FPGA数字信号处理（23）FSK解调技术（包络检波法） |
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FPGA数字信号处理（23）FSK解调技术（包络检波法）
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上一篇介绍了数字通信系统中FSK调制技术的FPGA实现。调制信号经过DAC、可选的带通滤波器、功率放大器、天线发送出去后，在接收端收到FSK信号后需要对其解调，提取出包含的信息（基带信号）。 FSK解调由上一篇可知，FSK调制信号可以视作两路ASK调制信号的合成，因此可以得到与ASK解调原理相似的FSK解调方法（ASK解调在第11篇中有讨论）。对应的包络检波法（非相干解调）的系统框图如下： 包络检波法对FSK信号的相位特征没有要求，因此可用于FSK和CPFSK信号解调。但该方法只有在频移指数h>2时才有较好的性能，因为当h较小时，两个频率成分之间间隔较小，两路ASK信号之间频谱混叠和干扰严重，会影响到解调性能。 实际应用中多采用非相干解调，因为： 提取FSK信号中的相干载波比较困难；码率相同时，非相干解调所需的信噪比只比相干解调高1~2dB。除了本文将讨论的包络检波法外，非相干解调还有FFT分析法、自适应滤波解调法、差分检波算法、AFC环解调法、过零检测法等多种方法，会在以后的文章中详述。 MATLAB设计MATLAB中可以设计程序仿真在使用包络检波法时，不同的h对检波效果的影响，验证上述结果。当h>2时，带通滤波才能得到区分度明显的ASK信号，解调得到的包络波也更规则，解调性能更好。解调关键代码如下： %对FSK信号进行带通滤波 Wnf1=[(fc-m*ps)*2/Fs fc*2/Fs]; Wnf2=[fc*2/Fs (fc+m*ps)*2/Fs]; b1=fir1(60,Wnf1); b2=fir1(60,Wnf2); bs1_fsk=filter(b1,1,fsk); bs2_fsk=filter(b2,1,fsk); %对带通滤波后的数据进行全波整流 abs1_fsk=abs(bs1_fsk); abs2_fsk=abs(bs2_fsk); %对整流后的数据进行低通滤波 Lb=fir1(60,ps*2/Fs); Lpf1_fsk=filter(Lb,1,abs1_fsk); Lpf2_fsk=filter(Lb,1,abs2_fsk); %对低通滤波后的两路信号相减，形成基带信号波形 Demod_fsk=Lpf1_fsk-Lpf2_fsk;带通滤波器分别筛选两路ASK信号。以上一篇中的系统参数为例：系统时钟32Mhz，码元速率1Mhz，载波频率6Mhz，频移指数h=3.5，f1=4.25Mhz，f2=7.75MHz。带通滤波器通带可分别选为(6Mhz-h*1Mhz)~6Mhz和6Mhz~(6MHz+h*1Mhz)。 低通滤波器用于提取出基带信号包络，截止频率设置为码元速率即可。所有的滤波器系数经过量化后存储为txt(coe)文件，在FPGA设计中调用。 FPGA设计采用包络检波法，在Vivado开发环境下完成2FSK解调技术的设计并进行仿真（调制信号参数与上节相同）。模块接口如下： `timescale 1ns / 1ps //-------------------------------------------------------- // 包络检波法（非相干解调）实现FSK信号解调 //-------------------------------------------------------- module FSKdem_EnvelopeDet ( input clk, //32MHz系统时钟 input rst, input din, //基带信号输入，码元速率1MHz output [15:0] dout //FSK解调数据输出 ); //----------------------------------------------------- // CPFSK调制，连续相位，h=3.5 //----------------------------------------------------- wire [15:0] fsk; CPFSK_liuqi fskmod ( .clk (clk), .rst (rst), .din (din), .dout (fsk) );这里实例化一个上一篇设计的FSK调制模块，用来产生FSK调制信号，简化后面的仿真及testbench的编写。接下来实例化两个带通滤波器模块，提取出两路ASK信号： //-------------------------------------------------------- // 带通滤波器分为两路ASK信号 //-------------------------------------------------------- wire signed [31:0] data1, data2; wire signed [15:0] bpf1 = data1[29:14]; wire signed [15:0] bpf2 = data2[29:14]; bpf1_fir fir1 ( .aclk(clk), .s_axis_data_tvalid(1'b1), .s_axis_data_tready(), .s_axis_data_tdata(fsk), .m_axis_data_tvalid(), .m_axis_data_tdata(data1) ); bpf2_fir fir2 ( .aclk(clk), .s_axis_data_tvalid(1'b1), .s_axis_data_tready(), .s_axis_data_tdata(fsk), .m_axis_data_tvalid(), .m_axis_data_tdata(data2) );带通滤波器及后面的低通滤波器都使用Vivado提供的FIR Compiler IP核，滤波器系数使用MATLAB生成的coe文件，具体使用方法可参考https://blog.csdn.net/fpgadesigner/article/details/80621411。 接下来便是分别对两路ASK信号进行解调（方法见第11篇）代码如下： //-------------------------------------------------------- // 整流，即求绝对值 //-------------------------------------------------------- reg signed [15:0] bpf1_abs, bpf2_abs; always @ (posedge clk or posedge rst) if (rst) begin bpf1_abs |
带通滤波器用于分出两路ASK调制信号，使用ASK解调方法解调，得到两路ASK信号的包络，加法器将两路保罗信号相减，再进行判决。假设f1代表1，f2代表0，则减法结果大于0则表示对应的基带信息为1；减法结果小于0则表示对应的基带信息为0。【本文地址】