基本介紹
- 中文名：頻移鍵控
- 外文名：Frequency-shiftkeying
- 套用學科：通信
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簡介
頻移鍵控是信息傳輸中使用得較早的一種調製方式，最常見的是用兩個頻率承載二進制1和0的雙頻FSK系統。
在數位化時代，電腦通信在數據線路（電話線、網路電纜、光纖或者無線媒介）上進行傳輸，就是用FSK調製信號進行的，即把二進制數據轉換成FSK信號傳輸，反過來又將接收到的FSK信號解調成二進制數據，並將其轉換為用高，低電平所表示的二進制語言，這是計算機能夠直接識別的語言。
頻移鍵控的標準，用於在各個國家在全球各地。他們以ETSI的FSK、bellcore的FSK、英國電信（英國電信）的FSK和共同國家評估（有線通信協會）的FSK。該bellcore標準是用來在美國、澳大利亞、中國、中國香港地區和新加坡。它使用1200波特率貝爾202的語氣調製和第一位的數據轉移後，收到的第一鈴聲。
BT的FSK信號或英國電信頻移鍵控是原來的標準，是由英國電信公司。這個標準醒來，顯示與一條線的逆轉和傳遞數據，作為cittv23數據機鈴聲，類似的格式mdmf。英國電信本身使用這個標準，以及一些無線網路，如已故的lonica和一些有線電視公司，以及。更詳細的關於英國電信頻移鍵控標準，可從檔案設計來電識別交付使用XR的-2211年英國電信或供應商的資料，筆記（捷聯慣導系統）227和242。
在有線通信協會的標準，數據傳送後，短期內第一環，無論是作為貝爾202或v23鈴聲。在這裡，傳輸層是越來越像bellcore，即使數據格式看起來很像英國電信的，正因為如此，歐洲或北美的教材更容易偵測到它。
頻移鍵控是至少一個世紀老人。儘管其年齡，FSK信號已成功地保持其使用期間，更現代的時代，並已適應，以及向數字網域，並繼續提供服務那些需要傳輸數據通過計算機，電纜或電線上。這是毫無疑問的FSK，將周圍的，只要是有需要傳遞信息在一個高效和負擔得起的方式。
相位不連續的頻移鍵控
相位不連續的頻移鍵控是由單極性不歸零碼對兩個獨立的載頻振盪器進行鍵控，產生相位不連續的FSK信號，其原理圖如圖1所示。
FSK信號可以表達如圖2所示。
FSK信號的形成波形如圖3所示。
相位不連續的FSK信號的接收可以採用兩種不同的方法，即相干解調和包絡檢測的方法。
相干解調需要同步的本地相干載波，FSK信號的相干解調原理如圖4所示。
相位不連續的FSK信號所需要的頻帶約為ASK信號的3倍，因此，在使用頻移鍵控時常常使用相位連續的頻移鍵控。
相位連續的頻移鍵控
相位連續的頻移鍵控信號是利用基帶信號對一個壓控振盪器(VCO)進行頻率調製，在二元碼{ak}時，可以產生相位連續的頻移鍵控信號。這種調製方式在碼元轉換時，相位變化是連續的，而且保持恆定的包絡，因此，稱為相位連續的頻移鍵控。其信號瞬時頻率與瞬時相位變化如圖6所示。
最小頻移鍵控（MSK）
MSK的基本原理
MSK是一種特殊的連續相位的頻移鍵控(CPFSK)，MSK是調製係數為0.5的連續相位的FSK。
MSK選擇兩個不同的頻率分別傳輸基帶信息中的+1和－1，兩種頻率信號在一個碼元周期內所積累的相位差必須嚴格等於π，則MSK信號可以表示為：
式中：ωc=2πfc; ωd=2πfd; ak=±1是傳輸的數據；
是在第k個碼元周期間的起始相位，是一個常數。
由於要求不同頻率的信號在一個碼元周期所積累的相位差嚴格等於
，則可得MSK信號的另一種表示形式：
在這個信號中除載波相位之外，還附加了一個相位：
上式要為0，則式中的兩項須為0。但是上式中第二式為0的可能性有兩個，其一是其分母遠遠大於1，即4πfcTb>> 1，這個條件在實際的通信系統中比較容易滿足。其二是其分子為0，即正弦函式的值為0。這就要求：
。其含意是：信號在碼元期間要包含四分之一載波周期的整數倍。
再研究相關係數中的第一項，令
，而
，代入第一項後，該項的值也為0。
根據FSK調製係數的定義：
MSK信號的功率譜
MSK信號的功率譜密度如圖7所示：
其功率譜密度如圖8所示。
圖8中給出了MSK信號的功率譜密度，以及QPSK和OQPSK的功率譜密度。從圖中可以看出MSK信號的旁瓣比QPSK和OQPSK信號低。MSK信號的90%的功率位於頻寬B=1.2/T之中。QPSK和OQPSK信號包含了99%功率的頻寬B=8/T。
MSK信號的產生和解調
根據前面的討論，MSK信號可以表示為：
令，ak=±1，φk=0或
（模2
）
將上式展開可得到如圖9所示的結果：
由上式可以看出：信號是由兩個正交的AM信號合成，兩個分量與原始數據之間的對應關係如下：
② 只有當k為偶數時，且ak與ak－1極性不同時，Qk與Qk－1極性才會不同。
即Ik與Qk必須經過兩個Tb才能改變極性，即等效數據Ik與Qk的速率為原始數據ak速率的1/2。
由此可知，只要先將原始數據ak變換成Ik與Qk，分別經過加權處理後進行正交調製，合成後的信號即為MSK信號。具體過程如下：
① 對ak進行差分編碼得到ck。
② 對ck進行串並變換，並延遲Tb後得到Ik與Qk。
③ 分別用sin(πt/2Tb)=sin 2πfdt和cos(πt/2Tb)=cos 2πfdt進行加權。
④正交調幅。
⑤ 合成。
由此，MSK調製器的框圖如圖10所示。
高斯最小頻移鍵控（GMSK）
GMSK是由MSK演變來的一種簡單的二進制調製方法。其基本思想是，在GMSK中將調製的原始數據(NRZ不歸零的數據)進行過濾(通過預調濾波器)，再對經過預調製的信號進行MSK調製，使MSK頻譜上的旁瓣功率進一步下降。
預調濾波器
預調濾波器是將全回響信號(即每個基帶符號占據一個比特周期T)轉換成部分回響信號，每一傳送符號占據幾個比特周期。
GMSK的預製濾波器的衝激回響為：
式中：是一個常數，選擇不同的，濾波器的特性隨之變化。
傳輸函式為：
參數與H(f)的3dB頻寬有關，即
GMSK濾波器可以由B和基帶符號持續時間T完全決定，通常用BT乘積來定義GMSK。圖12顯示了GMSK信號不同的BT值的射頻功率譜。
從圖中可以看到：當BT增大時，濾波器的傳輸函式隨之變窄，並且拖尾衰減極快，但是BT減小會增加誤碼率，這是由於低通濾波器引發的碼間干擾引起的。只要GMSK產生的誤碼率小於移動無線信道的要求，GMSK仍然是適合的。
GMSK信號的產生和解調
GMSK信號的產生方法有多種。
GMSK的解調方法可以採用正交相干檢測器和簡單的非相干檢測器(如標準的FM檢測器)。圖14是二比特延遲差分檢測器的原理圖。
除了採用二比特差分延遲檢測的方法外，還可以採用一比特延遲差分檢測。但是，二比特延遲差分的誤碼性能要優於一比特差分延遲檢測的誤碼性能。
