一种负反馈式FSK过零点调制装置的制作方法

本发明涉及铁路信号系统中应答器传输系统的车地通信，属于无线通信领域，尤其涉及一种频移键控(Frequency Shift Keying以下简称FSK)通信方式的调制装置。

背景技术：

FSK是无线信息传输中使用较早的一种调制方式，利用两个不同频率f1和f2的载频信号来代表基带信号“1”和“0”，它的主要优点是：实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，因此在中低速数据传输中得到了广泛的应用。在中国列车控制系统(Chinese Train Control System，CTCS)标准中，明确规定了应答器所采用的FSK信号的两个频率为：4.512MHz和3.948MHz，而报文的数据率为564kbps。二进制FSK信号的常用解调方法可采用模拟电路类的非相干检测法、相干检测法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，或者采用数字电路类的高频采样算法等，这些解调方法都对FSK信号的调制装置提出较高要求，要求两个不同频率f1和f2的载频信号的切换相位尽量连续，最好在两个载频的零相位处进行切换，从而减少对解调装置的抗干扰要求和滤波要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有FSK调制技术的不足，提供一种负反馈式FSK过零点调制装置。该装置采用基带信号与载频信号的负反馈关系，使得两个不同频率f1和f2的载频在各自的零相位处进行切换；采用FSK相位连续振荡电路，使得载频f1和载频f2切换时相位连续，从而解决硬切换导致的载频f1和载频f2的相位跳变问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

(1)一种机制建立基带信号与载频f1/f2的负反馈关系。代表基带信号的调制数据存放在存储器中，载频f1/f2由FSK振荡器产生，在FSK振荡器和存储器之间采用一个N/N+1分频器，该分频器产生恒速的取数据时钟CLOCK，CLOCK＝载频f1/(N+1)＝载频f2/N。取数据时钟CLOCK从存储器中恒速地取出基带信号Dataout，而基带信号Dataout的跳变又反过来控制载频f1/f2的产生。因此，基带信号Dataout与载频f1/f2之间存在负反馈关系。

(2)一种过零点电压比较器。该电压比较器在载频f1和载频f2的相位过零点处产生方波信号FSKin，即方波信号FSKin的电平跳变是在载频f1/f2的零相位处。方波信号FSKin作为N/N+1分频器的输入时钟信号，使得输出的恒速时钟CLOCK的跳变与方波信号FSKin的跳变同步，而基带信号Dataout的输出又与恒速时钟CLOCK的跳变同步。因此，该过零点电压比较器能控制基带信号Dataout的跳变发生在载频f1和载频f2的零相位。

(3)一种FSK相位连续振荡电路。采用多级电阻R和电容C组成的RC充放电电路控制两组三极管组成的乒乓式自激振荡器，通过改变电阻R的数值来改变RC电路的充放电系数，从而改变乒乓式自激振荡器的频率。由于充放电系数的变化仅影响频率的变化，相位还是连续的，因此，这种FSK振荡电路是一种相位连续的FSK振荡器。

本发明的有益效果是：本发明巧妙地利用了载频f1、载频f2、基带信号数据率CLOCK的N/N+1倍数关系，从而采用负反馈电路实现了过零点切换和相位连续切换，为FSK解调装置降低了要求。

附图说明

图1是FSK调制结果示意图；

图2是本发明的FSK调制装置的结构示意框图；

图3是负反馈机制产生的基带信号示意图；

图4是过零点电压比较器示意图；

图5是FSK相位连续振荡电路示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想就是在载频f1/f2与基带信号之间建立负反馈关系，使得载频f1/f2的零相位处产生取基带信号的时钟，而基带信号的跳变又控制载频f1/f2的切换，从而使基带信号跳变与载频f1/f2过零点之间建立死锁关系。这种负反馈式FSK过零点调制装置的具体实现方法如下：

步骤1：一种机制建立基带信号与载频f1/f2的负反馈关系。如图1所示，一种优秀的FSK调制装置必须使得载频f1/f2的切换发生在各自载频的零相位处，这样合并出的FSK信号是连续的、不会在载频f1/f2切换处发生相位突变，这种FSK调制信号对接收端FSK解调装置的要求会降低很多。如果一种FSK调制信号在切换处存在相位突变，由于无线传输信道是带宽受限的，因此接收端FSK信号在切换处会产生幅度和频率的损失，所以，FSK解调装置在解调之前需要复杂的电路或算法对这部分损失进行恢复和过滤处理，从而增加FSK解调装置的成本。本发明提出的负反馈机制如图2所示，代表基带信号的调制数据存放在存储器中，载频f1/f2由FSK振荡器产生，在FSK振荡器和存储器之间采用一个过零点电压比较器和一个N/N+1分频器，过零点电压比较器的作用是把正弦波形式的载频f1/f2在过零点处转换成方波，以便于后续数字电路的处理；N/N+1分频器产生恒速的取数据时钟CLOCK，CLOCK＝载频f1/(N+1)＝载频f2/N。取数据时钟CLOCK从存储器中恒速地取出基带信号Dataout，而基带信号Dataout的跳变又反过来控制载频f1/f2的产生。因此，基带信号Dataout与载频f1/f2之间存在负反馈关系。

步骤2：一种过零点电压比较器。如图3所示，该电压比较器在载频f1和载频f2的相位过零点处产生方波信号FSKin，即方波信号FSKin的电平跳变是在载频f1/f2的零相位处。方波信号FSKin作为N/N+1分频器的输入时钟信号，使得输出的恒速时钟CLOCK的跳变与方波信号FSKin的跳变同步，而基带信号Dataout的输出又与恒速时钟CLOCK的跳变同步。因此，该过零点电压比较器能控制基带信号Dataout的跳变发生在载频f1和载频f2的零相位。该过零点电压比较器的结构图如图4所示，LC组成的带通滤波器频带宽度为f2-f1，能有效滤除大部分干扰信号；零电压比较器在载频f1和载频f2的相位过零点处产生跳变；施密特触发器能有效滤除方波信号FSKin上的杂波，增强FSKin作为时钟信号的抗干扰能力。

步骤3：一种FSK相位连续振荡电路。采用多级电阻R和电容C组成的RC充放电电路控制两组三极管组成的乒乓式自激振荡器，通过改变电阻R的数值来改变RC电路的充放电系数，从而改变乒乓式自激振荡器的频率。由于充放电系数的变化仅影响频率的变化，相位还是连续的，因此，这种FSK振荡电路是一种相位连续的FSK振荡器。如图5所示，在电阻R1和R2各自并联一个模拟开关，由基带信号Dataout控制模拟开关K1/K2的打开与关闭。模拟开关K1/K2打开时，电阻R1/R2接入RC充放电电路，产生载频f1；模拟开关K1/K2闭合时，相当于把电阻R1/R2短路，振荡器产生载频f2。由于振荡器在载频f1和载频f2切换时，RC充放电回路的参数改变，不会对振荡信号产生相位突变，因此，FSK信号是相位连续的。