FPGA实现的MFSK数字频率调制系统设计与仿真

"MFSK调制是一种多频制数字调制技术，常用于 FPGA 设计的通信系统中。在MFSK系统中，M个不同的载波频率对应M种数字信息，通过选择性地开启或关闭特定频率的振荡器来发送不同频率的信号，实现数据传输。在发送端，二进制码流经过串/并转换和逻辑电路转化为M进制码，然后驱动相应频率的振荡器发射信号。接收端则利用带通滤波器、包络检波器和抽样判决器对信号进行解调，恢复原始二进制码。MFSK系统的优点包括较高的信息速率，但频带利用率相对较低，适用于低调制速率的通信场景。此外，VHDL程序可以用来实现MFSK调制电路的逻辑设计，并通过FPGA进行硬件仿真。" MFSK（Multiple Frequency Shift Keying），多进制数字频率调制，是一种数字调制技术，它使用多个不同的载波频率来表示不同的数字状态。在MFSK系统中，M个不同的频率对应于M种不同的数字信息。每个码元时间内，系统仅发送其中一个频率的载波，这使得信号在频域上有M个离散的频率成分。 在设计MFSK调制电路时，通常会用到FPGA（Field-Programmable Gate Array）这种可编程逻辑器件。在发送端，输入的二进制数据首先通过串/并转换器转化为M进制的并行数据。这些数据随后经过逻辑电路处理，根据二进制码的值决定开启哪个频率的振荡器。每个振荡器后面连接一个门电路，当对应的逻辑信号为高时，该门电路导通，允许相应频率的载波信号通过，其他频率的载波则被阻断。 在接收端，信号通过一系列带通滤波器，每个滤波器针对特定的一个载波频率设计。滤波器能够筛选出对应频率的信号，而其他频率的信号则被视为噪声。接着，包络检波器检测每个滤波器的输出电压，抽样判决器根据最大电压输出来确定发送的频率，从而解调出原始的M进制码。最后，通过逻辑电路和并/串转换，恢复为原始的串行二进制码。 MFSK调制的另一个解调方法是分路滤波相干解调，这种方法需要乘法器和低通滤波器，每个乘法器与特定的相干本地载波同步工作。 MFSK信号的带宽计算公式为：\(BW = f_H - f_L + f_S\)，其中\(f_H\)是最高载频，\(f_L\)是最低载频，\(f_S\)是码元速率。由于MFSK信号的相位不连续，它可视为多个振幅相同、载波不同、时间上不重叠的二进制ASK（振幅键控）信号的叠加。 VHDL是一种硬件描述语言，用于描述数字系统的逻辑功能，可以用来编写MFSK调制电路的程序，实现数字逻辑。在FPGA上，VHDL程序可以被综合并实现，通过仿真验证调制电路的正确性。值得注意的是，VHDL程序设计的MFSK调制电路通常不包括模拟电路部分，因为它专注于数字逻辑的实现，输出的是数字信号，而非模拟信号。