音视频笔记-----三种数字调制的形式之FSK

数字调制技术

数字调制是指用数字数据调制模拟信号，主要有三种形式：移频键控法FSK(Frequency-shift keying)、移幅键控法ASK()、移相键控法PSK()。计算机在处理信息时，只能处理数字信号，所以光信号，声信号，电信号等都需要转换成数字信号，即计算机能够识别的0，1二进制数字格式，但当数字信号传输到终端时，我们又需要对数据进行再次调制，使数字信号恢复成模拟信号，最显著的即我们网络数据传输，例如光纤信息传输或者广播电视接受无线电信号。

FSK(频键移控)概念

FSK（Frequency-shift keying）是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。 

技术上的FSK有两个分类，非相干和相干的FSK 。 在非相干的FSK ，瞬时频率之间的转移是两个分立的价值观命名为马克和空间频率。 在另一方面，在相干频移键控或二进制的FSK ，是没有间断期在输出信号。

在数字化时代，电脑通信在数据线路（电话线、网络电缆、光纤或者无线媒介）上进行传输，就是用FSK调制信号进行的，即把二进制数据转换成FSK信号传输，反过来又将接收到的FSK信号解调成二进制数据，并将其转换为用高，低电平所表示的二进制语言，这是计算机能够直接识别的语言。

 FSK 调制

在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换（称为高音和低音，代表二进制的1 和0）。

​​​​​非连续相位FSK的调制方式

产生FSK 信号最简单的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种FSK 信号称为不连续FSK 信号。

由于相位的不连续会造频谱扩展，这种FSK 的调制方式在传统的通信设备中采用较多。随着数字处理技术的不断发展，越来越多地采用连继相位FSK调制技术。

连续相位FSK的调制信号

目前较常用产生FSK 信号的方法是，首先产生FSK 基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。

相位连续的FSK信号的功率谱密度函数最终按照频率偏移的负四次幂衰落。如果相位不连续，功率谱密度函数按照频率偏移的负二次幂衰落。

FSK信号频谱

在通信原理综合实验系统中，FSK 的调制方案如下：

FSK 信号：S(t)=cos(ω0t+2πfi·t)

在通信信道FSK 模式的基带信号中传号采用fH 频率，空号采用fL 频率。在FSK 模式下，不采用汉明纠错编译码技术。调制器提供的数据源有：

FSK正交调制器结构

1、外部数据输入：可来自同步数据接口、异步数据接口和m序列；

2、全1码：可测试传号时的发送频率（高）；

3、全0码：可测试空号时的发送频率（低）；

4、0/1 码：0101．．交替码型，用作一般测试；

5、特殊码序列：周期为7的码序列，以便于常规示波器进行观察；

FSK调制器带处理结构

6、m序列：用于对通道性能进行测试；

FSK 解调

对于FSK 信号的解调方式很多：相干解调、滤波非相干解调、正交相乘非相干解调。而FSK 的非相干解调一般采用滤波非相干解调。输入的FSK 中频信号分别经过中心频率为fH、fL 的带通滤波器，然后分别经过包络检波，包络检波的输出在t=kTb。时抽样（其中k 为整数），并且将这些值进行比较。根据包络检波器输出的大小，比较器判决数据比特是1还是0。

非相干FSK接收机的方框图 FSK正交相乘

FSK正交相乘

在高斯白噪声信道环境下FSK 滤波非相干解调性能较相干FSK 的性能要差，但在无线衰落环境下，FSK 滤波非相干解调却表现出较好的稳健性。

FSK 的数字化实现方法一般采用正交相乘方法加以实现。

 应用方向：

来电显示的信息传输方式有2种：FSK和DTMF。FSK方式与DTMF方式相比有如下的优点：（l）数据传输速率高，在规定时间内能传的字符数多；（2）FSK方式支持ASCII字符集，而DTMF方式只支持数字及少数字符。目前采用FSK方式的国家和地区有：美国、中国、日本、英国、加拿大、比利时、西班牙、新加坡等；采用DTMF主要则是以瑞典为代表的一些欧洲国家等。

FSK是二进制信号的频移键控的英文缩写，它是指传号（指发送"1"）时发送某一频率正弦波，而空号（指发送"0"）时发送另一频率正弦波。根据Bell202的建议，来电显示的数据传送采用连续相位的二进制频移键控，比特率是1200bps，而"1"对应的频率是1200Hz，"0"对应的频率是2200Hz。