[实用新型]一种载波频率可配置的移频键控调制结构

说明书

技术领域

本实用新型属于水声通信领域，尤其是一种载波频率可配置的移频键控调制结构。

背景技术

实际水声信道非常复杂，它存在着水面和水底两个界面。由于温度、盐度和静压力的影响，水中不同深度声速是不同的，存在着声速垂直分布，会使声波产生折射。上下边界的反射和在水中的折射使得实际水声信道不是单途径信道而是多径信道。为了降低多径干扰的影响，通常采用非相干检测方法。移频键控通信方式可以采用非相干检测方法实现。因此，移频键控在水声通信中得到了广泛的应用。

对于传统的应用于水声通信中的移频键控通信方式，载波频率是不能进行配置的，这对适应不同海洋环境下复杂多变的水声信道造成了很大的局限性。水下的声传播主要由传播损失、噪声及信道的时变和空变性决定。传播损失、噪声和信道的特性受信道所处的环境和位置影响比较大。比如，近岸地区与深海地区的声传播特性和信道特性差异就非常大。水声通信链路依据距离可分为五类：超长、长、中等、短、极短程信道。对一个工作距离在10-100km的长程系统言，带宽限制在几kHz内。中等距离（1-10km）系统的带宽在数十KHz的量级上。只有在距离小于100m的条件下，才可以获得多于100kHz的带宽。考虑水声信道这些复杂多变的情况和特性，本移频键控调制方法的载波频率值可配置。可根据信道的具体情况进行调整，以适应信道的特性。在水声信道中通信所面临的另外一个问题是当要传输的信息量较大时，需要提高系统的传输速率。提高传输速率的常见方法是采用多进制移频键控（MFSK）方式，即以一个频率码元代表多位二进制代码的信息，如4fsk,8fsk，16fsk等。本移频键控调制方法可以设置载波频率的数目，配置移频键控方式为2fsk、4fsk、8fsk、16fsk不同方式，根据实际环境灵活调整移频键控方式。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种载波频率值和载波频率数目都可以进行配置，性能稳定、精度高、频率转换速度快、频率改变时相位输出连续，抗干扰性能力强的移频键控调制结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种载波频率可配置的移频键控调制方法的应用结构，包括同步寄存器、相位累加单元、正弦ROM查找表、输出使能控制单元、D/A转换、低通滤波器、时钟处理单元、频率控制字寄存器组、多选一数据选择器、单片机及其附属电路；所述的同步寄存器的输出端通过相位累加单元和正弦ROM查找表经输出使能控制单元接D/A转换的输入端，D/A转换输出经低通滤波得到载波频率值和载波频率数目都可以进行配置的FSK信号；时钟处理单元的输入端接外部时钟信号、输出端分别接同步寄存器和相位累加单元。

为了实现低功耗、高性能等特点，本实用新型所述的频率控制字寄存器组、多选一数据选择器、同步寄存器、相位累加单元、正弦ROM查找表、输出使能控制单元、时钟处理单元放在一片FPGA中。

本实用新型所述的时钟处理单元包括锁相环倍频单元和分频处理单元，锁相环倍频单元的输入端接外部时钟信号、输出端接分频处理单元；外部输入的时钟通过锁相环倍频单元进行倍频处理和分频处理单元进行分频处理；分频处理单元输出端分别接同步寄存器和相位寄存器的时钟端，给同步寄存器和相位寄存器提供系统时钟脉冲信号。

本实用新型所述的相位累加单元包括加法器和相位寄存器，加法器的输入端接同步寄存器、输出端接相位寄存器，且相位寄存器的数据反馈端接加法器。这样，相位累加单元在调制器系统时钟作用下，不断对载波频率控制字数据进行线性相位累加，以得到正弦载波的相位数据，再经正弦ROM查找表将得到正弦载波幅值数据。

本实用新型的调制方法为：单片机向频率寄存器组写入设定的频率控制字；基带信号控制多选一数据选择器输出相应的载波频率控制字信号到同步寄存器的输入端；根据基带信号控制数据选择器选择端数目的不同，实现不同的载波频率数目和移频键控调制。

具体的说，本实用新型所述的基带信号由至少4根信号线组成，连接到多选一数据选择器的控制端，实现2fsk,4fsk,8fsk,16fsk或2^Nfsk不同方式的移频键控。

为了可以满足大部分实际水下环境的需要，本实用新型所述的移频键控调制方法设置载波频率值的范围为100Hz-100KHz,频率步进100Hz。