論基礎(chǔ)上優(yōu)化產(chǎn)生的。跟蹤模塊類似鎖相環(huán)，卻不同于鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)，其本質(zhì)即是實(shí)現(xiàn)位同步，根據(jù)鑒相器輸出的結(jié)果，不斷地調(diào)整跟蹤模塊的輸出，使跟蹤模塊的輸出與調(diào)制信號(hào)保持同步[6,9]。由于本設(shè)計(jì)采用高頻傳輸數(shù)字信號(hào)，低頻成分較少，為了減少了仿真運(yùn)行時(shí)間，因此本設(shè)計(jì)中沒有加入低通濾波電路。信號(hào)跟蹤模塊是由鑒相器、雙向時(shí)鐘源、脈沖加減控制電路、以及2分頻器構(gòu)成。其中鑒相器是由異或門組成，雙向時(shí)鐘源是由D觸發(fā)器和一些門電路構(gòu)成，脈沖控制電路、2分頻電路均是采用文本設(shè)計(jì)[6,10]。尤其是脈沖控制電路，它不同于鎖相環(huán)的脈控電路，它是由一些邏輯關(guān)系采用文本設(shè)計(jì)組成，能夠更好的實(shí)現(xiàn)脈沖加減。

2　調(diào)制、跟蹤、解調(diào)電路結(jié)構(gòu)

調(diào)制、跟蹤、解調(diào)電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，基帶信號(hào)輸入到調(diào)制模塊，在CLK，CLR信號(hào)作用下，輸出調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)輸入到跟蹤模塊，在CLK作用下，跟蹤模塊便產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制信號(hào)保持同步的跟蹤信號(hào)，跟蹤信號(hào)輸入到解調(diào)器中，在CLK，CLR作用下，輸出解調(diào)信號(hào)。采用跟蹤信號(hào)作為解調(diào)模塊的輸入信號(hào)，使得解調(diào)模塊具有低門限特性，降低了解調(diào)時(shí)的誤碼率[4]。

圖1　調(diào)制、跟蹤、解調(diào)電路結(jié)構(gòu)

3　調(diào)制、跟蹤、解調(diào)硬件電路

3.1跟蹤模塊設(shè)計(jì)

3.1.1鑒相器設(shè)計(jì)

鑒相器是由一個(gè)異或門構(gòu)成，原理圖及仿真模塊如圖2所示，fsk為調(diào)制器輸出的調(diào)制信號(hào)，fout為跟蹤模塊輸出的反饋信號(hào)，sel為相位差信號(hào)，a、b為輸出的超前、滯后信號(hào)[11,12]。

圖2　鑒相器原理圖

3.1.2時(shí)鐘源模塊設(shè)計(jì)

時(shí)鐘源模塊的作用是產(chǎn)生兩路相位差為180度，占空比為25%的高頻信號(hào)，給脈沖加減模塊提供兩個(gè)信號(hào)輸入端[13]。其原理圖以及仿真模塊如圖3所示，CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端，e、f分別為兩路相差為180度的高頻信號(hào)輸出端。

圖3　時(shí)鐘源原理圖

3.1.3脈沖加減控制模塊設(shè)計(jì)

脈沖加減控制模塊是由鑒相器、時(shí)鐘源、脈沖加減設(shè)計(jì)邏輯(脈控模塊)組成，脈控模塊在a、b、sel、e、f信號(hào)的作用下控制脈沖的加減。其原理圖以及仿真模塊如圖4所示，outt為輸出的進(jìn)行了加減變化的脈沖信號(hào)[14,15]。

圖4　脈沖加減控制原理圖

3.1.4跟蹤模塊構(gòu)建設(shè)計(jì)

跟蹤模塊是由脈沖加減控制模塊與2分頻模塊組成，2分頻電路將脈沖加減控制模塊輸出的outt信號(hào)進(jìn)行2分頻，其原理圖以及仿真模塊如圖5所示，clkout為輸出的跟蹤信號(hào)，也為脈沖加減控制模塊的反饋信號(hào)。

圖5　跟蹤模塊原理圖

3.2調(diào)制、跟蹤、解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

解調(diào)模塊是采用文獻(xiàn)[1]中的解調(diào)設(shè)計(jì)，調(diào)制、跟蹤、解調(diào)原理圖如圖6所示，jietiao為輸出的解調(diào)信號(hào)。

圖6　調(diào)制、跟蹤、解調(diào)模塊原理圖

4　調(diào)制、跟蹤、解調(diào)仿真結(jié)果

調(diào)制、跟蹤、解調(diào)設(shè)計(jì)仿真圖如圖7所示，跟蹤模塊輸出的clkout信號(hào)在CLK、CLR作用下經(jīng)過解調(diào)模塊,輸出jietiao信號(hào)。從仿真圖看出，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)波形完全一致，誤碼率低，系統(tǒng)具有非常高的穩(wěn)定性。

圖7　調(diào)制、跟蹤、解調(diào)仿真結(jié)果

5　結(jié)論

本設(shè)計(jì)是在之前的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)上，增加了信號(hào)跟蹤模塊，信號(hào)跟蹤實(shí)現(xiàn)了對(duì)調(diào)制信號(hào)的同步功能，降低了解調(diào)時(shí)由于干擾而產(chǎn)生的誤碼現(xiàn)象的概率，優(yōu)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并且提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

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楊湲（1991—），女，四川廣安人，西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院碩士究生，主要從事軟件無(wú)線電、EDA、SOPC等應(yīng)用技術(shù)方面的研究工作。

肖順文（1970—），男，四川金堂人，西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授，主要從事軟件無(wú)線電、EDA、SOPC等應(yīng)用技術(shù)方面的研究工作。

(1)二階RLC仿真電路的構(gòu)建

利用Multisim10.0分別搭建RLC串聯(lián)電路中電容電壓、電感電壓測(cè)試電路和電流測(cè)試電路分別如圖2所示，圖2中示波器XSC1的通道A測(cè)試電容電壓，通道B測(cè)試電感電壓，示波器XSC2的通道A測(cè)試電流給定L=1H，C=1F。

搭建電路時(shí)，在Multisim元件庫(kù)中選擇相應(yīng)元件及測(cè)試儀器，構(gòu)建測(cè)試電路，通過改變電阻R的取值，研究三種情況下的電路特性。

通訊作者：

作者簡(jiǎn)介：

基金項(xiàng)目：四川省教育廳科研基金重點(diǎn)項(xiàng)目（15ZA0145）。