專利名稱：一種載波頻率可配置的移頻鍵控調(diào)制結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于水聲通信領(lǐng)域，尤其是一種載波頻率可配置的移頻鍵控調(diào)制結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
實際水聲信道非常復(fù)雜，它存在著水面和水底兩個界面。由于溫度、鹽度和靜壓力的影響，水中不同深度聲速是不同的，存在著聲速垂直分布，會使聲波產(chǎn)生折射。上下邊界 的反射和在水中的折射使得實際水聲信道不是單途徑信道而是多徑信道。為了降低多徑干擾的影響，通常采用非相干檢測方法。移頻鍵控通信方式可以采用非相干檢測方法實現(xiàn)。因此，移頻鍵控在水聲通信中得到了廣泛的應(yīng)用。對于傳統(tǒng)的應(yīng)用于水聲通信中的移頻鍵控通信方式，載波頻率是不能進行配置的，這對適應(yīng)不同海洋環(huán)境下復(fù)雜多變的水聲信道造成了很大的局限性。水下的聲傳播主要由傳播損失、噪聲及信道的時變和空變性決定。傳播損失、噪聲和信道的特性受信道所處的環(huán)境和位置影響比較大。比如，近岸地區(qū)與深海地區(qū)的聲傳播特性和信道特性差異就非常大。水聲通信鏈路依據(jù)距離可分為五類超長、長、中等、短、極短程信道。對一個工作距離在IO-IOOkm的長程系統(tǒng)言，帶寬限制在幾kHz內(nèi)。中等距離(l_10km)系統(tǒng)的帶寬在數(shù)十KHz的量級上。只有在距離小于IOOm的條件下，才可以獲得多于IOOkHz的帶寬?？紤]水聲信道這些復(fù)雜多變的情況和特性，本移頻鍵控調(diào)制方法的載波頻率值可配置?？筛鶕?jù)信道的具體情況進行調(diào)整，以適應(yīng)信道的特性。在水聲信道中通信所面臨的另外一個問題是當(dāng)要傳輸?shù)男畔⒘枯^大時，需要提高系統(tǒng)的傳輸速率。提高傳輸速率的常見方法是采用多進制移頻鍵控(MFSK)方式，即以一個頻率碼元代表多位二進制代碼的信息，如4fsk，8fsk，16fsk等。本移頻鍵控調(diào)制方法可以設(shè)置載波頻率的數(shù)目，配置移頻鍵控方式為2fsk、4fsk、8fsk、16fsk不同方式，根據(jù)實際環(huán)境靈活調(diào)整移頻鍵控方式。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種載波頻率值和載波頻率數(shù)目都可以進行配置，性能穩(wěn)定、精度高、頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率改變時相位輸出連續(xù)，抗干擾性能力強的移頻鍵控調(diào)制結(jié)構(gòu)。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種載波頻率可配置的移頻鍵控調(diào)制方法的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，包括同步寄存器、相位累加單元、正弦ROM查找表、輸出使能控制單元、D/A轉(zhuǎn)換、低通濾波器、時鐘處理單元、頻率控制字寄存器組、多選一數(shù)據(jù)選擇器、單片機及其附屬電路；所述的同步寄存器的輸出端通過相位累加單元和正弦ROM查找表經(jīng)輸出使能控制單元接D/A轉(zhuǎn)換的輸入端，D/A轉(zhuǎn)換輸出經(jīng)低通濾波得到載波頻率值和載波頻率數(shù)目都可以進行配置的FSK信號；時鐘處理單元的輸入端接外部時鐘信號、輸出端分別接同步寄存器和相位累加單元。為了實現(xiàn)低功耗、高性能等特點，本實用新型所述的頻率控制字寄存器組、多選一數(shù)據(jù)選擇器、同步寄存器、相位累加單元、正弦ROM查找表、輸出使能控制單元、時鐘處理單元放在一片F(xiàn)PGA中。本實用新型所述的時鐘處理單元包括鎖相環(huán)倍頻單元和分頻處理單元，鎖相環(huán)倍頻單元的輸入端接外部時鐘信號、輸出端接分頻處理單元；外部輸入的時鐘通過鎖相環(huán)倍頻單元進行倍頻處理和分頻處理單元進行分頻處理；分頻處理單元輸出端分別接同步寄存器和相位寄存器的時鐘端，給同步寄存器和相位寄存器提供系統(tǒng)時鐘脈沖信號。本實用新型所述的相位累加單元包括加法器和相位寄存器，加法器的輸入端接同步寄存器、輸出端接相位寄存器，且相位寄存器的數(shù)據(jù)反饋端接加法器。這樣，相位累加單元在調(diào)制器系統(tǒng)時鐘作用下，不斷對載波頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)進行線性相位累加，以得到正弦載波的相位數(shù)據(jù)，再經(jīng)正弦ROM查找表將得到正弦載波幅值數(shù)據(jù)。本實用新型的調(diào)制方法為單片機向頻率寄存器組寫入設(shè)定的頻率控制字；基帶 信號控制多選一數(shù)據(jù)選擇器輸出相應(yīng)的載波頻率控制字信號到同步寄存器的輸入端；根據(jù) 基帶信號控制數(shù)據(jù)選擇器選擇端數(shù)目的不同，實現(xiàn)不同的載波頻率數(shù)目和移頻鍵控調(diào)制。具體的說，本實用新型所述的基帶信號由至少4根信號線組成，連接到多選一數(shù)據(jù)選擇器的控制端，實現(xiàn)2fsk, 4fsk, 8fsk, 16fsk或2Nfsk不同方式的移頻鍵控。為了可以滿足大部分實際水下環(huán)境的需要，本實用新型所述的移頻鍵控調(diào)制方法設(shè)置載波頻率值的范圍為ΙΟΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ，頻率步進100Hz。本實用新型所述的單片機向頻率控制字寄存器組設(shè)置的頻率控制字由基帶信號控制輸出到多選一數(shù)據(jù)選擇器輸出端后，所輸出的載波頻率控制字信號輸入至同步寄存器內(nèi)，時鐘處理單元的輸入端接外部時鐘信號、輸出端分別接同步寄存器和相位累加單元，夕卜部時鐘信號經(jīng)時鐘處理單元處理后得到系統(tǒng)時鐘并提供給同步寄存器和相位累加單元，當(dāng)系統(tǒng)時鐘每發(fā)送一個時鐘脈沖，相位累加單元就將載波頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)與累加相位數(shù)據(jù)進行相加，使相位累加單元在每一個系統(tǒng)時鐘脈沖輸入時，把載波頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)累加，相位累加單元輸出的數(shù)據(jù)為合成正弦載波信號的相位數(shù)據(jù)，該正弦載波相位數(shù)據(jù)經(jīng)正弦ROM查找表將得到正弦載波幅值數(shù)據(jù)，正弦載波幅值數(shù)據(jù)連接到輸出使能控制單元，信息發(fā)送方可通過設(shè)置“移頻鍵控信號輸出使能”控制端，將正弦載波幅值數(shù)據(jù)允許輸出或禁止輸出，輸出的正弦載波幅值數(shù)據(jù)連接到D/A轉(zhuǎn)換并通過低通濾波電路，得到移頻鍵控載波輸出。本實用新型的有益效果是，解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，使得載波頻率值可配置，可根據(jù)信道的具體情況進行調(diào)整，以適應(yīng)信道的特性；并且本方法性能穩(wěn)定、精度高、頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率改變時相位輸出連續(xù)、抗干擾能力強。
以下結(jié)合附圖
和實施例對本實用新型進一步說明。圖I是本實用新型的原理框圖；圖2是本實用新型的應(yīng)用系統(tǒng)框圖；圖3是本實用新型其中一個實施例4f sk信號的仿真波形圖。
具體實施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實用新型有關(guān)的構(gòu)成。見圖I所示，F(xiàn)SK調(diào)制器開始工作之前，單片機先向頻率控制字寄存器組寫入頻率控制字?；鶐盘栍?根信號線(s4，s3, s2, Si)組成，連接到多選一數(shù)據(jù)選擇器的控制端，可實現(xiàn)2fsk, 4fsk, 8fsk, 16fsk不同方式的移頻鍵控。當(dāng)需要提供16fsk方式的移頻鍵控時，基帶信號s4，s3, s2, si都對數(shù)據(jù)選擇器進行控制，s4, s3, s2, si所對應(yīng)0000-1111共16種狀態(tài)，可控制頻率控制子I到頻率控制子16被選擇到輸出〗而，輸出的頻率控制子接到冋步寄存器等后續(xù)單元，最后在D/A轉(zhuǎn)換輸出端得到對應(yīng)頻率的移頻鍵控信號輸出，所對應(yīng)的載波頻率有16種，因此所實現(xiàn)的移頻鍵控為16fsk;當(dāng)需要提供Sfsk方式的移頻鍵控時，基帶信號s4被置為0，s3, s2, si對數(shù)據(jù)選擇器進行控制，s3，s2, si所對應(yīng)000-111共8種狀態(tài)，可控制頻率控制字I到頻率控制字8被選擇到輸出端，輸出的頻率控制字接到同步寄存器等后續(xù)單元，最后在D/A轉(zhuǎn)換輸出端得到對應(yīng)頻率的移頻鍵控信號輸出，所對應(yīng)的載波頻率有8種，所實現(xiàn)的移頻鍵控為8fsk;當(dāng)需要提供4fsk方式的移頻鍵控時，基帶信號s4，s3被置為0，s2, si對數(shù)據(jù)選擇器進行控制，s2, si所對應(yīng)00-11共4種狀態(tài)，可控 制頻率控制字I到頻率控制字4被選擇到輸出端，輸出的頻率控制字接到同步寄存器等后續(xù)單元，最后在D/A轉(zhuǎn)換輸出端得到對應(yīng)頻率的移頻鍵控信號輸出，所對應(yīng)的載波頻率有4種，所實現(xiàn)的移頻鍵控為4fsk;當(dāng)需要提供2fsk方式的移頻鍵控時，基帶信號s4，s3, s2被置為0，Si對數(shù)據(jù)選擇器進行控制，Si所對應(yīng)O和I共2種狀態(tài)，可控制頻率控制字I到頻率控制字2被選擇到輸出端，輸出的頻率控制字接到同步寄存器等后續(xù)單元，最后在D/A轉(zhuǎn)換輸出端得到對應(yīng)頻率的移頻鍵控信號輸出，所對應(yīng)的載波頻率有2種，所實現(xiàn)的移頻鍵控為2fsk;通過上述過程可完成對載波頻率數(shù)目的配置，根據(jù)不同的環(huán)境和信道條件采用適合的移頻鍵控方式?？紤]水聲信道的復(fù)雜性，如果載波頻率值可以根據(jù)信道的具體情況進行配置和調(diào)整，就可以更好地適應(yīng)信道的特性?？紤]水聲信道的實際情況，本移頻鍵控調(diào)制方法設(shè)置載波頻率值的范圍為ΙΟΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ,頻率步進100Hz。以上頻率范圍和頻率步進的參數(shù)可以滿足大部分實際水下環(huán)境的需要。設(shè)K為頻率控制字，系統(tǒng)時鐘fe=6. 5536MHz (從32. 768MHz晶體振蕩器在FPGA內(nèi)部經(jīng)過時鐘處理單元5分頻處理得到)，根據(jù)頻率步進Λ/= IOOHz ，得到N=16，即相位累加器字長為16。輸出頻率/^ K {Hz)?？紤]所設(shè)置載波頻率值的范圍為ΙΟΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ，則頻
率控制字取值范圍為I1000。通過設(shè)置不同的頻率控制字即可得到不同的載波頻率值。單片機向頻率控制字寄存器組設(shè)置的頻率控制字由基帶信號控制輸出到多選一數(shù)據(jù)選擇器輸出端后，所輸出的載波頻率控制字信號輸入至同步寄存器內(nèi)，時鐘處理單元的輸入端接外部時鐘信號、輸出端分別接同步寄存器和相位累加單元，外部時鐘信號經(jīng)時鐘處理單元處理后得到系統(tǒng)時鐘并提供給同步寄存器和相位累加單元，當(dāng)系統(tǒng)時鐘每發(fā)送一個時鐘脈沖，相位累加單元就將載波頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)與累加相位數(shù)據(jù)進行相加，使相位累加單元在每一個系統(tǒng)時鐘脈沖輸入時，把載波頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)累加，相位累加單元輸出的數(shù)據(jù)為合成正弦載波信號的相位數(shù)據(jù)，該正弦載波相位數(shù)據(jù)經(jīng)正弦ROM查找表將得到正弦載波幅值數(shù)據(jù)，正弦載波幅值數(shù)據(jù)連接到輸出使能控制單元，信息發(fā)送方可通過設(shè)置“移頻鍵控信號輸出使能”控制端，將正弦載波幅值數(shù)據(jù)允許輸出或禁止輸出，輸出的正弦載波幅值數(shù)據(jù)連接到D/A轉(zhuǎn)換并通過低通濾波電路，得到移頻鍵控載波輸出。本實用新型的同步寄存器、相位累加單元、正弦ROM查找表、輸出使能控制單元、時鐘處理單元、頻率控制字寄存器組、多選一數(shù)據(jù)選擇器可放在一片F(xiàn)PGA中，F(xiàn)PGA可采用Altera公司Cyclone系列的EP3C10E144，該器件內(nèi)嵌存儲器，時鐘管理方便，具有低功耗、高性能和低成本等特點。見圖I所示，本實用新型的時鐘處理單元包括鎖相環(huán)倍頻單元和分頻處理單元，鎖相環(huán)倍頻單元的輸入端接外部時鐘信號、輸出端接分頻處理單元。外部輸入的時鐘通過鎖相環(huán)倍頻單元進行倍頻處理和分頻處理單元進行分頻處理，得到調(diào)制器內(nèi)部的系統(tǒng)時鐘，分頻處理單元輸出端分別接同步寄存器和相位寄存器的時鐘端，給同步寄存器和相位寄存器提供系統(tǒng)時鐘脈沖信號。例如，選擇外部時鐘為32. 768MHz晶體振蕩器，鎖相環(huán)倍頻單元進行I倍頻，分頻處理單元進行5分頻，得到系統(tǒng)時鐘頻率為6. 5536MHz ;而對于外部 時鐘為32. 768MHz晶體振蕩器，鎖相環(huán)倍頻單元進行16倍頻，分頻處理單元進行125分頻，得到系統(tǒng)時鐘頻率為4. 194304MHz ο見圖I所示，本實用新型的相位累加單元包括加法器和相位寄存器，加法器的輸入端接同步寄存器、輸出端接相位寄存器，且相位寄存器的數(shù)據(jù)反饋端接加法器，因此當(dāng)調(diào)制器系統(tǒng)時鐘每發(fā)送一個時鐘脈沖信號，累加器就將載波頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)與相位寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后數(shù)據(jù)的結(jié)果再送至相位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端，相位寄存器將加法器在上一個時鐘脈沖作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到累加器的輸入端，以使累加器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與載波頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)相加。這樣，相位累加單元在調(diào)制器系統(tǒng)時鐘作用下，不斷對載波頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)進行線性相位累加，以得到正弦載波的相位數(shù)據(jù)，再經(jīng)正弦ROM查找表將得到正弦載波幅值數(shù)據(jù)。見圖I所示，單片機通過鍵盤接受設(shè)置者的輸入，得到當(dāng)前移頻鍵控調(diào)制方式和相應(yīng)載波頻率控制字的值，顯示單元可進行顯示以輔助設(shè)置者進行參數(shù)輸入與修改等設(shè)置，相應(yīng)的參數(shù)被存入單片機內(nèi)部的E2PR0M以便開機可以自動加載。單片機通過地址、數(shù)據(jù)及控制總線向FPGA中的頻率控制字寄存器組寫入相應(yīng)的頻率控制字。單片機提供“寄存器組設(shè)置完成指示”信號給信息發(fā)送方，當(dāng)該信號為低電平時，指示頻率控制字寄存器組已經(jīng)設(shè)置完成，可以進行通信；該信號為高電平時，指示頻率控制字寄存器組尚未設(shè)置完成，不能進行通信。見圖2所示，本實用新型的FSK調(diào)制器接收外部載波頻率控制字/信號、外部時鐘信號以及基帶信號，輸出載波頻率值和載波頻率數(shù)目都可以進行配置的移頻鍵控調(diào)制信號。圖3為4fsk信號的仿真波形圖。移頻鍵控調(diào)制信號經(jīng)過濾波與放大電路接入到水聲換能器，即可將已調(diào)頻移鍵控(FSK)信號發(fā)送到水聲信道傳輸。以上說明書中描述的只是本實用新型的具體實施方式
，各種舉例說明不對本實用新型的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離實用新型的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求1.一種載波頻率可配置的移頻鍵控調(diào)制結(jié)構(gòu)，其特征在于包括同步寄存器、相位累加單元、正弦ROM查找表、輸出使能控制單元、D/A轉(zhuǎn)換、低通濾波器、時鐘處理單元、頻率控制字寄存器組、多選一數(shù)據(jù)選擇器、單片機及其附屬電路；所述的同步寄存器的輸出端通過相位累加單元和正弦ROM查找表經(jīng)輸出使能控制單元接D/A轉(zhuǎn)換的輸入端，D/A轉(zhuǎn)換輸出經(jīng)低通濾波得到載波頻率值和載波頻率數(shù)目都可以進行配置的FSK信號；時鐘處理單元的輸入端接外部時鐘信號、輸出端分別接同步寄存器和相位累加單元。
2.如權(quán)利要求I所述的一種載波頻率可配置的移頻鍵控調(diào)制結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的頻率控制字寄存器組、多選一數(shù)據(jù)選擇器、同步寄存器、相位累加單元、正弦ROM查找表、輸出使能控制單元、時鐘處理單元放在一片F(xiàn)PGA中。
3.如權(quán)利要求I所述的一種載波頻率可配置的移頻鍵控調(diào)制結(jié)構(gòu)，其特征在于時鐘處理單元包括鎖相環(huán)倍頻單元和分頻處理單元，鎖相環(huán)倍頻單元的輸入端接外部時鐘信號、輸出端接分頻處理單元；外部輸入的時鐘通過鎖相環(huán)倍頻單元進行倍頻處理和分頻處理單元進行分頻處理；分頻處理單元輸出端分別接同步寄存器和相位寄存器的時鐘端，給 同步寄存器和相位寄存器提供系統(tǒng)時鐘脈沖信號。
4.如權(quán)利要求I所述的一種載波頻率可配置的移頻鍵控調(diào)制結(jié)構(gòu)，其特征在于相位累加單元包括加法器和相位寄存器，加法器的輸入端接同步寄存器、輸出端接相位寄存器， 且相位寄存器的數(shù)據(jù)反饋端接加法器。
專利摘要本實用新型涉及一種載波頻率可配置的移頻鍵控調(diào)制結(jié)構(gòu)，單片機向頻率寄存器組寫入設(shè)定的頻率控制字；基帶信號控制多選一數(shù)據(jù)選擇器輸出相應(yīng)的載波頻率控制字信號到同步寄存器的輸入端；根據(jù)基帶信號控制數(shù)據(jù)選擇器選擇端數(shù)目的不同，實現(xiàn)不同的載波頻率數(shù)目和移頻鍵控調(diào)制。本實用新型使得載波頻率值可配置，可根據(jù)信道的具體情況進行調(diào)整，以適應(yīng)信道的特性；并且本方法性能穩(wěn)定、精度高、頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率改變時相位輸出連續(xù)、抗干擾能力強。
文檔編號H04L27/12GK202602698SQ201220213990
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者陶國正, 喬宏哲, 劉翠梅, 王艷 申請人:常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院