FSK（Frequency Shift Keying，頻移鍵控）是一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)，通過(guò)改變載波頻率來(lái)傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)。其思想是：

• 邏輯“1” → 用頻率f1f1的載波表示。

• 邏輯“0” → 用頻率f2f2的載波表示。

1. FSK的基本原理

(1) 數(shù)學(xué)表達(dá)式

FSK信號(hào)可表示為：

其中：

• AA：載波振幅（通常恒定）。

• f1f1和f2f2：分別對(duì)應(yīng)“1”和“0”的頻率。

(2) 頻率間隔與帶寬

• 頻偏（Δf）：兩個(gè)頻率之差 Δf=∣f1?f2∣Δf=∣f1?f2∣。

• 頻偏要求：為保證接收端能區(qū)分兩個(gè)頻率，需滿足 Δf≥RbΔf≥Rb（RbRb為比特率）。

• 帶寬（B）：根據(jù)卡森公式，F(xiàn)SK帶寬近似為：

  B≈2Δf+2Rb

2. FSK調(diào)制實(shí)現(xiàn)方法

(1) 直接調(diào)頻法

• 原理：通過(guò)電壓控制振蕩器（VCO）直接生成不同頻率的載波。

  • 輸入“1”時(shí)，VCO輸出f1f1。

  • 輸入“0”時(shí)，VCO輸出f2f2。

• 優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，適合低速通信（如RFID、遙控器）。

• 缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定性較差，需校準(zhǔn)。

(2) 開關(guān)振蕩器法

• 原理：使用兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器（分別產(chǎn)生f1f1和f2f2），通過(guò)數(shù)字開關(guān)選擇輸出。

• 優(yōu)點(diǎn)：頻率切換快，適合高速FSK。

• 缺點(diǎn)：相位不連續(xù)可能導(dǎo)致頻譜擴(kuò)展。

(3) 數(shù)字合成法（DDS）

• 原理：通過(guò)直接數(shù)字頻率合成器（DDS）動(dòng)態(tài)生成f1f1和f2f2。

• 優(yōu)點(diǎn)：頻率精度高，相位連續(xù)（CPFSK）。

• 應(yīng)用：現(xiàn)代無(wú)線通信（如LoRa、GFSK）。

3. FSK解調(diào)方法

(1) 非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）

• 步驟：

  1. 通過(guò)帶通濾波器分離f1f1和f2f2。

  2. 分別檢波后比較幅度，判決“1”或“0”。

• 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需載波同步，電路簡(jiǎn)單（常用于ASK/FSK接收芯片）。

• 缺點(diǎn)：抗噪聲性能較差。

(2) 相干解調(diào)（鎖相環(huán)PLL）

• 步驟：

  1. 用PLL鎖定輸入信號(hào)的頻率。

  2. 通過(guò)頻率鑒別器判斷當(dāng)前是f1f1還是f2f2。

• 優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率低。

• 缺點(diǎn)：需要復(fù)雜的同步電路。

(3) 過(guò)零檢測(cè)法

• 原理：統(tǒng)計(jì)信號(hào)單位時(shí)間內(nèi)的過(guò)零點(diǎn)數(shù)，頻率高的對(duì)應(yīng)“1”，低的對(duì)應(yīng)“0”。

• 應(yīng)用：低成本嵌入式系統(tǒng)（如315MHz遙控解碼）。

4. FSK的變種與改進(jìn)

(1) MSK（頻移鍵控）

• 特點(diǎn)：

  • 頻偏 Δf=0.5RbΔf=0.5Rb，頻譜效率更高。

  • 相位連續(xù)，減少帶外輻射。

• 應(yīng)用：GSM、衛(wèi)星通信。

(2) GFSK（高斯頻移鍵控）

• 特點(diǎn)：

  • 基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)高斯濾波，頻譜更緊湊。

  • 抗鄰頻干擾能力強(qiáng)。

• 應(yīng)用：藍(lán)牙（BT）、ZigBee。

5. FSK的應(yīng)用場(chǎng)景

• 低速無(wú)線通信：

  • 遙控器（車庫(kù)門、玩具）。

  • 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（如433MHz模塊）。

• 工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)：

  • RFID標(biāo)簽（125kHz/13.56MHz）。

  • LoRa遠(yuǎn)距離通信（采用Chirp-FSK）。

• 音頻傳輸：

  • 早期調(diào)制解調(diào)器（如Bell 103標(biāo)準(zhǔn)）。

6. FSK vs. 其他調(diào)制方式

總結(jié)

1. FSK通過(guò)切換載波頻率傳輸數(shù)據(jù)，適合抗噪聲要求較高的場(chǎng)景。

2. 實(shí)現(xiàn)方式包括VCO、開關(guān)振蕩器、DDS等，解調(diào)可采用非相干或相干方法。

3. 改進(jìn)型FSK（如MSK、GFSK）在頻譜效率和抗干擾性上更優(yōu)。

4. 典型應(yīng)用涵蓋遙控、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感等低復(fù)雜度通信系統(tǒng)。