頻移鍵控原理

頻移鍵控(FSK)頻移鍵控(FSK)是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式，它的主要優(yōu)點是：實現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好，因此在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用。頻移鍵控是利用兩個不同頻率F1和F2的振蕩源來代表信號1和0,其波形如圖D-3所示，用數(shù)字信號的1和0去控制兩個獨立的振蕩源交替輸出。對二進制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為B=2xF+2Fb,xF是二進制基帶信號的帶寬也是FSK信號的最大頻偏，由于數(shù)字信號的帶寬即Fb值大，所以二進制頻移鍵控的信號帶寬B較大，頻帶利用率小。㈣圖號舟2FSK信號的產(chǎn)生原理框謝閭視擬調(diào)融(b邈控袪

二進制FSK信號的常用解調(diào)方法可采用非相干檢測法和相干檢測法，其中抽樣判決器是判定那一個輸入樣值大，此時可以不專門設置門限電平。此外，2FSK信號還有其他解調(diào)方法，比如鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等。FSK的一種應用:來電顯示的信息傳輸方式有2種：FSK和DTMF。FSK方式與DTMF方式相比有如下的優(yōu)點：（I）數(shù)據(jù)傳輸速率高，在規(guī)定時間內(nèi)能傳的字符數(shù)多；（2）FSK方式支持ASCII字符集，而DTMF方式只支持數(shù)字及少數(shù)字符。目前采用FSK方式的國家和地區(qū)有：美國、中國、日本、英國、加拿大、比利時、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要則是以瑞典為代表的一些歐洲國家等。FSK是二進制信號的頻移鍵控的英文縮寫，它是指傳號（指發(fā)送"1"）時發(fā)送某一頻率正弦波，而空號（指發(fā)送"0"）時發(fā)送另一頻率正弦波。根據(jù)Bell202的建議，來電顯示的數(shù)據(jù)傳送采用連續(xù)相位的二進制頻移鍵控，比特率是1200bps,而"1'對應的頻率是1200Hz,"0"對應的頻率是2200Hz。二進制頻移鍵控調(diào)制（2FSK）數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），二進制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號便是符號“T對應于載頻d而符號“0”對應于載頻N（與兀不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且了】與N之間的改變是瞬間完成的。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。2FSK鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關電

路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。鍵控法的特點是轉換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應用廣泛。2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例如圖所示。圖中s（t）為代表信息的二進制矩形脈沖序列，心即是2FSK信號。]0 0I啲 f1f2f2fl/%2F55艮信號產(chǎn)生方法及湮形示例根據(jù)以上2FSK信號的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號的數(shù)字表達式可以表示為旬&）=呻兀以呼+假）+琲）匚以型才+2）其中，s（t）為單極性非歸零矩形脈沖序啲坊）列1,概率為F0?概率為（1-丹=1；若比=1,則耳為對s（t）=1；若比=1,則耳比是[[image:bk063764w-11.gif]的反碼,即若叫=0,則比=0,于是=0,于是o?概率為尸1,概率為。一巧2FSK信號的功率譜為PAf）=豊図/［肌/+貳處］+朋曲（7-辦加］+曲血產(chǎn)+花）場］+曲w托）爲］｝+丄［飢/+齊）+機/一齊）+鳳f+玄）+葉玄）］16其功率譜曲線如圖所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。其中，連續(xù)譜由兩個雙邊譜疊加而成，而離散譜出現(xiàn)在兩個載頻位置上，這表明2FSK信號中含有載波負、）的分量。數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。相干解調(diào)2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干的包絡檢測，但需要插入兩個相干載波電路較為復雜。包絡檢測無需相干載波，因而電路較為簡單。當輸入信號的信噪比r很大時，兩者的相對差別不很明顯。一般而言，大信噪比時常用包絡檢測法，小信噪比時才用相干解調(diào)法。二進制頻移鍵控調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK）,二進制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號便是符號“T對應于載頻了1,而符號“0”對應于載頻兀（與了1不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且了】與晁之間的改變是瞬間完成的。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。2FSK鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。鍵控法的特點是轉換速度快、波形好、穩(wěn)定

度高且易于實現(xiàn)，故應用廣泛。2FSK信號的產(chǎn)生方法及波形示例如圖5-7所示。圖中s（t）為代表信息的二進制矩形脈沖序列，心即是2FSK信號。nnnn；ftf2f2fl根據(jù)以上2FSK信號的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號的數(shù)字表達式可以表示為= + +兔）（5_1）其中，s（t）為單極性非歸零矩形脈沖序列(5-2)概率為尸概率為概率為尸概率為（1一卩）（5-3）g（t）是持續(xù)時間為爲、高度為1的門函數(shù)；叫）為對s（t）逐碼元取反而形成的脈沖序列，即謝=2＞臨（才-用坊）（5-4）爲是比的反碼，即若比=0，則瓦=1；若比=1，則耳=0，于是_也概率為尸話［1,概率為〔1-戸）（5_5）他'氏分別是第n個信號碼元的初相位。一般說來，鍵控法得到的評護氏與序號n無關，反映在弘⑷上，僅表現(xiàn)出當呵與叱改變時其相位是不連續(xù)的；

而用模擬調(diào)頻法時，由于馬與吒改變時溝⑷的相位是連續(xù)的，故評護気不僅與第n個信號碼元有關，而且常滬耳之間也應保持一定的關系。由式（5-1）可以看出，一個2FSK信號可視為兩路2ASK信號的合成，其中一路以s（t）為基帶信號、5為載頻，另一路以五為基帶信號、％為載頻。下圖給出的是用鍵控法實現(xiàn)2FSK信號的電路框圖，兩個獨立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進制信號，按“T或“0”分別選擇一個載波作為輸出。1fl振落器—>1fl振落器—>選運開關E振瑟器->選通幵關s(t)I05-S數(shù)字建控法實現(xiàn)2FSIC倍號的電路框圖2FSK信號的解調(diào)數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。包絡檢波法包絡檢波法可視為由兩路2ASK解調(diào)電路組成。這里，兩個帶通濾波器（帶寬相同，皆為相應的2ASK信號帶寬；中心頻率不同，分別為（入晁）起分路作用，用以分開兩路2ASK信號，上支路對應卩也）=呦匚以吋+濟），下支路對應旳⑷=理）沁（呼+%），經(jīng)包絡檢測后分別取出它們的包絡s（t）及琲）；抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡信號同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。若上、下支路s（t）及亟的抽樣值分別用嚀表示，則抽樣判決器的判決準則為

皿）廠2FSK中匕頗率爲「半濁全>半液全波整流*皿）廠2FSK中匕頗率爲「半濁全>半液全波整流*ABfFFx解調(diào)器抽樣吋個定時脈沖圖22FSK信號包絡檢波方框圖相干檢測法相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖5-10所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值嚀巾進行比較判決（判決規(guī)則同于包絡檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。解周器解周器圖32FSK同步檢測方框圖過零檢測法單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)可以得到關于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。過零檢測法方框圖及各點波形如圖4所示。2FSK輸入信號經(jīng)放大限幅后產(chǎn)生矩形脈沖序列，經(jīng)微分及全波整流形成與頻率變化相應的尖脈沖序列，這個序列就代表著調(diào)頻波的過零點。尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器，變換成具有一定寬度的矩形波，該矩形波的直流分量便代表著信號的頻率，脈沖越密，直流分量越大，反映著輸入信號的頻率越高。經(jīng)低通濾波器就可得到脈沖波的直流分量。這樣就完成了頻率一幅度變換，從而再根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“T和“0”。aWVVVVWVVhFWUK^UWULC-屮卄