摘要：數(shù)字調制解調技術在數(shù)字通信中占有非常重要的地位，數(shù)字通信技術與FPGA的結合是現(xiàn)代通信系統(tǒng)發(fā)展的一個必然趨勢。文中介紹了MFSK調制解調的原理，并基于FPGA實現(xiàn)了MFSK調制電路,仿真結果表明了該設計的正確性。
      關鍵詞：MFSK；FPGA；調制;解調

數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)．頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調制系統(tǒng)。數(shù)字調制信號又稱為鍵控信號，數(shù)字調制過程中處理的是數(shù)字信號，而載波有振幅、頻率和相位3個變量，且二進制的信號只有高低電平兩個邏輯量1和0，所以調制的過程可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進行調制，基本的方法有3種：正交幅度調制(QAM)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)．根據(jù)所處理的基帶信號的進制不同分為二進制和多進制調制(M 進制)．多進制數(shù)字調制與二進制相比，其頻譜利用率更高。本文研究了基于FPGA的MFSK(多頻鍵控)調制電路的實現(xiàn)方法，并給出了MAX+PLUSII環(huán)境下的仿真結果。

1         MFSK簡介

MFSK系統(tǒng)是2FSK(二頻鍵控)系統(tǒng)的推廣,該系統(tǒng)有M個不同的載波頻率可供選擇，每一個載波頻率對應一個M進制碼元信息，即用多個頻率不同的正弦波分別代表不同的數(shù)字信號，在某一碼元時間內只發(fā)送其中一個頻率。MFSK信號可表示為：

為載波角頻率，通常采用相位不連續(xù)的振蕩頻率，這樣便于利用合成器來提供穩(wěn)定的信號頻率。圖1 為MFSK系統(tǒng)的原理框圖。在發(fā)送端，輸入的二進制碼元經(jīng)過邏輯電路和串/并變換電路轉換為M進制碼元，每k位二進制碼分為一組，用來選擇不同的發(fā)送頻率。在接收端，當某一載波頻率到來時，只有相應頻率的帶通濾波器能收到信號，其它帶通濾波器輸出的都是噪聲。抽樣判決器的任務就是在某一時刻比較所有包絡檢波器的輸出電壓，通過選擇值來進行判決。將值輸出就得到一個M進制碼元，然后，再經(jīng)過邏輯電路轉換成k位二進制并行碼，再經(jīng)過并/串變換電路轉換成串行二進制碼，從而完成解調過程。

圖1  MFSK系統(tǒng)原理框圖

2        MFSK調制電路的FPGA實現(xiàn)

2.1      基于FPGA的MFSK調制電路方框圖

   調制電路方框圖如圖2所示。基帶信號通過串/并轉換得到2位并行信號；四選一開關根據(jù)兩位并行信號選擇相應的載波輸出（例中M取4）。

圖2   MFSK調制電路方框圖

2.2        MFSK調制電路VHDL程序

調制電路VHDL關鍵代碼如下：

entity MFSK is

port(clk       :in std_logic;            --系統(tǒng)時鐘

     start     :in std_logic;            --開始調制信號

     x       :in std_logic;             --基帶信號

     y       :out std_logic);           --調制信號

end MFSK;

architecture behav of MFSK is

signal q :integer range 0 to 15;           --計數(shù)器

signal f :std_logic_vector(3 downto 0);    --分頻器

signal xx:std_logic_vector(1 downto 0);   --寄存輸入信號x的2位寄存器

signal yy:std_logic_vector(1 downto 0);   --寄存xx信號的寄存器

process(clk)  --此進程過對clk進行分頻，得到4種載波信號f3、f2、 f1、f0。

if clk'event and clk='1' then

   if start='0' then f<="0000";

   elsif f="1111" then f<="0000";

   else f<=f+1;

   end if;

end if;

end process;

process(clk)              --對輸入的基帶信號x進行串/并轉換，得到2位并行信號的yy

if clk'event and clk='1' then

   if start='0' then q<=0;

   elsif q=0 then q<=1;xx(1)<=x;yy<=xx;

   elsif q=8 then q<=9;xx(0)<=x;

   else  q<=q+1;

   end if;

end if;

end process;

process(clk,yy)                          --此進程完成對輸入基帶信號x的MFSK調制

if clk'event and clk='1' then

   if start='0' then y<='0';                 -- if語句完成2位碼并行碼到4種載波的選通

   elsif yy="00" then y<=not f(3);

   elsif yy="01" then y<=not f(2);

   elsif yy="10" then y<=not f(1);

   else  y<=not f(0);

   end if;

end if;

end process;

end behav;

2.3          仿真結果

MAX+PLUSII環(huán)境下的仿真結果如圖3所示。

圖3  MFSK調制程序仿真結果

注：中間信號yy與輸出調制信號y的對應關系：“00”=f3；“01”=f2；“10”=f1；“11”=f0。
3  結束語

多進制數(shù)字調制技術與FPGA的結合使得通信系統(tǒng)的性能得到了迅速的提高。本文基于FPGA實現(xiàn)了MFSK調制電路部分，限于篇幅，沒有對解調部分的電路進行討論。在實際應用中，完全可以把調制部分和解調部分電路都集成到一片F(xiàn)PGA芯片內，這樣即提高了FPGA內部結構的利用率，又可以降低系統(tǒng)的成本。