基于FPGA的FSK調制解調系統設計與實現

摘 要：FPGA技術在電子通信領域得到了越來越廣泛的應用，并已逐漸成為電子產品實現的首選方案。FSK（Frequency Shift Keying二進制移頻鍵控）是數字通信中使用較早的一種調制方式，它用不同頻率的載波來傳遞信號，用數字基帶信號來控制載波信號的頻率。論文詳細介紹了基于FPGA的FSK調制解調系統的設計和實現，整個設計基于ALTERA公司的QuartusⅡ開發平臺，并用Cyclone系列FPGA實現。經測試，系統能正常工作。

關鍵詞：FPGA ；FSK；調制解調；Quartus II

FPGA不僅具有可編程門陣列的高可靠性，而且具有用戶可編程性的特點，這種可編程特性帶來了數字電路設計的靈巧性，在數字電路設計中起著非常重要的作用。FSK是通信傳輸中使用較早的一種調制方法。它有抵抗噪聲能力好、傳輸的距離比較遠、傳輸的誤碼率低等特點。傳統的使用硬件手段實現FSK，特別是在相干解調模塊需要對其提取數字載波時，需要的設備比較復雜，而且成本較高，本文通過QuartusII 軟件平臺，采用VHDL語言，設計并實現了一種FSK調制解調系統。

1 系統整體設計

系統整體分為兩大部分：FSK調制和FSK解調。如下圖所示。

FSK調制包括分頻器模塊、M序列發生器模塊、選通開關模塊。

FSK解調包括微分模塊、脈沖展寬模塊、低通濾波模塊、位同步模塊。

2 系統功能實現

（1）調制電路由分頻器模塊、M序列模塊、二選一選擇器模塊組成，選用M序列的階數為5，采用D觸發器和門電路組成，異或門為線性反饋電路，門電路和非門來保證全零時系統可以自動啟動。

（2）微分模塊使用兩個D觸發器、一個非門和一個與門來實現對輸入寬脈沖信號的微分功能。

（3）脈沖展寬模塊采用VHDL語言和電路原理圖混合輸入設計，其中計數器利用VHDL硬件描述語言來實現。

（4）數字濾波器采用設計優化好的FIR濾波器的IP核。FIR濾波器設計需要達到以下指標：低通濾波，Blackman窗函數，37階濾波器，采樣頻率為1.0E7Hz，截止頻率為200KHz，8位輸入數據位寬。通過使用MATLAB中的simulink進行仿真，當得到正確的仿真結果的時候，再利用DSP Builder將仿真電路轉換為Quartus II可以識別的VHDL文件。

（5）位同步模塊主要由分頻器、鑒相器、雙向計數器和多路選擇器構成，采用基于鎖相環的位同步提取方法，能較快的提取位同步時鐘，設計簡單。

（6）系統集成測試波形如圖所示，經仿真分析，判決輸出Signalout與發送基帶信號M_sequence一致。

3 總結

本文通過QuartusII 軟件平臺，采用VHDL語言和電路圖相結合，設計并實現了移頻鍵控、過零檢測、位同步、碼再生等功能，利用DSP Builder實現了FIR數字低通濾波器，提高了系統設計質量，縮短了設計周期。

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作者簡介：耿家國（1965-），男， 漢族， 山東東營人，大專，工程師。