【文章內容簡介】 0 1 12 ()P SK te 9 ( ) ( )nsns t a g t nT??? （ 214） ()gt 是脈沖寬度為 sT 的矩形脈沖， na 是一個統(tǒng)計量，統(tǒng)計特性如下： 1P1 1 Pna????????概 率 為概 率 為 （ 215） 如式 215 所示，發(fā)送二進制 0 時， na 取 +1， 2 ()PSKet取相位為 0；當發(fā)送二進制 1時， na 取 1， 2 ()PSKet取相位為 π ，這種二進制的相位調制方法稱為絕對相移調制法，與之相對的還有差分相位調制法 （ 2DPSK） 。 圖 28 2SPSK 波形圖 二進制差分相移調制法（ 2DPSK）并不是把二進制的 0、 1 對應于固定的相位，而是根據輸入的基帶信號，轉化為差分碼控制載波信號，實現調制， 2DPSK 調制的波形如圖 28 所示。 具體的 2DPSK 理論在此不做詳細的敘述 ，可參見相關書籍 。 數字相位鍵控解調 2PSK 的 解調通常采用相干解調的方法，解調器的原理框圖見圖 29(a)。 圖 29(a) 2PSK 相干解調系統(tǒng) 圖 29(a)各點的波形如圖 29(b)所示 . t01 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 t01 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0相 對 碼絕 對 碼 t02 ()D P SK te帶 通 濾 波 器 低 通 濾 波 器 抽 樣 判 決 器相 乘 器BA CD 輸 出2 ()P SKet定 時 脈 沖si n( )c t?E 10 圖 29(b) 2PSK 相干解調 雖然 2PSK 可以物理實現，但是，由于載波恢復過程中可能存在 π 相位的模糊，也即恢復的本地載波與所需要的相干載波可能并不同相而是反向 。 那么，這種可能性的存在可能使得接收端解調的信號與實際所傳送的信號恰恰相反，使得判決器的輸出信號全部出錯，也正是由于這種問題的存在，使得 2PSK 很少被使用， 2DPSK 也正是為了解決這一問題而產生的，在此，不對 2DPSK 作以解釋。 數字相位鍵控性能 前邊已經提及了 2PSK 的相位模糊問題，這 是 2PSK 調制 的主要缺點， 2PSK 的誤碼率如下，設 (0)P = (1)P =1/2，則： 0010( 0 / 1 ) (1 ) (1 / 0 ) ( 0 )1[ ( 0 / 1 ) (1 / 0 ) ]21( ( ) ( ) )21()2eP P P P PPPf x d x f x d xe rfc r????????????? （ 216） 式中， r 與 2ASK 的相同， 222Ar ?? t0A 點 t0E 點 t0B 點 t0C 點 t0D 點1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 11 數字頻率鍵控 數字調頻（ FSK）是本篇論文中所研究的調制技術，它是數字基帶信號調制載波頻率的一種數字調制技術，可分為 2FSK 和 MFSK 兩大類。 數字 頻率鍵控原理 1） 基本原理 2FSK 的調制可以表述如下： 2 1 212( ) c os ( ) ( ) c os ( )[ ( ) ] c os ( ) [ ( ) ] c os ( )FS Knnbbnns s t t s t ta g t nT t a g t nT t??????? ? ? ??? （ 217） 在式 217 中， ( ) ( )nbnt a g t nTs ???， bT 為 ()gt ，它的幅度為 1， na 是 na 的反碼，且 有： P1P11na????????出 現 概 率 為出 現 概 率 為 （ 218） P1P11na????????出 現 概 率 為出 現 概 率 為 （ 219） 2122= 1 = 0 c o s( )= 0 = 1 c o s( )F S KF S Knnnntta a sa a s???????????當當時 ， ， 時 ， ， （ 220） 如上述式 217 所示，它是利用數字基帶信號對載波的頻率參數進行調制，實現載波的頻率隨著數字基帶信號的變化而變化， 從信息論的角度來說，這本質上是一種映射，即將數字基帶信號的 0、 1 映射成為與之對應的頻率信息。 2） 2FSK 信號的實現 2FSK 的實現方法很多，有開關鍵控、數字門電路和直接數字調頻法產生 2FSK 信號。 （ 1）開關鍵控法實現的 2FSK 調制原理框圖如圖 210 所示 ： 當 S(t)=0 時，開關S 處于 1 位置，輸出為 21cos( )FSK ts ?? ；當 S(t)=1 時，開關位置處于 2，輸出為22cos( )FSK ts ?? ，這就實現了 2FSK 的調制。 12 圖 210 開 關鍵控法框圖 （ 2）門電路實現的 2FSK 調制原理框圖如圖 211 所示 ： 當 S(t)=0 時，門電路 1接通，輸出為 21cos( )FSK ts ?? ； 當 S(t)=1 時，門電路 2 接通，輸出為 22cos( )FSK ts ?? ，這就實現了 2FSK 的調制。 （ 3）直接數字調頻是利用變容二極管和振蕩器實現載波的頻率變化，原理圖如圖 212 所示。用數字基帶信號 S(t)控制壓控振蕩器的振蕩頻率，進而產生二進制的數字調頻信 號，變容二極管的電容受到基帶信號的控制，從而控制諧振電路的諧振頻率 ，諧 圖 211 門電路實現的 2FSK 框圖 圖 212 直接數字調頻系統(tǒng) 振頻率為112 LCf ?? ， C 為等效電容，可表示為 2 12jjCC CCCC ??? ，加在變容二極F 1 頻 率 源1c os wtF 2 頻 率 源2c os wt()ty12F 1 頻 率 源F 2 頻 率 源+1c os wt2c os wt()ts 2 ()FSK ts反 相 器振 蕩 器 2振 蕩 器 1 ()ts()ts() 1c os( )ts t?2() c os( )t ts ?E +S ( t )TV 2C1 jC1L CCV 13 管上的反向偏置電壓為 ()j ccV V Ets? ? ?。 2FSK 的時域波形圖如下圖 213 所示 ： 圖 213 2FSK 時域波形 數字頻率鍵控解調 對于 2FSK 的解調，也分為相干解調和非相 干解調兩種，圖 214 給出了相干解調的原理框圖 。 在圖中，接收的信號經過并聯(lián)的兩路帶通濾波器 （通帶不同） 的濾波，然后經過與本地相干載波相乘，通過低通濾波器濾去高頻分量，進行抽樣判決，實現解調。值得說明的是，判決準則是比較兩路信號的包絡值的大小， 哪 個包絡較大，則判決為哪路信號，相干載波的載波信號必須要從接收的信號中提取，并且和信號碼元要保持同頻同相， 因為 要求的 苛刻和 復雜性 ， 也就使得系統(tǒng)較為復雜 ，設計和研究成本增加 。 圖 214 2FSK 解調框圖 2FSK 信號的非相干解調方法很多，它們都沒有 利用信號的相位信息。以下將對包絡檢波法和過零檢測法作以說明。對于包絡檢波法，其判決準則也是比較兩個支路的信ttttttt1 1 0 0 1 0 0()St()St1c os( )t?2c os( )t?1( ) c o s( )s t t?2( ) c os( )s t t?2 ()F SK te帶 通 濾 波 器 1L B P 1帶 通 濾 波 器 2L B P n抽 樣 判 決f2f 1c os wtc os nwt()ty1 ()ty 2 ()ty輸 出定 時 脈 沖1 ()Vt2 ()Vt 14 號的包絡大小，這與相干解調中的判決準則相同，圖 215 圖給出了 2FSK 通過包絡檢波法實現的系統(tǒng)框圖。對于過零檢測法來說，接收到的信號通過帶同濾波器后，被放大，限幅，從而得到矩形的脈沖序列，然后對其進行微分和整流，變成一系列的窄脈沖，位置則正好對應于原信號的過零點，再把這些窄脈沖變換成較寬的矩形脈沖，以增大其直流分量，最后通過低通濾波器，提取出直流分量。頻率的不同必然導致直流分量的大小不同，且一定意義上， 直流分量與載波頻率成正比，從而解調出所發(fā)送的信號，解調的框圖如圖 216 所示，圖 217 中給出了各點信號的波形。 圖 215 2FSK 的包絡檢波法框圖 圖 216 2FSK 的過零檢測法框圖 圖 217 2FSK 的過零檢測法波形 有關過零檢測法的注意事項： （ 1）系統(tǒng)中的限幅器不能取消，否則 C 點處的脈沖個數將得不到了； 放 大 限 幅 電 路 微 分 電 路 整 流 電 路 脈 沖 形 成 電 路 低 通 濾 波A B C D E F2 F S K1 1 1 0 0 0 1 10 0 0tttttttA 點B 點C 點D 點E 點F 點帶 通 濾 波 器 1L B P 1帶 通 濾 波 器 2L B P n抽 樣 判 決f2f()ty輸 出定 時 脈 沖1 ()Vt2 ()Vt 15 （ 2）脈沖形成器為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可用數字電路 555 來實現，目的是對 D 點的波形實現整形，由雙極性變?yōu)閱螛O性，從而能準確的檢測出直流的高 低電平，提高準確度，脈沖形成器不可 去 掉 ，如果 去 掉 ，會降低解調的準確性。 數字頻率鍵控性能 主要討論誤碼率，對于相干解調而言，誤碼率為： 1 ()22e rP erfc? （ 221） 其中 222Ar ??， 為信噪比。且 1r 時，有 212 reP r e? ?? （ 222） 對于包絡檢波法， 2FSK 的誤碼率為： 212 reP e?? （ 223） MFSK 簡介 1） MFSK 信號的產生 MFSK 信號的產生原理框圖與 2FSK 的類似，但 又 有明顯的不同，那就是 MFSK 的調制解調均需要串并轉換這一特殊的部分，如下圖 218 給出 MFSK 的調制器框圖。 F1頻率源Fn頻率源+1c o s wtc o s nwt2????2c o s wt()tx ()ty串并轉換電路A 圖 218 MFSK 的調制框圖 ()tx 為輸入信號，經過串并轉換電路，產生 碼寬為 k 的 二進制碼，碼寬 k 和 M 的關 16 系一般滿足 2kM? ，通過二進制的具體數值，控制著頻率 為 F1~Fn（ nM? ） 的 載波信號 接通輸出，從而形成 調制 輸出信號 ()yt ，自然產生了不 同頻率的輸出波形。以 4FSK為例， 對 MFSK 的原理作以