全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器研究與設(shè)計(jì)

宋紅艷

山東泉清通信有限責(zé)任公司 山東 濟(jì)南 250100

從整個(gè)通信系統(tǒng)運(yùn)行之中能夠看出，調(diào)制解調(diào)技術(shù)具備十分重要的意義，實(shí)際效果的好與壞，將會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)性能和質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，調(diào)制解調(diào)技術(shù)也由之前的模擬形式漸漸向數(shù)字形式轉(zhuǎn)變。而且與傳統(tǒng)模擬方式相比，無(wú)論是從傳輸質(zhì)量，還是在經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性上，數(shù)字化調(diào)制方式均具備明顯優(yōu)勢(shì)，抗干擾能力較強(qiáng)，作用和地位均比較突出。

1 全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的基本概念

通信一般包括數(shù)字通信和模擬通信，其中，數(shù)字通信由于自身實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，傳輸質(zhì)量較高，應(yīng)用范圍要比模擬通信更加廣泛。另外，實(shí)際數(shù)字信號(hào)傳輸也被人們分成兩種模式，即頻帶傳輸模式以及基帶傳輸模式。其中，基帶信號(hào)主要代指對(duì)載波沒有進(jìn)行調(diào)制的數(shù)字信號(hào)。對(duì)于基帶傳輸，指不搬移數(shù)字信號(hào)頻譜的一種傳輸模式。在該種傳輸形式的作用下，頻帶也能作為基帶實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，一般來(lái)說(shuō)，基帶高限頻率比底限頻率往往會(huì)大于1。雖然基帶傳輸更容易實(shí)現(xiàn)，自身原理也比較簡(jiǎn)單，但在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中存在很多問題，對(duì)信道要求也較高。所以說(shuō)，在長(zhǎng)距離傳輸之中，需要應(yīng)用特定信道，如衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信等等，會(huì)應(yīng)用頻帶傳輸形式。全數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)在該領(lǐng)域之中能夠呈現(xiàn)出很大價(jià)值，能夠?qū)鶐?shù)字信號(hào)技術(shù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)基帶數(shù)字信號(hào)的數(shù)字解調(diào)。該解調(diào)過(guò)程也被人們稱之為數(shù)字調(diào)制解調(diào)器，即Modem，為了方便研究，人們將數(shù)字調(diào)制技術(shù)分成三大類，即相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)、振幅鍵控(ASK)，上述三項(xiàng)技術(shù)能夠分別通過(guò)載波信號(hào)相位和頻率等，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。

2 全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的基本原理

相比于線連續(xù)波的模擬控制，數(shù)字調(diào)制并沒有出現(xiàn)太大不同，均是為了實(shí)現(xiàn)信息的有效傳輸而進(jìn)行頻譜搬移操作。其中，數(shù)字調(diào)制主要針對(duì)的是數(shù)字信號(hào)，而連續(xù)波針對(duì)的是模擬信號(hào)進(jìn)行的調(diào)制。另外，從實(shí)際數(shù)字信號(hào)調(diào)制過(guò)程中可以看出，數(shù)字基帶信號(hào)主要呈現(xiàn)出離散型特點(diǎn)，在時(shí)間和振幅中表現(xiàn)的十分明顯，人們可以借助于鍵控法實(shí)現(xiàn)快捷操作。由于基于數(shù)字電路的鍵控法自身具備調(diào)試方便等優(yōu)勢(shì)，能夠成為Modem 的操作基礎(chǔ)所在。為了方便研究，工作人員還會(huì)將二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)劃分成三種調(diào)制形式，即相位鍵控、頻移鍵控和幅移鍵控。

3 全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)方法

3.1 頻率合成 所謂頻率合成，主要指從高準(zhǔn)確、高穩(wěn)定參考頻率，在不同技術(shù)的作用下，出現(xiàn)大量的離散型輸出頻率，其中，MSK 數(shù)字化調(diào)制主要應(yīng)用的是數(shù)字頻率直接合成技術(shù)?？v觀整個(gè)處理頻率合成的手段，主要涉及到以下幾方面內(nèi)容：第一，借助于硬件完成對(duì)頻率的加減乘除等基本勻速；第二，應(yīng)用鎖相技術(shù)；第三，將各種計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他數(shù)字技術(shù)的作用呈現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)實(shí)際情況，本文選擇的研究技術(shù)為查找表技術(shù)?？v觀整個(gè)MSK信號(hào)設(shè)計(jì)，涉及到的具體步驟如下：首先，在差分編碼時(shí)需要輸入合理數(shù)據(jù)，為了滿足相干載波解調(diào)在解調(diào)端的使用需求；其次，應(yīng)用并交換器或者是串交換器將差分編碼器輸出分成兩路，在兩路之間錯(cuò)開一個(gè)碼元寬度。最后，借助于正交載波實(shí)現(xiàn)對(duì)加權(quán)數(shù)據(jù)的合理化調(diào)制，將結(jié)果相加在一起，借助于低通濾波器處理后的相加信號(hào)，對(duì)最終的MSK信號(hào)進(jìn)行獲取。

3.2 MSK解調(diào)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 從MSK 信號(hào)產(chǎn)生及調(diào)制器工作流程研究中能夠看出，對(duì)于MSK調(diào)制器設(shè)計(jì)，主要涉及到以下幾個(gè)模塊：第一，時(shí)鐘頻率處理模塊。該模塊主要應(yīng)用的是數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)，主要是對(duì)時(shí)鐘輸入進(jìn)行降頻操作，確保始終頻率滿足系統(tǒng)要求；第二，差分編碼模塊，為了讓接收端能夠應(yīng)用相干波解調(diào)，人們可以在系統(tǒng)之中出入串行數(shù)據(jù)，在差分解碼之后，在進(jìn)行輸入操作；第三，串行轉(zhuǎn)換模塊。主要應(yīng)用串并轉(zhuǎn)換技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)之中的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，將之前的比特?cái)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)變成I和Q 兩路正交數(shù)據(jù)，最終將調(diào)制信號(hào)中的同相信號(hào)作用呈現(xiàn)出來(lái)。第四，中頻調(diào)制模塊。工作人員可以在需要的中頻段上，調(diào)制入經(jīng)過(guò)基帶調(diào)制處理的信號(hào)，該過(guò)程需要得到乘法器模塊的幫助。

3.3 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)主體包括三部分內(nèi)容，即MSK 調(diào)制器、解調(diào)器和信號(hào)發(fā)生器三部分。首先，工作人員可以借助于信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一組自定義數(shù)據(jù)，方便驗(yàn)證和觀測(cè)操作。數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)MSK 調(diào)制器調(diào)制之后，便會(huì)形成調(diào)制波形，當(dāng)調(diào)制波形經(jīng)過(guò)解調(diào)器解調(diào)之后，可以將其還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。其次，系統(tǒng)之中任何節(jié)點(diǎn)信號(hào)都能通過(guò)Altera內(nèi)嵌邏輯分析儀Signal Tap 進(jìn)行觀測(cè)，并將解調(diào)之后的數(shù)字信號(hào)和信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)該系統(tǒng)功能進(jìn)行有效驗(yàn)證。最后，從全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器研究和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中能夠看出，功能檢驗(yàn)?zāi)康囊材芎侠韺?shí)現(xiàn)，這里能夠?qū)⒄{(diào)制信號(hào)直接送入到解調(diào)模塊之中。為了維護(hù)檢驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，工作人員還要對(duì)源信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，明確最終的對(duì)比結(jié)果。

3.4 低功耗設(shè)計(jì)技術(shù) 從系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)中可以看出，最為常見的低功耗技術(shù)主要包括功率管理、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)以及指令編碼等等。在算法級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，算法轉(zhuǎn)換能夠從很大程度上降低電路的功率消耗。之所以能夠達(dá)到上述效果，人們可以通過(guò)改變算法中的計(jì)算結(jié)構(gòu)，讓I/O 結(jié)果始終保持不變狀態(tài)，怎樣做的目的就是滿足系統(tǒng)功能的前提下，做到功率損耗的合理優(yōu)化，常見方式有兩種，一種是借助于加速變換來(lái)降低供電電壓，另一種是使用更多的一般變換降低有效電容。

4 結(jié)論

綜上所述，調(diào)制解調(diào)技術(shù)在通信系統(tǒng)發(fā)展之中具備不可替代的作用，工作效果對(duì)通信系統(tǒng)質(zhì)量和性能也會(huì)產(chǎn)生影響。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，調(diào)制解調(diào)技術(shù)也得到了很大進(jìn)步，從原始模擬方式過(guò)度到現(xiàn)階段的數(shù)字方式。無(wú)論是在信息傳輸，還是從靈活性等方面，數(shù)字化調(diào)制模式均能展示出相應(yīng)優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)工作的開展創(chuàng)造有利條件。