基于VHDL的2FSK调制解调器设计

摘要：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。文中介绍了FSK调制解调的基本原理，用VHDL语言实现了2FSK调制解调器的设计，整个系统设计在MAX+plusII开发平台上进行编译仿真，最后在EPM7032LC44-15目标芯片上实现。仿真结果表明此设计方案是可行的，系统具有较高的实用性和可靠性。
关键词：调制；解调；频移键控；超高速集成电路硬件描述语言

0 引言
在通信系统中，基带数字信号在远距离传输，特别是在有限带宽的高频信道如无线或光纤信道上传输时，必须对数字信号进行载波调制，这在日常生活和工业控制中被广泛采用。数字信号对载波频率调制称为频移键控即FSK。FSK是用不同频率的载波来传送数字信号，用数字基带信号控制载波信号的频率，是信息传输中使用较早的一种调制方式。它的主要特点是：抗干扰能力较强，不受信道参数变化的影响，传输距离远，误码率低等。在中低速数据传输中，特别是在衰落信道中传输数据时，有着广泛的应用。但传统的FSK调制解调器采用“集成电路+连线”的硬件实现方式进行设计，集成块多、连线复杂且体积较大，特别是相干解调需要提取载波，设备相对比较复杂，成本高。本文基于FPGA芯片，采用VHDL语言，利用层次化、模块化设计方法，提出了一种2FSK调制解调器的实现方法。
调制信号是二进制数字基带信号时，这种调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。相应的调制方式有二进制振幅键控(2ASK)，二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)。2FSK就是用两种不同频率的载波来传送数字信号。特别适合应用于衰落信道，其占用频带较宽，频带利用率低，实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，在中低速数据传输中得到了广泛的应用。

1 调制解调的基本原理
FSK就是利用载波信号的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点之间变化。故其表达式为：

也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此，2FSK信号的时域表达式又可以写成：

2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现，另一种可以采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。这种方法产生2FSK信号的差异
在于：由调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。