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基于FPGA的FSK调制解调系统设计与实现

作者：耿家国

来源：《科技风》2018年第06期

摘 要：FPGA技术在电子通信领域得到了越来越广泛的应用，并已逐渐成为电子产品实现的首选方案。FSK（Frequency Shift Keying二进制移频键控）是数字通信中使用较早的一种调制方式，它用不同频率的载波来传递信号，用数字基带信号来控制载波信号的频率。论文详细介绍了基于FPGA的FSK调制解调系统的设计和实现，整个设计基于ALTERA公司的QuartusⅡ开发平台，并用Cyclone系列FPGA实现。经测试，系统能正常工作。 关键词：FPGA ；FSK；调制解调；Quartus II

FPGA不仅具有可编程门阵列的高可靠性，而且具有用户可编程性的特点，这种可编程特性带来了数字电路设计的灵巧性，在数字电路设计中起着非常重要的作用。FSK是通信传输中使用较早的一种调制方法。它有抵抗噪声能力好、传输的距离比较远、传输的误码率低等特点。传统的使用硬件手段实现FSK，特别是在相干解调模块需要对其提取数字载波时，需要的设备比较复杂，而且成本较高，本文通过QuartusII 软件平台，采用VHDL语言，设计并实现了一种FSK调制解调系统。 1 系统整体设计

系统整体分为两大部分：FSK调制和FSK解调。如下图所示。 FSK调制包括分频器模块、M序列发生器模块、选通开关模块。 FSK解调包括微分模块、脉冲展宽模块、低通滤波模块、位同步模块。 2 系统功能实现

（1）调制电路由分频器模块、M序列模块、二选一选择器模块组成，选用M序列的阶数为5，采用D触发器和门电路组成，异或门为线性反馈电路，门电路和非门来保证全零时系统可以自动启动。

（2）微分模块使用两个D触发器、一个非门和一个与门来实现对输入宽脉冲信号的微分功能。

（3）脉冲展宽模块采用VHDL语言和电路原理图混合输入设计，其中计数器利用VHDL硬件描述语言来实现。

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（4）数字滤波器采用设计优化好的FIR滤波器的IP核。FIR滤波器设计需要达到以下指标：低通滤波，Blackman窗函数，37阶滤波器，采样频率为1.0E7Hz，截止频率为200KHz，8位输入数据位宽。通过使用MATLAB中的simulink进行仿真，当得到正确的仿真结果的时候，再利用DSP Builder将仿真电路转换为Quartus II可以识别的VHDL文件。

（5）位同步模块主要由分频器、鉴相器、双向计数器和多路选择器构成，采用基于锁相环的位同步提取方法，能较快的提取位同步时钟，设计简单。

（6）系统集成测试波形如图所示，经仿真分析，判决输出Signalout与发送基带信号M_sequence一致。 3 总结

本文通过QuartusII 软件平台，采用VHDL语言和电路图相结合，设计并实现了移频键控、过零检测、位同步、码再生等功能，利用DSP Builder实现了FIR数字低通滤波器，提高了系统设计质量，缩短了设计周期。 参考文献：

[1]王金名.数字系统设计与Verilog HDL[M].北京：电子工业出版社，2011.1.

[2]应亚萍，徐建凤，陈婉君. 2FSK调制解调系统的FPGA设计与实现[J].浙江工业大学学报，2010：283-285.

[3]刘贵生，林基明，樊孝明. 基于FPGA的单稳态脉冲展宽电路的设计与实现[J].桂林电子科技大学学报，2005：343-346.

作者简介：耿家国（1965-），男， 汉族， 山东东营人，大专，工程师。