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2FSK调制解调器的FPGA与MATLAB设计与实现

贺炜

【摘要】文章介绍了相位连续的2FSK调制解调的原理.利用FPGA,采用键控法设

计了可以根据检测到的脉冲码元分时输出不同频率正弦波的DDS发生器.利用

MATLAB窗函数设计了FIR滤波器,研究了不同窗函数及量化位数对于FIR滤波器

频率响应曲线的影响,求出FIR滤波器抽头系数并导入FPGAFIRIP核,实现了全并

行分布式结构的FIR低通及带通滤波器.最后采用Veriloghdl语言实现了基于

FPGA的2FSK调制及非相干解调,通过Modelsim仿真得到非相干解调各节点信

号的波形.仿真及实验结果表明基于FPGA和MATLAB设计的相位连续2FSK调制

解调器是正确的,具有较高的实用性和可靠性.

【期刊名称】《信息记录材料》

【年(卷),期】2018(019)002

【总页数】3页(P78-80)

【关键词】FPGA;MATLAB;2FSK;FIR;调制;解调

【作者】贺炜

【作者单位】西安石油大学电子工程学院陕西西安710065

【正文语种】中文

【中图分类】TN713

随着EDA技术的高速发展，现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGate

Array，FPGA)因其具有可编程性、开发周期短、集成化程度高、灵活性强等特点，

在通信领域的应用越来越广[1]。频移键控（Frequency-shiftkeying，FSK）调制

解调技术是现代通信中一项关键的技术[2-3]，调制解调效果的好坏更是直接关系

着通信是否成功。文章以Altera型号FPGA作为硬件核心，硬件与软件相结合，

采用veriloghdl语言及MATLAB仿真，设计了DDS发生器及FIR滤波器，实现

了相位连续的2FSK调制解调器，具有较高的实用性、可靠性和灵活性。

频移键控（FSK）是利用载波的频率变化来传递数字信息，在2FSK中，载波的频

率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。由于在FSK信号中提取相干

相干载波相对困难，因此实际工程中多采用非相干解调法[4]。

本节利用20KHz和40KHz正弦波作为载波，根据上节所述2FSK调制解调原理，

采用键控法设计一个分辨率为0.012Hz的DDS（DirectDigitalSynthesis）发生

器，可以根据检测到的码元输出两种相位均为0且频率为20KHz和40KHz的正

弦波，即2FSK调制。

采用AlteraEP4CE15F17C8型号FPGA，时钟频率为50MHz。使用MATLAB将

一个周期正弦波分成256个点，计算频率50M/256，分辨率约等于195.31kHz，

则DDS只能输出频率为195.31KHz整数倍的正弦波，显然达不到我们设计

20KHz和40KHz正弦波的要求，因此需要采用相位控制字pword、频率控制字

fword及地址计数器N分别来改变相位、频率与分辨率。

如式（1）所示，其中Fout为输出频率，Fclk为50M，N=32为地址计数器，分

辨率为50M/232约等于0.012Hz，DDS能够输出频率为0.012Hz整数倍的正弦

波，满足设计要求。在QuartusⅡ中例化一个256×8位的ROMIP核，将通过

MATLAB得到的256个点的值初始化到ROM中。让地址计数器每次增加一定的

值后把高8位当作有效地址送给ROM将相位控制字设置为0，因此根据式（1），

20KHz和40KHz对应的fword大约分别为3333333和1666666。

为了得到相位连续且初始相位为0的2FSK调制波，利用PC通过串口发送1个

8bit数据，在FPGA接收到数据以后，经过脉冲扩展使得每位码元能保持1ms，

即频率为1KHz，由于每个码元持续的时间分别为载波一个周期时间的40倍和20

倍，由于pword为