楊湲

摘要：為了分析調(diào)制系統(tǒng)效率與資源耗費(fèi)的矛盾問題，設(shè)計(jì)了兩種PPM調(diào)制系統(tǒng)，即系統(tǒng)A與系統(tǒng)B。系統(tǒng)A每次對(duì)兩位二進(jìn)制進(jìn)行PPM調(diào)制，即先對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，每次并行輸出兩位數(shù)據(jù)，將輸出的數(shù)據(jù)與時(shí)隙計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，相等時(shí)輸出一個(gè)脈沖。系統(tǒng)B則是對(duì)每位二進(jìn)制進(jìn)行獨(dú)立的PPM調(diào)制，即先進(jìn)行數(shù)值變換，用兩位二進(jìn)制代表一位數(shù)據(jù)信息，然后將轉(zhuǎn)換后的兩位二進(jìn)制與時(shí)隙值進(jìn)行比較，相等時(shí)輸出一個(gè)脈沖。從時(shí)序仿真、功耗與資源占用結(jié)果對(duì)比可得：在50 MHz的時(shí)鐘下，本設(shè)計(jì)的兩種調(diào)制系統(tǒng)均能對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行PPM調(diào)制，且系統(tǒng)B比系統(tǒng)A的總功耗少0.26 mW，總邏輯單元少占用95個(gè)，但效率下降50%。

關(guān)鍵詞：效率;資源占用;脈位調(diào)制;串并轉(zhuǎn)換;時(shí)隙值

中圖分類號(hào)：TN92文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-5383（2019）02-0038-05

Abstract：In order to analyze the contradiction between efficiency and resource consumption of modulation system， two kinds of PPM modulation systems， which are system A and system B， were designed in this paper. The System A carries out PPM modulation on two binaries at a time.That is to say， Firstly， the input data were performed serial to parallel converter and two bits of data were output in parallel each time， and the output data was compared with the time slot count value， and one pulse was output when they are equal. The System B carries out PPM modulation for each bit of binary， that is to say， Firstly， numerical transformation， which using two bits of binary representing a bit of data information， was performed， and then the two converted binary was compared with the time slot value，and then a pulse was output when they are equal. Through comparing the results of time series simulation， power consumption and resource occupancy， it can be concluded that the two modulation systems designed in this paper can achieve PPM modulation for the input data under the clock of 50 MHz， and for the system B， the total power consumption is 0.26 mw less and the total logic unit occupies 95 fewer than system A， but the efficiency decreases by 50%.

Keywords：efficiency; resource occupancy; PPM; serial/parallel conversion; time slot count value

為了提高通信質(zhì)量，通常在發(fā)射端對(duì)信號(hào)進(jìn)行脈位調(diào)制PPM[1-3]。尤其在光通信系統(tǒng)中，PPM調(diào)制平均功率較小，能夠較大程度降低發(fā)射端的功率，因此可在一定程度上提高光的利用率[1-3]。PPM調(diào)制其本質(zhì)是利用脈沖在時(shí)隙的位置來代表發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，本設(shè)計(jì)采用兩種方法來完成PPM調(diào)制，并對(duì)兩種調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了性能對(duì)比分析[1-4]。

1 PPM調(diào)制原理

待發(fā)送的數(shù)據(jù)是一系列串行數(shù)據(jù)，則可進(jìn)行組數(shù)劃分，若取n bit為一組，則對(duì)應(yīng)的時(shí)隙為2n個(gè)[1-3]。本設(shè)計(jì)以2位數(shù)據(jù)為一組進(jìn)行分析，其原理如圖1所示[1-3]。

當(dāng)數(shù)據(jù)為00時(shí)，則在時(shí)隙0上出現(xiàn)一個(gè)脈沖，當(dāng)數(shù)據(jù)為01時(shí)，則在時(shí)隙1上出現(xiàn)一個(gè)脈沖，當(dāng)數(shù)據(jù)為10時(shí)，則在時(shí)隙2上出現(xiàn)一個(gè)脈沖，當(dāng)數(shù)據(jù)為11時(shí)，則在時(shí)隙3上出現(xiàn)一個(gè)脈沖[1-3，5，6]。

本設(shè)計(jì)采用兩種方法來實(shí)現(xiàn)PPM調(diào)制，即調(diào)制系統(tǒng)A與調(diào)制系統(tǒng)B，其設(shè)計(jì)思想如下：

調(diào)制系統(tǒng)A：將待發(fā)送的數(shù)據(jù)每2位二進(jìn)制為一組進(jìn)行PPM調(diào)制[1-3]。其具體過程如下，先將串行輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，每2位為一組并行輸出，然后將并行輸出數(shù)據(jù)與時(shí)隙統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行比較，相等時(shí)輸出一個(gè)脈沖[1-3]。其本質(zhì)是用一個(gè)時(shí)隙位置來表示兩位數(shù)據(jù)信息[1-3]。

調(diào)制系統(tǒng)B：對(duì)每位二進(jìn)制進(jìn)行獨(dú)立地PPM調(diào)制，則在此設(shè)計(jì)中無需串并轉(zhuǎn)換模塊，但為了比較系統(tǒng)A與系統(tǒng)B，保證相同的時(shí)隙模值，需先將串行輸入的每一位數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，用2位二進(jìn)制表示（如0對(duì)應(yīng)00，1對(duì)應(yīng)10），然后再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)與時(shí)隙值進(jìn)行比較，相等時(shí)輸出一個(gè)脈沖[1-3]。即每位信息用一個(gè)時(shí)隙位置表示[1-3]。

2 PPM調(diào)制硬件電路

2.1 PPM調(diào)制系統(tǒng)A

圖2是PPM調(diào)制系統(tǒng)A的頂層硬件電路，該電路由4個(gè)模塊組成，分別是分頻器（fenpinqi），串并轉(zhuǎn)換器（sczh），計(jì)數(shù)器（jishuqi）、比較器（bijiaoqi）[1-3]。分頻器的功能是對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行二分頻，串并轉(zhuǎn)換器的功能是在分頻時(shí)鐘的作用下將datain輸入的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行2位為一組并行輸出，其具體實(shí)現(xiàn)過程為：串并轉(zhuǎn)換采用移位寄存器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)移出兩位時(shí)，在時(shí)鐘的控制下，并行輸出[1-3，7，8]。計(jì)數(shù)器的作用是對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，其模為3，即時(shí)隙最大值為3[1-3，7，8]。比較器的作用是將并行輸出的每組數(shù)據(jù)與時(shí)隙計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，相等時(shí)便輸出一個(gè)脈沖[1-3，7，8]。

2.2 PPM調(diào)制系統(tǒng)B

圖3是PPM調(diào)制系統(tǒng)B的頂層硬件電路，該電路由3個(gè)模塊組成，分別是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（sjzh），計(jì)數(shù)器（jishuqi）、比較器（bijiaoqi）[1-3，9，10]。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的功能是將每一位串行數(shù)據(jù)變化成兩位數(shù)據(jù)（0對(duì)應(yīng)00，1對(duì)應(yīng)10）[1-3，9，10]。計(jì)數(shù)器的作用是對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，其模為3，即時(shí)隙最大值為3[1-3，9，11]。比較器的作用是將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)與時(shí)隙計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，相等時(shí)便輸出一個(gè)脈沖[1-3，9，11]。

3 PPM調(diào)制仿真結(jié)果及分析

3.1 PPM調(diào)制系統(tǒng)A的仿真結(jié)果與分析

圖4是PPM調(diào)制系統(tǒng)A的仿真結(jié)果，在此圖中，clr，clr1是清零信號(hào)，clk為50 MHz時(shí)鐘信號(hào)，datain是輸入的待調(diào)制信號(hào)，Q是并行輸出的2位二進(jìn)制，jishuzhi是時(shí)隙計(jì)數(shù)值，當(dāng)datain取值為0010111001...時(shí)，并行輸出的Q值有一定的延時(shí)，Q值分別為0，2，3，2，1，...。然后將Q值與jishuzhi比較，相等時(shí)輸出一個(gè)脈沖，從仿真結(jié)果可以看出，由于門級(jí)電路的影響，調(diào)制輸出信號(hào)（tiaozhi）有一定的延時(shí)，但也能實(shí)現(xiàn)對(duì)datain的PPM調(diào)制[1-3，5，6]。

圖6是PPM調(diào)制系統(tǒng)A的資源占用圖，組合邏輯占用95個(gè)，邏輯單元共占用99個(gè)[1-3，5，6]。其中，串并轉(zhuǎn)換功能采用移位寄存器實(shí)現(xiàn)，占用了大部分邏輯資源[1-3，5，6]。

3.2 PPM調(diào)制系統(tǒng)B仿真結(jié)果與分析

圖7是PPM調(diào)制系統(tǒng)B的仿真結(jié)果，在此圖中，clr是清零信號(hào)，clk是50 MHz時(shí)鐘信號(hào)，inn是輸入的待調(diào)制信號(hào)，outt是每一位輸入數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換值，jishuzhi是時(shí)隙計(jì)數(shù)值，當(dāng)inn取值為1010...時(shí)，outt有一定的延時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別是2，0，2，0...，然后將outt的值與jishuzhi進(jìn)行比較，相等時(shí)輸出一個(gè)脈沖，從仿真結(jié)果可以看出，由于門級(jí)電路的影響，調(diào)制輸出信號(hào)（tiaozhi）有一定的延時(shí)，但也能實(shí)現(xiàn)對(duì)inn的PPM調(diào)制（tiaozhi）[1-3，5，6，9，11]。

5 結(jié)論

綜上兩種仿真、功耗、資源占用結(jié)果，可歸納得到性能比較如表1所示，。

從表1可以看出，主要由于系統(tǒng)A的串并轉(zhuǎn)換功能采用移位寄存器實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)A比系統(tǒng)B的

總功耗多0.26 mW，總邏輯單元多占用95個(gè)，但對(duì)于系統(tǒng)A來說，4個(gè)時(shí)隙內(nèi)能夠反映2位二進(jìn)制信息，而系統(tǒng)B在4個(gè)時(shí)隙內(nèi)，只能反映1位二進(jìn)制信息，所以系統(tǒng)A的效率是系統(tǒng)B的兩倍[1-3，11]。因此調(diào)制系統(tǒng)A與系統(tǒng)B各有優(yōu)劣，在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，若著重考慮效率，則可以選用系統(tǒng)A，若對(duì)效率要求不高，為了能夠擴(kuò)充更多的外圍電路，減少資源占用，則可選擇系統(tǒng)B[1-3，11]。當(dāng)然在后續(xù)的工作中會(huì)繼續(xù)優(yōu)化本文設(shè)計(jì)，如把兩種調(diào)制系統(tǒng)應(yīng)用在實(shí)際通信中，通過觀察這兩個(gè)調(diào)制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的接收端的相關(guān)參數(shù)，以此來增強(qiáng)他們的對(duì)比性。

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