【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 位是連續(xù)的，故 、 不僅與第 個(gè)信號(hào)碼元有關(guān)，而且 、 之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系。由式(227)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 為基帶信號(hào)、 為載頻，另一路以 為基帶信號(hào)、 為載頻。圖29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“1”或“0”分別選擇一個(gè)載波作為輸出。圖29 數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)2FSK信號(hào)的電路圖 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(cè)法、包絡(luò)檢波法、過(guò)零檢測(cè)法、差分檢測(cè)法等。下面僅就相干檢測(cè)法、非相干檢測(cè)法和過(guò)零檢測(cè)法進(jìn)行介紹。(1)包絡(luò)檢波法2FSK信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)方框圖如圖210所示，其可視為由兩路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 、 )起分路作用，用以分開兩路2ASK信號(hào)，上支路對(duì)應(yīng) ，下支路對(duì)應(yīng) ，經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后分別取出它們的包絡(luò) 及 ；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 及 的抽樣值分別 、 用表示，則抽樣判決器的判決準(zhǔn)則為 (232)圖210 2FSK信號(hào)包絡(luò)檢波方框圖(2)相干檢測(cè)法具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖211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(lái)時(shí)對(duì)兩個(gè)低頻信號(hào)的抽樣值 、 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)。圖211 2FSK同步檢測(cè)方框圖(3)過(guò)零檢測(cè)法單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)的次數(shù)多少，可以用來(lái)衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是基本思想。過(guò)零檢測(cè)法方框圖及各點(diǎn)波形如圖212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(guò)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－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)“1”和“0”。圖212 過(guò)零檢測(cè)法方框圖及各點(diǎn)波形圖 2FSK信號(hào)的功率譜及帶寬式(227)告訴我們，一個(gè)2FSK信號(hào)可視為兩個(gè)2ASK信號(hào)的合成 (233)因此，2FSK信號(hào)的功率譜亦為兩個(gè)2ASK功率譜之和。根據(jù)2ASK信號(hào)功率譜的表示式，并考慮到式(228)式(231)關(guān)于 、 的規(guī)定，可以得到這種2FSK信號(hào)功率譜的表示式為: (234)其中， 為基帶信號(hào) 的功率譜。當(dāng) 是單極性NRZ波形且“0”、“1等概出現(xiàn)時(shí)，有 (235)代入式(234)，得為 (235)其功率譜曲線如圖213所示。圖213 2FSK信號(hào)的功率譜從以上分析可見(jiàn)：(1)2FSK信號(hào)的功率譜與2ASK信號(hào)的功率譜相似，同樣由離散譜和連續(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 、 的分量。(2)連續(xù)譜的形狀隨著 的大小而異。 出現(xiàn)雙峰； 出現(xiàn)單峰。(3)帶寬 (237)式中， 是基帶信號(hào)的帶寬； 為頻偏； 為偏移率(或頻移指數(shù))?？梢?jiàn)，當(dāng)碼元速率 一定時(shí)，2FSK信號(hào)的帶寬比2ASK信號(hào)的帶寬要寬 。通常為了便于接收端檢測(cè)，又使帶寬不致過(guò)寬，可選取 ，此時(shí) ，是2ASK帶寬的兩倍，相應(yīng)地系統(tǒng)頻帶利用率只有2ASK系統(tǒng)的1/2。 2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能與2ASK的情形相對(duì)應(yīng)，我們分別以同步檢測(cè)法和包絡(luò)檢波法兩種情況來(lái)討論2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能，給出誤碼率，并比較其特點(diǎn)。(1)同步檢測(cè)法的系統(tǒng)性能 (251)在大信噪比條件下，即 時(shí)，式(251)可近似表示為 (252)(2)包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能 (257)由(257)式可見(jiàn)，包絡(luò)解調(diào)時(shí)2FSK系統(tǒng)的誤碼率將隨輸入信噪比的增加而成指數(shù)規(guī)律下降將相干解調(diào)與包絡(luò)(非相干)解調(diào)系統(tǒng)誤碼率以比較，可發(fā)現(xiàn)：在輸入信號(hào)信噪比 一定時(shí)，相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率；當(dāng)系統(tǒng)的誤碼率一定時(shí)，相干解調(diào)比非相干解調(diào)對(duì)輸入信號(hào)的信噪比要求低。所以相干解調(diào)2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干的包絡(luò)檢測(cè)。但當(dāng)輸入信號(hào)的信噪比 很大時(shí)，兩者的相對(duì)差別不很明顯。 相干解調(diào)時(shí)，需要插入兩個(gè)相干載波，電路較為復(fù)雜。包絡(luò)檢測(cè)無(wú)需相干載波，因而電路較為簡(jiǎn)單。一般而言，大信噪比時(shí)常用包絡(luò)檢測(cè)法，小信噪比時(shí)才用相干解調(diào)法，這與2ASK的情況相同。 二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制 二進(jìn)制相移鍵控(1) 2PSK信號(hào)的調(diào)制一般原理及實(shí)現(xiàn)方法絕對(duì)相移是利用載波的相位(指初相)直接表示數(shù)字信號(hào)的相移方式。通常用相位0和 來(lái)分別表示“0”或“1”。2PSK已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 (258)這里， 與2ASK及2FSK時(shí)不同，為雙極性數(shù)字基帶信號(hào)，即 (259)式中， 是高度為1，寬度為 的門函數(shù)； (260)因此，在某一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間 內(nèi)觀察時(shí)，有 (261)當(dāng)碼元寬度 為載波周期 的整數(shù)倍時(shí)，2PSK信號(hào)的典型波形如圖214所示。圖214 2PSK信號(hào)的典型波形2PSK信號(hào)的調(diào)制方框圖如圖215示。圖(a)是產(chǎn)生2PSK信號(hào)的模擬調(diào)制法框圖；圖(b)是產(chǎn)生2PSK信號(hào)的鍵控法框圖。圖215 2PSK調(diào)制器框圖就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生2ASK信號(hào)的方法比較，只是對(duì) 要求不同，因此2PSK信號(hào)可以看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的DSB調(diào)幅信號(hào)。而就鍵控法來(lái)說(shuō)，用數(shù)字基帶信號(hào) 控制開關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出，這時(shí) 為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號(hào)均可[4]。(2)2PSK信號(hào)的解調(diào)2PSK信號(hào)屬于DSB信號(hào)，它的解調(diào)，不再能采用包絡(luò)檢測(cè)的方法，只能進(jìn)行相干解調(diào)，其方框圖如圖216。工作原理簡(jiǎn)要分析如下。圖216 2PSK信號(hào)接收系統(tǒng)方框圖不考慮噪聲時(shí)，帶通濾波器輸出可表示為 (262)式中 為2PSK信號(hào)某一碼元的初相。 時(shí)，代表數(shù)字“0”； 時(shí)，代表數(shù)字“1”。與同步載波 相乘后，輸出為 (263)經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，得解調(diào)器輸出為 (264)根據(jù)發(fā)端產(chǎn)生2PSK信號(hào)時(shí) (0或 )代表數(shù)字信息(“1”或“0”)的規(guī)定，以及收端 與的關(guān)系的特性，抽樣判決器的判決準(zhǔn)則為 (265)其中 為 在抽樣時(shí)刻的值。2PSK接收系統(tǒng)各點(diǎn)波形如圖217所示。圖217 2PSK信號(hào)解調(diào)各點(diǎn)波形可見(jiàn)，2PSK信號(hào)相干解調(diào)的過(guò)程實(shí)際上是輸入已調(diào)信號(hào)與本地載波信號(hào)進(jìn)行極性比較的過(guò)程，故常稱為極性比較法解調(diào)。由于2PSK信號(hào)實(shí)際上是以一個(gè)固定初相的末調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻同相的同步載波。如果同步載波的相位發(fā)生變化，如0相位變?yōu)?相位或 相位變?yōu)?相位，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)發(fā)生“0”變“1”或“1”變“0”，從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。這種因?yàn)楸镜貐⒖驾d波倒相，而在接收端發(fā)生錯(cuò)誤恢復(fù)的現(xiàn)象稱為“倒 ”現(xiàn)象或“反向工作”現(xiàn)象。絕對(duì)移相的主要缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作。這也是它實(shí)際應(yīng)用較少的主要原因。 PSK信號(hào)的頻譜和帶寬比較式(258)和(21)可知，2PSK信號(hào)與2ASK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式在形式上是完全相同的，所不同的只是兩者基帶信號(hào) 的構(gòu)成，一個(gè)由雙極性NRZ碼組成，另一個(gè)由單極性NRZ碼組成。因此，求2PSK信號(hào)的功率譜密度時(shí)，也可采用與求2ASK信號(hào)功率譜密度相同的方法。 可以寫成 (266)其中基帶數(shù)字信號(hào) 的功率譜密度 。對(duì)于雙極性NRZ碼，有 (267)需要注意的是，該式是在雙極性基帶信號(hào)“0”、“1”等概( )出現(xiàn)的條件下獲得的，一般情況下， 中將含有直流分量。將上式代入式(266)，得 (268)2PSK信號(hào)功率譜示意圖如圖218 所示。圖218 2PSK信號(hào)的功率譜由圖218可見(jiàn)：(1)當(dāng)雙極性基帶信號(hào)以相等的概率出現(xiàn)時(shí)，2PSK信號(hào)的功率譜僅由連續(xù)譜組成。而一般情況下，2PSK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。其中，連續(xù)譜取決于數(shù)字基帶信號(hào)，經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜則由載波分量確定。(2)2PSK的連續(xù)譜部分與2ASK信號(hào)的連續(xù)譜基本相同(僅差一個(gè)常數(shù)因子)。因此，頻帶利用率也與2ASK信號(hào)的相同 (269) (270)其中， 為數(shù)字基帶信號(hào)帶寬。這就表明，在數(shù)字調(diào)制中，2PSK的頻譜特性與2ASK十分相似。相位調(diào)制和頻率調(diào)制一樣，本質(zhì)上是一種非線性調(diào)制，但在數(shù)字調(diào)相中，由于表征信息的相位變化只有有限的離散取值，因此，可以把相位變化歸結(jié)為幅度變化。這樣一來(lái)，數(shù)字調(diào)相同線性調(diào)制的數(shù)字調(diào)幅就聯(lián)系起來(lái)了，為此可以把數(shù)字調(diào)相信號(hào)當(dāng)作線性調(diào)制信號(hào)來(lái)處理了。 2PSK系統(tǒng)的抗噪聲性能在最佳門限時(shí)為16