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(diǎn)是：實(shí)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(yīng)用。頻移鍵控是利用兩個(gè)不同頻率F1和F2的振蕩源來代表信號(hào)1和0,其波形如圖D-3所示，用數(shù)字信號(hào)的1和0去控制兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源交替輸出。對二進(jìn)制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為B=2xF+2Fb,xF是二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬也是FSK信號(hào)的最大頻偏，由于數(shù)字信號(hào)的帶寬即Fb值大，所以二進(jìn)制頻移鍵控的信號(hào)帶寬B較大，頻帶利用率小。㈣圖號(hào)舟2FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框謝閭視擬調(diào)融(b邈控袪

二進(jìn)制FSK信號(hào)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(gè)輸入樣值大，此時(shí)可以不專門設(shè)置門限電平。此外，2FSK信號(hào)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(yīng)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(diǎn)：（I）數(shù)據(jù)傳輸速率高，在規(guī)定時(shí)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?jǐn)?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(shí)、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要?jiǎng)t是以瑞典為代表的一些歐洲國家等。FSK是二進(jìn)制信號(hào)的頻移鍵控的英文縮寫，它是指傳號(hào)（指發(fā)送"1"）時(shí)發(fā)送某一頻率正弦波，而空號(hào)（指發(fā)送"0"）時(shí)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(jìn)制頻移鍵控，比特率是1200bps,而"1'對應(yīng)的頻率是1200Hz,"0"對應(yīng)的頻率是2200Hz。二進(jìn)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(jìn)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(hào)便是符號(hào)“T對應(yīng)于載頻d而符號(hào)“0”對應(yīng)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(shí)現(xiàn)，也可用鍵控法來實(shí)現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個(gè)矩形脈沖序列對一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實(shí)現(xiàn)方法。2FSK鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電

路對兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實(shí)現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛。2FSK信號(hào)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(jìn)制矩形脈沖序列，心即是2FSK信號(hào)。]0 0I啲 f1f2f2fl/%2F55艮信號(hào)產(chǎn)生方法及湮形示例根據(jù)以上2FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)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(hào)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(wèi)］｝+丄［飢/+齊）+機(jī)/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(gè)雙邊譜疊加而成，而離散譜出現(xiàn)在兩個(gè)載頻位置上，這表明2FSK信號(hào)中含有載波負(fù)、）的分量。數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡(luò)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(luò)檢測，但需要插入兩個(gè)相干載波電路較為復(fù)雜。包絡(luò)檢測無需相干載波，因而電路較為簡單。當(dāng)輸入信號(hào)的信噪比r很大時(shí)，兩者的相對差別不很明顯。一般而言，大信噪比時(shí)常用包絡(luò)檢測法，小信噪比時(shí)才用相干解調(diào)法。二進(jìn)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(jìn)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(hào)便是符號(hào)“T對應(yīng)于載頻了1,而符號(hào)“0”對應(yīng)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(shí)現(xiàn)，也可用鍵控法來實(shí)現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個(gè)矩形脈沖序列對一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實(shí)現(xiàn)方法。2FSK鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定

度高且易于實(shí)現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛。2FSK信號(hào)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(jìn)制矩形脈沖序列，心即是2FSK信號(hào)。nnnn；ftf2f2fl根據(jù)以上2FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)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(shí)間為爲(wèi)、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(wèi)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(gè)信號(hào)碼元的初相位。一般說來，鍵控法得到的評護(hù)氏與序號(hào)n無關(guān)，反映在弘⑷上，僅表現(xiàn)出當(dāng)呵與叱改變時(shí)其相位是不連續(xù)的；

而用模擬調(diào)頻法時(shí)，由于馬與吒改變時(shí)溝⑷的相位是連續(xù)的，故評護(hù)気不僅與第n個(gè)信號(hào)碼元有關(guān)，而且常滬耳之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系。由式（5-1）可以看出，一個(gè)2FSK信號(hào)可視為兩路2ASK信號(hào)的合成，其中一路以s（t）為基帶信號(hào)、5為載頻，另一路以五為基帶信號(hào)、％為載頻。下圖給出的是用鍵控法實(shí)現(xiàn)2FSK信號(hào)的電路框圖，兩個(gè)獨(dú)立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進(jìn)制信號(hào)，按“T或“0”分別選擇一個(gè)載波作為輸出。1fl振落器—>1fl振落器—>選運(yùn)開關(guān)E振瑟器->選通幵關(guān)s(t)I05-S數(shù)字建控法實(shí)現(xiàn)2FSIC倍號(hào)的電路框圖2FSK信號(hào)的解調(diào)數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡(luò)檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法可視為由兩路2ASK解調(diào)電路組成。這里，兩個(gè)帶通濾波器（帶寬相同，皆為相應(yīng)的2ASK信號(hào)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(hào)，上支路對應(yīng)卩也）=呦匚以吋+濟(jì)），下支路對應(yīng)旳⑷=理）沁（呼+%），經(jīng)包絡(luò)檢測后分別取出它們的包絡(luò)s（t）及琲）；抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡(luò)信號(hào)同時(shí)送到抽樣判決器進(jìn)行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號(hào)。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(zhǔn)則為

皿）廠2FSK中匕頗率爲(wèi)「半濁全>半液全波整流*皿）廠2FSK中匕頗率爲(wèi)「半濁全>半液全波整流*ABfFFx解調(diào)器抽樣吋個(gè)定時(shí)脈沖圖22FSK信號(hào)包絡(luò)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(gè)帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)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(hào)，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號(hào)，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時(shí)對兩個(gè)低頻信號(hào)的抽樣值嚀巾進(jìn)行比較判決（判決規(guī)則同于包絡(luò)檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號(hào)。解周器解周器圖32FSK同步檢測方框圖過零檢測法單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)經(jīng)過零點(diǎn)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(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)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(diǎn)波形如圖4所示。2FSK輸入信號(hào)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(yīng)的尖脈沖序列，這個(gè)序列就代表著調(diào)頻波的過零點(diǎn)。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(hào)的頻率，脈沖越密，直流分量越大，反映著輸入信號(hào)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(hào)“T和“0”。aWVVVVWVVhFWUK^UWULC-屮卄