第二章2課FSK調(diào)制和解調(diào)PPT課件.ppt

1、2.1.3 恒包絡(luò)調(diào)制 恒包絡(luò)調(diào)制 恒包絡(luò)調(diào)制主要有FSK、MSK、TFM(平滑調(diào)頻)、GMSK等，其中以GMSK為典型代表， GMSK也是GSM系統(tǒng)所采用的調(diào)制方式。恒包絡(luò)調(diào)制主要特點(diǎn)是已調(diào)信號的包絡(luò)幅度保持不變，其發(fā)射功率放大器可以在非線性狀態(tài)而不引起嚴(yán)重的頻譜擴(kuò)散，此外，這一類調(diào)制方式可用于非同步檢測。其缺點(diǎn)是頻帶利用率較低，一般不超過1(bit/s)/Hz。 數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控，簡記FSK,二進(jìn)制頻移鍵控記作2FSK。 FSK調(diào)制信號產(chǎn)生的工作原理是用載波的頻率變化來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。由于數(shù)字消息只有有限個(gè)取值，相應(yīng)地，作為己調(diào)的FSK信號的頻率也

2、只能有有限個(gè)取值。那么，2FSK信號便是符號”1”(傳號)對應(yīng)于載頻f1,符號”0”(空號)對應(yīng)于載頻f2來實(shí)現(xiàn)。 1、數(shù)字頻移鍵控調(diào)制（FSK）技術(shù)的基本原理數(shù)字頻率調(diào)制是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實(shí)現(xiàn)，抗噪聲和抗衰減性能較強(qiáng)，因此在中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國際電報(bào)和電話咨詢委員會(huì)（ITU-T）的建議，傳輸速率為1200波特以下的設(shè)備一般采用FSK方式傳輸數(shù)據(jù)。在衰落信道（短波通信）中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，它也被廣泛應(yīng)用。 用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號去控制正弦載波的頻率，稱為2FSK。二進(jìn)制符號的狀態(tài)有兩種：“1”和“0”，其對應(yīng)的載波頻率可分別設(shè)為

3、f1和f2。則2FSK的時(shí)域表達(dá)式為 。 設(shè)初相為2、2FSK（二進(jìn)制移頻鍵控） 其相應(yīng)的波形如圖所示。 圖 2FSK波形示意圖 對于2FSK的波形圖，其相位可以是不連續(xù)的也可以是連續(xù)的，所謂相位連續(xù)是指不僅在一個(gè)碼元持續(xù)期間相位連續(xù)，而且在從碼元an-1到an轉(zhuǎn)換的時(shí)刻nTb，兩個(gè)碼元的相位也相等。一般通過開關(guān)切換的方法產(chǎn)生相位不連續(xù)的2FSK信號，而通過調(diào)頻的方法產(chǎn)生相位連續(xù)的2FSK信號(CPFSK)。 相位不連續(xù)的2FSK信號與CPFSK信號的功率譜特性有很大區(qū)別，如圖所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，在相同的調(diào)制指數(shù)h情況下，CPFSK的帶寬要比一般的2FSK帶寬要窄。這意味著前者的頻帶效率要高于后者

4、，所以移動(dòng)通信系統(tǒng)中2FSK調(diào)制常采用相位連續(xù)的調(diào)制方式。此外，隨著調(diào)制指數(shù)h的增加，信號的帶寬也在增加。從頻帶效率考慮，調(diào)制指數(shù)h不宜太大。但過小又因兩個(gè)信號頻率過于接近而不利于信號的檢測。所以應(yīng)當(dāng)從它們的相關(guān)系數(shù)以及信號的帶寬綜合考慮。 圖2FSK信號的功率譜 2.1 FSK調(diào)制信號的產(chǎn)生 注意到相鄰兩個(gè)振蕩器波形的相位可能是連續(xù)的，也可能是不連續(xù)的，因此有相位連續(xù)的FSK及相位不連續(xù)的FSK之分。并分別記作: CPFSK(Continuous Phase FSK) DPFSK(Discrete Phase FSK)。 二進(jìn)制移頻鍵控是用兩個(gè)不同頻率的正弦波分別代表二進(jìn)制數(shù)字符號“1”(傳

5、號)或“0”(空號)來傳遞信息的。 因此，實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率調(diào)制的方法很多，總括起來有兩類。直接調(diào)頻法移頻（頻率）鍵控法。振蕩器1振蕩器2數(shù)字基帶信號+相加器FSK調(diào)制信號2.2 相位不連續(xù)DPFSK信號的產(chǎn)生)產(chǎn)生載頻f1產(chǎn)生載頻f2兩個(gè)載頻的頻率分別由兩個(gè)不同頻率的獨(dú)立振蕩器提供,即：載波信號的輸出受電子開關(guān)，即門電路的控制。門1門2電子開關(guān)電子開關(guān)的開啟與關(guān)閉受數(shù)字基帶信號的控制。 當(dāng)數(shù)字基帶信號為“0”時(shí)，門1關(guān)閉。門2打開，輸出頻率為f2的信號。 當(dāng)數(shù)字基帶信號為“1”時(shí)，門2關(guān)閉。門1打開，輸出頻率為f1的信號。載波信號經(jīng)相加器處理后，輸出FSK信號?？梢姡漭d波的頻率受數(shù)字基帶信號的控

6、制，從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。 由于在兩個(gè)碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，它們之間前后碼元的相位互不相關(guān)，即相位不連續(xù)，這就叫相位離散的數(shù)字調(diào)頻信號,記作DPFSK。門電路的輸出信號分別送至相加器的輸入端。2.3 相位連續(xù)CPFSK信號的產(chǎn)生)兩個(gè)載頻分別由同一個(gè)頻率的獨(dú)立振蕩器，經(jīng)不同的分頻器后產(chǎn)生,即：數(shù)字基帶信號+相加器FSK調(diào)制信號門1門2電子開關(guān)晶振器二分頻器四分頻器產(chǎn)生載頻f1產(chǎn)生載頻f2載波信號的輸出受電子開關(guān)，即門電路的控制。電子開關(guān)的開啟與關(guān)閉受數(shù)字基帶信號的控制。 當(dāng)數(shù)字基帶信號為“1”時(shí)，門2關(guān)閉。門1打開，輸出頻率為f1的信號。 當(dāng)數(shù)字基帶信號為“0”時(shí)，門1關(guān)閉。門2打開，輸出頻率為f2的信號

7、。門電路的輸出信號分別送至相加器的輸入端。載波信號經(jīng)相加器處理后，輸出FSK信號?？梢?，其載波的頻率受數(shù)字基帶信號的控制，從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。由于兩個(gè)載波頻率由同一振蕩信號源提供，只是對其中一個(gè)載頻進(jìn)行分頻，這樣產(chǎn)生的兩個(gè)載頻就是相位連續(xù)的數(shù)字調(diào)頻信號,記作CPFSK.2.4 2FSK實(shí)驗(yàn)電路組成與工作原理載波信號164KHZDDSSIN載波信號2128KHZDDSSIN數(shù)字基帶信號NRZ鎖相高頻源（1）、FSK信號的產(chǎn)生模擬開關(guān)相加器電路原理框圖如下：2FSK/OUTSIN128SIN64NRZ/OUT由圖可知，從“FSK基帶輸入”輸入的基帶信號分成兩路，一路經(jīng)U05反相后接至U06B的控制端

8、，另一路直接接至U06A的控制端。從“FSK載波輸入1”和“FSK載波輸入2”輸入的載波信號分別接至U06A和U06B的輸入端。當(dāng)基帶信號為“1”時(shí)，模擬開關(guān)U06A打開，U06B關(guān)閉，輸出第一路載波；當(dāng)基帶信號為“0”時(shí)，U06A關(guān)閉，U06B打開，此時(shí)輸出第二路載波，再通過相加器就可以得到2FSK調(diào)制信號。（2） FSK調(diào)制器（發(fā)送部分）2FSK信號的產(chǎn)生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法； （2）載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號為兩個(gè)彼此獨(dú)立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進(jìn)制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換（或）時(shí)刻，2FSK信號的相位通常是不連續(xù)的，這會(huì)不利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)

9、頻法是在一個(gè)直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號，這時(shí)的已調(diào)信號出自同一個(gè)振蕩器，信號相位在載頻變化時(shí)始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬內(nèi)。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，我們采用的是頻率選擇法，其調(diào)制原理框圖如圖所示：載波信號164KHZDDSSIN載波信號2128KHZDDSSIN數(shù)字基帶信號1NRZ鎖相高頻源電子開關(guān)MC4053在NRZ信號的控制下產(chǎn)生信號。2.5 調(diào)制和解調(diào)方式a.非相干（包絡(luò)）解調(diào)法用兩個(gè)窄帶的分路濾波器分別濾出中心頻率為f1和f2的高頻脈沖，經(jīng)包絡(luò)檢波后分別取出它們的包絡(luò) ，再把兩路輸出同時(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。設(shè)頻率f1代表數(shù)字信號“1”， f2代表數(shù)字信號“0”，則抽樣判決器的判決準(zhǔn)則應(yīng)為 V1V2 即V1V20,判為1 V1V2即V1V20,判為0其中， V1、V2分別為抽樣時(shí)刻兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出值。這里，抽樣判決器要比較V1 、V2的大小，或者說把差值V1V2與零電平比較，因此，