基于ADSP BIackfin533的ASK、FSK信号的调制实现

摘要：介绍了对数字信号的2ASK和FSK的调制的原理，软件实现流程以及硬件电路的设计，并给出了实验结果，从而证明了设计的可行性和合理性。
关键词：2ASK；FSK；调制原理

    由于实际通信中不少信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓载波调制。在大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号形式简单，便于产生及接收。数字调制信号，在二进制时有振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK)三种基本信号形式，同时可根据基带信号的进制不同分为二进制和多进制(M进制)。多进制数字调制与二进制相比，其频谱利用率更高。本文研究了基于Blackfin533的2ASK、2FSK以及8FSK的调制实现方法，并给出了其实验结果。

1 二进制振幅键控(2ASK)信号的原理及调制实现
    振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字涮制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制幅度键控(2ASK)。设发送的二进制符号序列是：

    利用VC++编程实现2ASK信号的流程图如图1所示。

2 2FSK、8FSK信号的原理及调制实现
    FSK是数字通信中使用较为广泛的一种方式。若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间发生变化，则产生二进制移频键控信号(2FSK)。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为

    利用VC++编程实现2FSK信号的流程图如图2所示。

    多进制数字频率调制系统(MFSK)基本上是二进制数字频率键控方式的推广。其时域表达式为：
   

    式中，△ωt(m=0，1，…，M-1)是与an对应的载波角频率偏移。在实际应用中，我们通常定义△ω1=△ω2=…=△ωm-1=△ω，则时域表达式可以写为：
   

    利用VC++编程实现8FSK信号的流程与2FSK类似，不同的只是增加了串并转换的模块和其它六种载波频率，所以这里对于8FSK的调制流程图就不再详细介绍了。

3 系统硬件和软件设计
    信号产生器系统分为两大模块，微型计算机模块和波形产生模块。其中微型计算机为通用计算机，波形发生模块为设计的信号发生板卡。通用计算机可以产生数字调制信号和噪声干扰信号，然后将数据通过USB接口传送到信号发生板卡。信号发生板卡将通过波形产生控制器循环取出波形存储器和噪声存储器中的数据，最后通过DAC产生连续的数字通信信号波形。
     如下图3所示的系统硬件设计框图。信号波形产生的核心是DSP1，它扩展了USB接口、大容量存储器、高速DAC和程序存储器等。DSP1完成通信信号产生、DSP2完成噪声(干扰)信号产生。两个DSP共享程序存储器，DSP1作为主控DSP。DSP2的程序通过SPI(高速同步串行口)方式加载，其主机是DSP1。

    在波形产生时，DSP1接收PC微机通过USB接口传送的波形数据包。将数据包中的通信波形数据通过DMA方式传送到通信和通信信号环境波形数据存储器。同时将信噪比参数和噪声数据(此处噪声数据为白噪声)通过SPI接口传送到DSP2，DSP2将噪声数据存储到噪声／干扰数据存储器。其中通信数据的高位(D15)为基带码流数据，用于恢复基带码流测试数据。
    系统中所有波形参数的采样频率为10MHz，数据容量为16M×16位，可存储1．5秒钟的波形数据。数据有效位数为14位。
    DSP1将存储的波形数据从存储器中循环读出，以DMA方式传送给DAC1，产生通信信号。DSP2利用程序产生随机地址，将存储的噪声波形数据从存储器中读出，并且根据信噪比进行幅度加权，然后传送给DAC2，产生噪声信号。两个DAC的位数是14位，并且设置为4倍插值方式，即DAC输入数据率为4MBPS，输出转换速率为16MBPS。DAC转换需要的时钟利用BF533的定时器产生，DAC连接在BF533数据总线的低14位D13～D0。基带码流通过DSP1的PFX引脚输出，经过驱动输出基带波形。DAC输出经过带通滤波器滤波，AD8054缓冲放大，并且将信号和噪声合成，生成需要产生的信号波形。

    系统中的微型计算机采用Windows2000／XP操作系统，其USB驱动程序由DDK开发，控制应用程序可通过VS2005进行开发。系统的软件设计主要是针对BF533进行编程。Blackfin系列DSP在软件方面支持C语言和汇编语言，同时支持二者的混合编程。过程序流程如图4所示。

4 实验输出波形
    通过双踪示波器来观察调制出的通信信号波形，在参数设置时选择0、1码元类型，以便对信号进行稳定的观察。这里我们给出了2ASK、2FSK的观察波形，如图5所示。南丁8FSK信号用示波器不能清晰的分辨，这里就不加以分析了由上图可以看出，信号调制的波形图基本符合理论与预期的目标结果，从而证明了此设计的可行性和合理性。