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一文看懂DDS原理、混叠、幅度调制DDS架构基本原理随着数字技术在仪器仪表和通信系统中的广泛使用，可从参考频率源产生多个频率的数字控制方法诞生了，即直接数字频率合成(DDS)。
其基本架构如图1所示。
该简化模型采用一个稳定时钟来驱动存储正弦波(或其它任意波形)一个或多个整数周期的可编程只读存储器(PROM)。
随着地址计数器逐步执行每个存储器位置，每个位置相应的信号数字幅度会驱动DAC，进而产生模拟输出信号。
最终模拟输出信号的频谱纯度主要取决于DAC。
相位噪声主要来自参考时钟。
DDS是一种采样数据系统，因此必须考虑所有与采样相关的问题，包括量化噪声、混叠、滤波等。
例如，DAC输出频率的高阶谐波会折回奈奎斯特带宽，因而不可滤波，而基于PLL的合成器的高阶谐波则可以滤波。
此外，还有其它几种因素需要考虑，稍后将会讨论。
图1：直接数字频率合成系统的基本原理这种简单DDS系统的基本问题在于，最终输出频率只能通过改变参考时钟频率或对PROM重新编程来实现，非常不灵活。
实际DDS系统采用更加灵活有效的方式来实现这一功能，即采用名为数控振荡器(NCO)的数字硬件。
图2所示为该系统的框图。
图2：灵活的DDS系统系统的核心是相位累加器，其内容会在每个时钟周期更新。
相位累加器每次更新时，存储在△相位寄存器中的数字字M就会累加至相位寄存器中的数字。
假设△相位寄存器中的数字为00...01，相位累加器中的初始内容为00...00。
相位累加器每个时钟周期都会按00...01更新。
如果累加器为32位宽，则在相位累加器返回至00 (00)前需要232(超过40亿)个时钟周期，周期会不断重复。
相位累加器的截断输出用作正弦(或余弦)查找表的地址。
查找表中的每个地址均对应正弦波的从0°到360°的一个相位点。
查找表包括一个完整正弦波周期的相应数字幅度信息。
(实际上，只需要90°的数据，因为两个MSB中包含了正交数据)。
数字信号处理中的调制与解调技术数字信号处理技术在现代通信中扮演着至关重要的角色。
它可以对信号进行调制与解调，使得信号可以在不同的载体(比如无线电波、光纤等)传输和传递。
本文将介绍数字信号处理中的调制与解调技术。
一、调制技术调制技术是将基带信号(即未调制的信号)转换为能够在载体中传输的信号的过程。
它可以用来改变信号的频率、幅度和相位等属性。
常见的调制技术包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。
1. 幅度调制(AM)幅度调制是最简单的调制技术之一，它通过将基带信号和一个高频载波信号进行乘法运算，来改变信号的幅度。
结果可以用下式表示:s(t) = Ac[1 + m(t)]cos(2πfct)其中，Ac是载波的幅度，f是载波频率，m(t)是基带信号，s(t)为调制后的信号。
可以看出，载波信号的幅度随着基带信号而变化，从而实现了对信号幅度的调制。
2. 频率调制(FM)频率调制是一种常见的调制方式，在广播电台、卫星通信等领域得到广泛应用。
它是通过改变载波频率的大小，来反映出基带信号的变化。
这个过程可以用下式表示:s(t) = Ac cos[2πfc t + kf∫m(τ)dτ]其中，kf是调制指数，m(t)是基带信号，∫m(τ)dτ是对基带信号的积分。
这里，频率调制实质是将基带信号的斜率值转化为频率的变化，从而体现了基带信号的变化。
3. 相位调制(PM)相位调制是另一种常见的调制方式，它通过改变相位来反映出基带信号的变化。
相位调制可以用下式表示:s(t) = Ac cos[2πfct + βm(t)]其中，β是调制指数，m(t)是基带信号。
可以看出，相位调制实质上是将基带信号的变化转化为相位的变化。
二、解调技术解调技术是将调制后的信号还原为原始基带信号的过程。
它在通信中起着至关重要的作用，可以保证信息的正确传递。
1. 相干解调相干解调是最常见的解调方式，它是通过连续时间信号的乘法运算来分离出基带信号的。
ASK、FSK、PSK、QAM数字调制技术1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以来的事情。
随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。
现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。
而这些系统都使用到了数字调制技术，本文就数字信号的调制方法作一些详细的介绍。
一数字调制数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。
由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。
模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。
由于数字信号只有"0"和"1"两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。
在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。
所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。
更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。
此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。
近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。
总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。
几种AM信号数字化解调算法比较张艺萌【摘要】数字信号与模拟信号相比有很多优点,因此信号的数字化处理应用越来越普遍.作为常用信号,幅度(AM)调制信号的数字化处理也会得到更广泛的运用.通过研究3种AM信号数字化解调的算法,给出相应的解调原理、公式推导以及系统模块；采用Matlab对一段信号采用3种方法分别进行仿真解调,并对结果进行比较.在原理分析与仿真结果的基础上,通过比较获得3种方法各自的优缺点及应用场合,具有清晰明了的特点.%Compared with analog signals, digital signals have many advantages) so the digital signal processing is popularly applied, and the digitized processing of the common amplitude modulated (AM) signal will be widely used in digital algorithms. The demodulation principle, formula derivation and system module are offered after study on three algorithms of AM signal digitized demodulation. The simulated demodulation of digital AM signal is carried out by three methods with Matlab. The advantages, disadvantages and application occasions of these algorithms were obtained on the basis of principle analysis and simulation results.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)017【总页数】4页(P125-128)【关键词】幅度调制;数字解调;解调算法;Matlab【作者】张艺萌【作者单位】南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏南京 210044【正文语种】中文【中图分类】TN911.3-340 引言在目前的通信中，因数字信号与模拟信号相比有易于存储，可靠性高等优点，而得到了越来越广泛的应用，数字体制开始逐步取代模拟体制。
摘要我们知道，数字化时代音视频是人们用来传递信息、交流感情的主要方式。
为了远距离传输这些信号，我们可以借助于无线电波。
但利用无线电波通信时，需满足一个基本条件，即：欲发射信号的波长必须与发射天线的几何尺寸相比拟，该信号才能通过天线有效地发射出去。
对于频率较低的信号来说，所需的天线尺寸很大，甚至有些不现实。
因此，要想把低频率的音视频信号通过天线发射出去，我们可以将信源产生的原始低频率信号经过调制将其组合到更高频率的载波上。
关键字：数字调制，ADSL，GSM手机，DTV数字调制技术及其应用0 数字调制技术数字调制一般指调制信号是数字的，而载波是连续波的调制方式。
调制的过程就是按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。
若正弦振荡的载波用Asin(2πft+φ)来表示，使其幅度A、频率f或相位φ随调制信号而变化，从而就可在载波上进行调制。
数字幅度调制又称为振幅键控（Amplitude ShiftKeying，ASK），即载波的振幅随着原始数字信号而变化，例如数字信号“1”用有载波输出表示，数字信号“0”用无载波表示，如图1（a）所示。
数字频率调制又称为频移键控（Frequency ShiftKeying，FSK），即载波的频率随着原始数字信号而变化，例如数字信号“1”用频率f1 表示，数字信号“0”用频率f2 表示，如图1（b）所示。
数字相位调制又称为相移键控（Phase ShiftKeying，PSK），即载波的初始相位随着原始数字信号而变化，例如数字信号“1”对应于相位180°，数字信号“0”对应于相位0°，如图1（c）所示。
以上我们讨论了数字调制的三种基本方式：数字幅度调制、数字频率调制和数字相位调制。
这三种数字调制方式是数字调制的基础。
然而，这三种数字调制方式都存在某些不足，如频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。
为了改善这些不足，近几十年来人们陆续提出一些新的数字调制技术，以适应各种新的通信系统的要求。
前言调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。
用所要传播的语言或音乐信号去改变高频振荡的幅度，使高频振荡的幅度随语言或音乐信号的变化而变化，这个控制过程就称为调制。
其中语言或音乐信号叫做调制信号，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。
解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。
对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。
对于频率调制来说，解调是从它的频率变化提取调制信号的过程。
频率解调要比幅度解调复杂，用普通检波电路是无法解调出调制信号的，必须采用频率检波方式，如各类鉴频器电路。
关于鉴频器电路可参阅有关资料，这里不再细述。
本课题利用MATLAB软件对DSB信号调制解调系统进行模拟仿真，分别对正弦波进行调制，观察调制信号、已调信号和解调信号的波形和频谱分布。
第一章 设计要求（1）已知调制信号⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤=其他,03/23/,23/0,1)(000t t t t t t m（2）调制载波c(t)=)2cos(t f c π（3）设计m 文件实现DSB-AM 调制（4）设计m 文件绘制消息信号与已调信号的频谱，分析其频谱特征。
第二章 系统组成及工作原理2.1 DSB-AM 系统构成在AM 信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。
如果将载波抑制，只需在将直流A0去掉，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号（DSB ）。
2-1 DSB 调制器模型调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。
而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。
双边带解调通常采用相干解调的方式，它使用一个同步解调器，即由相乘器和低通滤波器组成。
相干解调的原理框图如图2-2所示：2-2 DSB 相干解调模型2.2DSB 调制原理在消息信号m(t)上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带调制信号，简称双边带（DSB ）信号。
幅度调制原理
幅度调制（Amplitude Modulation）是一种调制方式，用于在载波信号中传输基带信号。
在幅度调制中，基带信号的幅度变化与载波信号的幅度相关。
具体而言，基带信号的波形被载波信号的幅度调制，形成一个新的调制信号，即幅度调制信号。
幅度调制的原理可以通过以下步骤来说明：
1. 载波信号生成：首先生成一个高频的载波信号，该载波信号的频率通常远高于基带信号的频率。
2. 基带信号生成：接下来生成一个描述所需信息的基带信号。
基带信号可以是任何频率范围内的模拟信号，如声音信号。
3. 调制信号生成：将基带信号的幅度与载波信号的幅度进行调制。
调制的过程中，基带信号的幅度变化会导致载波信号的幅度相应变化，形成一个新的信号，即幅度调制信号。
4. 信号传输：幅度调制信号通过无线电或其他媒介传输。
在传输过程中，幅度调制信号的幅度会随着传输介质的特性而有所改变。
5. 解调过程：在接收端，通过解调技术恢复幅度调制信号中的基带信息。
解调过程与调制过程相反，逐步将幅度调制信号的幅度还原为基带信号的幅度。
通过这样的步骤，幅度调制实现了对基带信号的传输。
幅度调
制的优点包括简单、成本低廉、适用于长距离传输等。
然而，幅度调制也存在一些缺点，如易受到噪声和干扰的影响，信号传输效率较低等。
因此，在实际应用中，人们常常会选择其他更先进的调制方式，如频率调制（频移键控）和相位调制（调幅键控）等。
基于Verilog的数字方式实现FM的调制与解调作者：李浩男来源：《科学与财富》2020年第01期摘要：现如今通信技术发展飞速，FM调制与解调是一种比较常见也是比较实用的信息传递方式，在这个数字化信息处理时代，将FM信号基于FPGA调制解调的数字化处理进行调制解调，符合通信技术数字化发展趋势。
本论文提出一个在可编程门阵列平台（FPGA）上完成FM的调制和解调，详细叙述了设计流程和数字化处理思想。
仿真结果和流程结构体现本方案的成本低，可塑性高，操作简单，性能好等特点和优势。
可以满足在一些对灵活性要求较高场合的应用。
关键词：FM信号;调制解调;FPGA;Verilog;数字信号处理;微分一、引言FM调频信号是非常常见的信号传输方式，被广泛应用于广播信号中，现如今各省市电台仍然以不同高频兆赫区分。
相对AM调制抗干扰性能更强大，由于FM信号不依赖电波的幅度来储存信息，所以即使有相似或相近频率的噪声破坏信号的幅度信息，也不会对调频广播形成影响，但是AM信号就不行了。
因此FM的的抗干扰性能比AM调制的信号更加强，本身FM 调频信号发生和传输过程也是相对不难的，因此 FM调频信号被应用更广泛。
但事实FM调频信号是以载波中心频率为基础通过频偏储存信息从而传递信号，因此占用了一段频率范围，因此决定了FM调制只能适用于高频，因为高频部分的微波、超短波可使用范围大资源充裕，但是超短波和微波不能被大气层反射，因此信号传输范围比AM调幅波要小。
因为频偏占用了一段频率范围，因此FM的频带宽度也比AM调幅波频带宽度更宽，在系统有效性方面较AM调幅波更差一点。
为解决模拟信号调制解调缺点，本方案提出一种简易的数字处理传输方式。
二进制信号传输可以使得，设备集成度更高，完成任何设备终端接收都可以完成信号解调，以数字处理方式有效解决传输距离短等问题。
二、仿真介绍由第一行往下依次为：基于频率控制字生成的sin函数、载波信号carry、调频信号FM_Mod、缓存信号、微分信号data_out1、补码操作后的微分信号data_out2、解调信号yout。
数字化幅度调制电路的实现2008-04-18 嵌入式在线收藏| 打印本文介绍了一种利用数字电路实现全载波双边带幅度调制信号的方法，同时还完成了载波信号的产生。
所提出的方法利用AD9854芯片和FPGA器件予以实现，前者产生载波信号以及完成幅度调制；后者完成向前者传送数据以及系统控制。
1 引言信息通过传输介质在发送端和接收端之间传送。
信息的原始形式通常是不适合直接进行传送，需要把它加载到高频载波上来实现信息的传送。
把信息加载到高频载波上的过程被称作为调制。
幅度调制是一种相对便宜的调制方式，尤其是全载波双边带幅度调制可以使用简单的解调器电路，因此这种调制方式在商业广播以及民用波段的双向无线移动通信中获得应用。
原始信息信号、载波信号和全载波双边带幅度调制信号之间的关系如下。
原始信息信号：（1）载波信号：（2）全载波双边带幅度调制信号：（3）在上面的关系式中，kam为调幅灵敏度，反映原始信息信号对幅度调制信号的高频幅度的影响程度。
传统的幅度调制电路是一个非线性电路，利用非线性特性实现调制信号中的乘法运算。
幅度调制电路有两个输入端，一个输入原始信息信号；另一个输入单一频率的载波信号。
不同的广播电台采用不同的载波频率以避免相互干扰。
利用LC振荡器产生载波信号具有频率调节方便的优点，但是频率稳定度较低；使用晶体振荡器具有频率稳定度高，但是频率调节不方便。
2 直接数字频率合成直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis，DDS）技术利用数字方法可以产生任意波形的信号，而且所产生的信号同时具有频率稳定度高和频率调整精度高的特点，适合用作载波信号。
基于DDS技术产生信号波形的原理图如图1所示。
图1 DDS技术产生信号波形的原理图DDS信号源的核心是相位累加器，它类似一个计数器。
每来一个时钟信号，相位累加器的输出就增加一个步长的相位增加量，相位增加量的大小由频率控制字确定，改变频率控制字就可以改变相位增加的速度，从而改变输出信号的频率。
信号波形的数据表里包含待产生信号一个完整周期的幅度—相位数据，该数据可以由需要产生的信号利用采样和量化来获得。
从波形数据表中读出相位累加器输出相位信号值对应的幅度数据，通过数字/模拟转换器将该数据转换成所需的模拟信号波形输出。
数字/模拟转换器输出的信号是由一系列阶梯近似的模拟信号，由于也是每来一个时钟信号完成一次转换，因此输出信号中的谐波频率是固定的，利用滤波器滤除这些谐波分量就可以获得满意的输出信号波形。
相位累加器的相位累加为循环迭加，这样使得输出信号的相位是连续的。
相位累加器进行线性相位累加，累加至满量时产生一次计数溢出，这个溢出率即为输出信号的频率。
频率控制字内的相位增加量越大，相位累加器的溢出率越高，输出信号的频率越高。
如果相位累加器的位数为N，频率控制字内的相位增量为K，参考时钟频率为fSYSC LK，则DDS系统输出信号的频率fO为：（4）输出信号的频率分辨率Δf0为：（5）参考时钟由晶体振荡器提供，具有较高的频率稳定度。
DDS系统的工作类似于数字分频电路，输出信号的频率稳定度等同于参考时钟的频率稳定度，即可以达到晶振的频率稳定度。
3 AD9854芯片介绍AD9854把DDS技术和高速数字/模拟转换器结合在一起，形成一个全数字化、可编程的频率合成器。
在一个精确的时钟源的控制下，它可以产生一个频谱较纯、频率―相位―幅度可编程的正弦信号。
AD9854的DDS核具有48位的相位累加器，当系统时钟为300MHz时，输出信号的频率分辨率仍可达1mHz。
如果一个正弦波信号周期包括30个采样点，它的输出信号频率可达10MHz，满足幅度调制广播载波频率535～1605kHz的要求。
AD9854还包含一个4×到20×时钟倍频电路，因此该电路允许使用较低的外部时钟频率来获得较高的系统时钟频率，降低了对外部时钟在工作频率方面的要求。
在信号幅度控制方面，AD9854具有12位数字乘法器，提供12位的输出幅度调整率。
该乘法器位于波形数据表与数字/模拟转换器之间，它的一个输入来自波形数据表的数字载波，另一个输入来芯片外部的数据。
当外部输入的数据来源于原始信息信号时，利用这个乘法器就可以实现如式（3）所示的幅度调制信号。
AD9854工作参数，例如输出幅度调制信号的载波频率以及幅度，可以通过向它的寄存器写入数据来实现。
寄存器的访问具有8位并行和SPI兼容的串行两种方式。
向寄存器写入数据并不能使AD9854的工作发生变化，芯片只有在接收到数据刷新信号才能实现工作状态的改变。
刷新信号可以由AD9854内部电路产生，也可以由外部提供。
本设计采用外部提供，保证数据刷新与对原始信息信号采样的同步。
4 AD9854芯片串行数据接口的实现AD9854的工作控制可通过向其内部寄存器写入数据来实现，工作状态可由从其内部寄存器读出数据来获得。
工作在串行方式时，芯片的大多数控制管脚处于非激活状态，仅使用少数控制管脚，本设计就采用串行方式控制AD9854的工作。
串行方式的2线信号传输方式信息传输包括2部分，第一部分提供控制指令，包括读/写信息和寄存器地址；第二部分提供具体的工作数据，其关系如图2所示。
图2 串行传输关系图利用串行方式完成一次原始信息数据输入来控制载波的振幅包括1个字节的控制指令和2个字节的数据，共计24位。
串行传输数据和时钟的时序图如图3所示。
串行时钟周期的最小值为100ns，按这样的传输速率，完成24位串行数据的传送只需要2.4us。
对语音信号采样率的现行标准为8kHz，即采样周期为125us，在一个语音信号的采样周期内完全有能力完成向AD9854芯片的原始信息数据传输。
图3 串行传输时序图AD9854的控制芯片还需要去控制将待传输的语音信号转换为数字信号的模拟/数字转换器的工作。
由于可编程逻辑器件具有并行工作的特点，使得其对模拟/数字转换器的控制工作和向AD9854的数据传输可以采用流水线的方法进行。
设计中采用ALTERA公司的F PGA器件EP1C3，这种FPGA器件的端口电压支持3.3V，这与AD9854芯片相同；同时它具有104个用户可使用的输入/输出管脚，足够整个系统使用；再有就是它的内部也具有基于锁相环的时钟倍频电路，降低了对外部时钟在工作频率方面的要求。
采用有限状态机（FSM）的时序电路模型，使用VHDL实现的AD9854芯片数据接口代码格式如下：IF (start_ad9854 = '0') THEN --启动信号有效，状态清0current_state <= 0;ELSIF (start_ad9854 = '1') THEN --启动信号无效，状态机工作IF (clk_ad9854'EVENT AND clk_ad9854 = '1') THEN --AD9854串行2线数据传输模块时钟有效CASE current_state IS --根据有限状态机状态进行分支处理······WHEN 24 => --当前状态24current_state <= 25; --下一个状态25cs <= '0'; sclk <= '0'; sdio <= amplitude(11); updata <= '0';--模拟/数字转换结果位11数据WHEN 25 => --当前状态25current_state <= 26; --下一个状态26cs <= '0'; sclk <= '1'; sdio <= amplitude(11); updata <= '0';--串行时钟有效，位11数据写入······WHEN 50 => --当前状态50current_state <= 50; --下一个状态50cs <= '1'; sclk <= '0'; sdio <= '0'; updata <= '0';······图4 AD9854芯片数据接口仿真波形图图4是实现向AD9854芯片传送模拟/数字转换结果的仿真波形图。
模块时钟clk_ad9 854频率选取1MHz。
每个数据传送循环由启动信号start_ad9854为低电平开始，这使得当前状态为0。
当启动信号变为高电平，在模块时钟的控制下依次产生所需的各个状态。
在每个状态下，分别产生串行数据传送选择信号cs、串行时钟信号sclk、串行数据信号sdio 和刷新信号updata。
当前数据传送完成以后，状态机在最后一个状态自跳转，如代码举例中的状态50，等待下一个数据传送循环开始时的启动信号start_ad9854低电平。
5 结束语本文作者创新点：实现了一个全数字化的幅度调制电路，并包括载波信号的产生。
利用调幅收音机在整个频段内对电路的工作进行了检测，获得满意的结果。
相对于模拟幅度调制电路，数字幅度调制电路具有抗干扰能力强、一致性好以及容易实现设计自动化等优点。
ALTERA公司的FPGA器件不仅提供实现逻辑电路的资源，同时也提供了大量的嵌入式存储模块。
采用FPGA器件可以很方便地实现相位累加器和波形数据表，工作速率也满足要求。
如果用它来实现DDS信号源，当前的主要困难为必须添加数字/模拟转换器，高速数字/模拟转换器不仅价格较高，而且它与FPGA器件之间的高速数据传送对电路板也提出较高的要求。
