CN102984106A - 二进制移频键控调制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二进制移频键控调制系统，系统由FPGA芯片、频率合成芯片和低通滤波器连接构成，采用直接频率合成DDS的方式，使用现场可编程芯片FPGA与频率合成芯片直连，并通过控制总线的方式对频率合成芯片的频率调谐字进行配置，然后经低通滤波器输出二进制移频键控2FSK调制信号；根据实现调制的方法步骤，其最大输出载波频率由系统参考频率决定，载波相位连续、频偏可调、占用带宽较窄，方便、灵活，实现了高速二进制数据的移频键控调制，是一种实用的二进制移频键控调制系统。

Description

二进制移频键控调制系统
技术领域
    本发明涉及通信技术，特别涉及一种二进制移频键控（2FSK）调制系统，该二进制移频调制系统可将二进制高速数据直接调制至指定中频，且频偏、带宽可调，并通过固定带宽的滤波器实现频域的收敛。
背景技术
移频键控（FSK），为利用数字基带信号离散取值特点去键控载波频率，以传递信息的一种数字调制技术。该调制技术是信息传输中使用较早的一种调制方式，实现较容易，且抗噪声与抗衰落的性能较好，在现代通信中得到了广泛的应用。
二进制移频键控（2FSK）属于移频键控（FSK）调制技术的一种，它通过用所传送的数字信息控制载波的频率来实现数字信息的传送，即数字信息所包涵的符号‘1’、‘0’分别对应不同的载频，从而实现二进制数据的调制。
二进制移频键控（2FSK）通常采用键控法实现，即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对2个不同频率的独立频率源进行选通。该调制方法实现简单，但由于2个信号源的输出相互独立，致使调制载波的相位不连续，频谱利用率低，而且由于信号源输出频率固定，改变调制载波频率需要重新更换信号源，因此，该种方法的灵活度较差，不能满足现今对产品设计的需求。
发明内容
    本发明的目的就是根据现有技术的不足，为了克服传统二进制移频键控调制调制载波不连续、频谱利用率低，提供一种二进制移频键控（2FSK）调制系统的设计方案，以求利用当今流行的大规模现场可编程集成电路芯片（FPGA）和成熟的频率合成芯片进行2FSK调制系统的设计，可灵活实现相位连续、频率可调、频带占用窄的二进制移频键控调制系统。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：二进制移频键控（2FSK）调制系统，其特征在于，由FPGA芯片、频率合成芯片和低通滤波器连接构成，采用直接频率合成（DDS）的方式，使用现场可编程芯片（FPGA）与频率合成芯片直连，并通过控制总线的方式对频率合成芯片的频率调谐字进行配置，然后经低通滤波器输出二进制移频键控（2FSK）调制信号。
二进制移频键控（2FSK）调制系统的实现方法，包括如下步骤：
    1）时钟信号进入现场可编程芯片（FPGA），FPGA芯片采用100MHz系统时钟，其内部的数字时钟管理模块将该100MHz系统时钟分频至30MHz后，经过“REF_CLK”管脚输出至频率合成芯片，再由频率合成芯片内置的6×REF_CLK功能电路6倍频至180MHz，作为频率合成芯片频率合成电路的系统参考时钟；
    2）FPGA芯片XC6SLX9通过自定义的I/O端口连接至频率合成芯片AD9851的W_CLK、FQ_UD、REF_CLK及 D0~D7 配置管脚，对该芯片进行配置，从而实现二进制数据的FSK调制。
3）配置过程中，FPGA芯片XC6SLX9通过8位并行数据端口D0~D7，将配置数据字W0~W4经写入时钟W_CLK写入频率合成芯片AD9851内部的40位配置寄存器，然后由FQ_UD端口将配置寄存器中的数据传输至频率合成芯片AD9851内核电路，实现频率及相位字的设定，从而完成频率合成芯片的配置；
4）频率调谐字转化为相位累加器的相位增量Δphase，并在波形查找表中读出对应波形的数字值，通过D/A转换为模拟信号，最后经过匹配、滤波电路平滑输出载波，并滤除采样过程中产生的混迭、镜频等杂散信号，输出纯净的2FSK调制载波信号：
其输出频率                                                ；
Figure 826042DEST_PATH_IMAGE002
为系统参考频率；
Δphase为步进间隔，由设定的频率调谐字M决定；
M为N比特位宽频率调谐字的十进制整数，介于0～N之间；
频率调谐字和相位累加器的位宽N决定了输出载波的频率精度，其调谐分辨率为
Figure 2012105507511100002DEST_PATH_IMAGE003
；相位累加器保证了输出载波的相位连续。
本发明的有益效果是：方便、灵活的实现了高速二进制数据的移频键控调制，其最大输出载波频率由系统参考频率决定，载波相位连续、频偏可调、占用带宽较窄，是一种实用的二进制移频键控（2FSK）调制系统。 
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是频率合成过程的配置时序图；
图3是载波合成过程的原理示意图。
具体实施方案
下面结合附图对本系统进行进一步说明。
如图1所示，二进制移频键控（2FSK）调制系统，其特征在于，由FPGA芯片、频率合成芯片和低通滤波器连接构成，采用直接频率合成（DDS）的方式，使用现场可编程芯片（FPGA）与频率合成芯片直连，并通过控制总线的方式对频率合成芯片的频率调谐字进行配置，然后经低通滤波器输出二进制移频键控（2FSK）调制信号；
FPGA芯片采用Xilinx公司的FPGA芯片SPARTAN-6。
频率合成芯片采用AD公司的频率合成芯片AD9851。
FPGA芯片采用100MHz系统时钟，其内部的数字时钟管理模块将该100MHz系统时钟分频至30MHz后，经过REF_CLK管脚输出至频率合成芯片，再由频率合成芯片内置的6×REF_CLK功能电路6倍频至180MHz，作为频率合成芯片频率合成电路的系统参考时钟。
FPGA芯片XC6SLX9通过自定义的I/O端口连接至频率合成芯片AD9851的W_CLK管脚、FQ_UD管脚、REF_CLK管脚及 D0～D7管脚，对该芯片进行配置，从而实现二进制数据的FSK调制。
配置过程中，FPGA芯片通过8位并行数据端口D0～D7，将配置数据字W0～W4经写入时钟W_CLK管脚写入频率合成芯片AD9851内部的40位配置寄存器，然后由FQ_UD端口将配置寄存器中的数据传输至频率合成芯片AD9851内核电路，实现频率及相位字的设定，从而完成频率合成芯片的配置，配置时序如图2所示。
如图3所示，根据频率合成输出频率计算公式fout=(Δphase×fsc)/2N ，并将两载频的初始相位设置为0°，载波生成及调制过程如图3所示。 
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (2)

1.二进制移频键控调制系统，其特征在于，由FPGA芯片、频率合成芯片和低通滤波器连接构成，采用直接频率合成DDS的方式，使用现场可编程芯片FPGA与频率合成芯片直连，并通过控制总线的方式对频率合成芯片的频率调谐字进行配置，然后经低通滤波器输出二进制移频键控调制信号。
2.二进制移频键控调制系统的实现方法，包括如下步骤：
1）时钟信号进入现场可编程芯片FPGA，FPGA芯片采用100MHz系统时钟，其内部的数字时钟管理模块将该100MHz系统时钟分频至30MHz后，经过REF_CLK管脚输出至频率合成芯片，再由频率合成芯片内置的6×REF_CLK功能电路6倍频至180MHz，作为频率合成芯片频率合成电路的系统参考时钟；
2）FPGA芯片XC6SLX9通过自定义的I/O端口连接至频率合成芯片AD9851的W_CLK、FQ_UD、REF_CLK及 D0~D7 配置管脚，对该芯片进行配置，从而实现二进制数据的FSK调制；
3）配置过程中，FPGA芯片XC6SLX9通过8位并行数据端口D0~D7，将配置数据字W0~W4经写入时钟W_CLK写入频率合成芯片AD9851内部的40位配置寄存器，然后由FQ_UD端口将配置寄存器中的数据传输至频率合成芯片AD9851内核电路，实现频率及相位字的设定，从而完成频率合成芯片的配置；
4）频率调谐字转化为相位累加器的相位增量Δphase，并在波形查找表中读出对应波形的数字值，通过D/A转换为模拟信号，最后经过匹配、滤波电路平滑输出载波，并滤除采样过程中产生的混迭、镜频等杂散信号，输出纯净的2FSK调制载波信号：
其输出频率                                                
Figure 2012105507511100001DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 961575DEST_PATH_IMAGE002
为系统参考频率；
Δphase为步进间隔，由设定的频率调谐字M决定；
M为N比特位宽频率调谐字的十进制整数，介于0～N之间；
频率调谐字和相位累加器的位宽N决定了输出载波的频率精度，其调谐分辨率为；
相位累加器保证输出载波的相位连续。
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