第１４卷第３期 大连民族学院学报 Ｖｏ１．１４，Ｎｏ．３ Ｍａｙ ２０１２ ２０１２年５月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｌｉａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 文章编号：１００９—３１５Ｘ（２０１２）０３—０２１７—０４ 二进制移频键控信号相位连续性的研究 郭丽萍，李 婷，李春杰，张维维 （大连民族学院信息与通信工程学院，辽宁 大连１１６６０５） 摘要：通过对实际硬件电路的研究，分析了同源载波的移频键控中产生相位不连续的原因，并对相位连 续和相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱及其频带利用率进行了分析比较。 关键词：数字调制；载波；移频键控；相位的连续性 中图分类号：ＴＮ９１１ 文献标志码：Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｈａｓｅｓ ｏｆ ２ＦＳＫ ＧＵＯ Ｌｉ—ｐｉｎｇ，ＬＩ Ｔｉｎｇ，ＬＩ Ｃｈｕｎ—ｊｉｅ，ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ—ｗｅｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｄａｌｉａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １６６０５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｗｅ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｈａｓｅｓ ｏｆ ＦＳＫ ｗｉｔｈ ｃａｒｒｉｅｒｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｏｕｒｃｅ ａｒｅ ｎｏｔ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｗｅ ａｌｓｏ ｃｏｍｐａｒｅ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ＦＳＫ：ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｈａｓｅ ｏｆ ＦＳＫ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｈａｓｅ ｏｆ ＦＳＫ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｃａｒｒｉｅｒ；ＦＳＫ；ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ｏｆ ｐｈａｓｅｓ 数字信号的传输有两种方式，一种是以数字基 带的形式进行传输，一种是对数字基带信号进行调 数字频率调制（移频键控（ＦＳＫ））是数据通信 中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解 调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因 此在数字通信中用的较为广泛 Ｊ。在话带内进 制后再传输。但在实际通信中，有不少信道不能直 接传送基带信号，必须用基带信号对载波的某些参 量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化 而变化，也就是所谓的正弦载波调制。之所以选择 行数据传输时，国际电报电话咨询委员会 （ＣＣＩＴＴ）推荐在话音频带内低于１ ２００ ｂｉｔ／ｓ数据 正弦信号作为载波，是因为正弦信号形式简单，便 于产生和接收。以正弦波为载波的数字调制系统， 与模拟调制系统一样，也有调幅、调频、调相这三种 基本形式，并可以派生出多种其他形式…。 数字调制与模拟调制相比，其原理并没有什 么区别。不过模拟调制是对载波信号的参量进行 连续调制，在接收端则对载波信号的调制参量连 率时使用ＦＳＫ方式。在衰落信道中传输数据时， 也被广泛采用。数字调频（２ＦＳＫ），是利用载波的 频率变化来传递数字信息。键控法产生的２ＦＳＫ 信号如图１，所产生的２ＦＳＫ信号又分为相位不连 续和相位连续两种情况。若两个振荡频率 ， 分别由不同的独立振荡器提供，则它们之间相位 互不相关，这就叫相位不连续的２ＦＳＫ信号（或叫 做相位离散２ＦＳＫ信号）；若两个振荡频率 由 续地进行估值；而数字调制是用载波信号的某些 离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要 对载波信号的离散调制参量进行检测。数字调制 同一振荡源提供，只是对其中一个载波频率进行 分频，这样产生的两个载频的相位是连续的，所产 信号，在二进制时有振幅键控（ＡＳＫ）、移频键控 （ＦＳＫ）和移相键控（ＰＳＫ）三种基本信号形式。 收稿日期：２０１１—０６—２４；最后修回日期：２０１２—０３—２０ 生的信号叫做相位连续的２ＦＳＫ信号。２ＦＳＫ产生 的电路框图如图１。 作者简介：郭丽萍（１９６６一），女，河北乐亭人，高级工程师，主要从事电子与通信研究。 ２１８ 大连 民族学 院学报 第１４卷 图１键控法产生２ＦＳＫ信号电路框图 设信息源发出的数字基带信号是由二进制符 号０、１组成的序列，那么，２ＦＳＫ信号便是０符号 对应于载频 ，而１符号对应于载频厂２（与 不同 的另一个载频）的已调波形，而且 与 之间的 改变是瞬间完成的。 根据２ＦＳＫ信号的产生原理，已调信号的数学 表达式就不难写出，即 ｅ。（ｔ） ＝∑ａ．ｇ（ｔ—ｎＴ，）００３（∞１ｔ＋ ） ＋Ｅ丘 ｇ（ｔ—ｎ ）Ｃ０￥（∞２ｔ＋０ ） ｎ ｎ 式中ｅ。（ｔ）即是２ＦＳＫ信号，９（ｔ）为单个矩形 脉冲，脉宽为Ｔ ． ｒ０概率为Ｐ 位是不连续的；在码元边界，当相位不连续时，信 ｌ１概率为（１一Ｐ） 其中ａ 是ｎ 的反码，即若ａ ＝０，则 ＝１，若 ａ ＝１，则 ＝０，于是 号的频谱将展宽，包络也将出现起伏，这是通信中 不希望并想尽量避免的。而用模拟调频法或用键 控法时两路载波是同源的时，则 与．厂２改变时已 调信号的相位是连续的 Ｊ。 理论上虽然如此，但在实际的电路实现时，有 时候虽然是一个振荡源产生的载波，但由于器件 的时延等多方面的原因，也会产生相位不连续的 ２ＦＳＫ信号。如下面的ＦＳＫ调制电路中，两路载波 采用同源载波，ＦＳＫ调制的电原理框图如图２，其 中３２ＫＨｚ方波和１６ＫＨｚ方波是从同一个振荡源 产生，经分频得来。 ｒ０概率为Ｐ 一１１概率为（１一Ｐ） ，Ｏｎ分别是第ｉｒｔ个信号码元的初相位。 是与序列ｎ无 一般来说，在键控法中，不同源的两路载波对 基带信号进行调制时得到的 关的，反映在ｅ。（ｔ）上，表现为 与厂２改变时其相 图２ ２ＦＳＫ调制电原理框图 第３期 郭丽萍，等：二进制移频键控信号相位连续性的研究 ２１９ 其电原理图如图３。 图３ ２ＦＳＫ调制电路图 在图３中，电路中的两路载频（ ，．厂２）由同一个 振荡源产生，经过分频，产生３２ＫＨｚ和１６ＫＨｚ的载 频输入。两路载频分别经射随器、选频滤波、射随 实际输出的波形如图５。 本电路所采用的选通模拟开关为ＣＭＯＳ模拟 开关ＣＤ４０６６。该模拟开关具有功耗低、速度快、 电路，再分别送至选通模拟开关１和２（ＣＤ４０６６）。 输入的数字基带信号（矩形脉冲）分成两路， 一无机械触点、体积小和使用寿命长等特点。 ＣＤ４０６６是一个１４管脚的芯片，每个封装内部含 有４个独立的模拟开关，有输入、输出、控制三个 端子，其中输人端和输出端可互换。当控制端加 高电平时，开关导通；当控制端为低电平时，开关 路控制 ＝３２ＫＨｚ的载频（ｔＯ，＝２，ｒｆｒ￣），另一路 经倒相去控制 ＝１６ＫＨｚ的载频（ ＝２＂ｔｒｆ２）。 当基带信号为“１”时，模拟开关１打开，模拟开关 ２关闭，此时输出ｆｌ＝３２ＫＨｚ的载频。当基带信号 为“０”时，模拟开关１关闭，模拟开关２开通，此时 截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模 拟开关截止时，呈现高阻状态，可以看成是开路。 此模拟开关既可以传输数字信号，也可以传输模 拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为４０ＭＨｚ。 输出．厂２＝１６ＫＨｚ的载频。于是可在输出端得到已 调的２ＦＳＫ信号：理论上应该得到的波形如图４， 图４相位连续的ＦＳＫ信号 图５相位不连续的ＦＳＫ信号 ２２０ 大连 民族 学 院 学报 第１４卷 需要特别说明的是，当控制端的高电平到来 的时延示意图。从右图中可以清楚地看出输入信 时，输出信号与输入信号相比，有２５ｎｓ的时延。 号ＶＩＳ和输出信号ＶＯＳ之间的时延。这正是同 如图６给出了ＣＤ４０６６芯片输入信号和输出信号 源载波的ＦＳＫ信号产生相位不连续的主要原因。 Ｖｃｃ ＶＩｓ ０Ｖ ＶｏＨ ＶＤＤ Ｖｏｓ ＶＯＬ ＯＶ 图６输入输出信号的时延图 另外，把数字基带信号分成两路去分别控制 的特点，目前用得较多的是ｈ＝０．５的相位连续的 两路载波，产生３２ｋＨｚ信号的那一路没有经过反 ＦＳＫ方式，即最小移频键控方式（ＭＳＫ），有时也称 相器，而产生１６ｋＨｚ信号的那一路经过了一个反 为快速移频键控（ＦＦＳＫ）。而相位不连续的２ＦＳＫ 相器，此反相器的导通也会产生一个时延。该时 信号存在离散谱线，频偏较大，浪费功率，频谱利 延与前面介绍的输入输出信号时延累积相加，使 用率较低等特点。所以在大多数的通信场合，都 最后输出的ＦＳＫ信号产生了相位的不连续。 使用相位连续的ＦＳＫ信号。而相位不连续的ＦＳＫ 从以上分析可见，即使是从同一振荡源产生 信号只适用于设备要求简单的通信场合。但即使 的两路载波，由于硬件电路中器件的原因，也会造 是同一个振荡源产生的两路载波，也可能造成 成ＦＳＫ已调信号的相位不连续。为解决相位不连 ＦＳＫ信号相位的不连续。所以应针对产生相位不 续现象，可以对电路进行改进，例如可以选用输入 连续的原因，对电路进行相应的修改以解决相位 输出时延更小的器件，或者在３２ｋＨｚ那一路加两 不联系的问题。 个反相器以抵消１６ｋＨｚ那一路的时延等。 相位不连续的２ＦＳＫ信号的带宽ＡＵ约为 参考文献： Ａｆ＝ｌ 一 １＋２ ［１］樊昌信，曹丽娜．通信原理［Ｍ］．北京：国防工业出 ｌ ｆ—ｆ ｌ 版社，２００６． 如果令ｈ＝ 盟 ，这里ｈ为调制指 ｓ ［２］王兴亮．现代通信原理与技术［Ｍ］．北京：电子工业 数，则带宽Ａ／＝（２＋ｈ） ＝１／Ｔｓ，为码速。 出版社。２００９． 在调制指数ｈ较小的条件下，相位连续的 （责任编辑刘敏） ＦＳＫ信号具有能量集中，包络恒定，抗干扰能力强
