2.3.4 数字调频
用基带数据信号控制载波的频率，称为数字调频，又称频移键控(FSK)。下面以2FSK为例，介绍其基本原理。
1.2FSK信号及功率谱密度
(1)2FSK信号
二进制频移键控是用二进制数字信号控制载波频率，当传送“1”码时输出频率f 1;当传送“0”码时输出频率f 0。根据前后码元载波相位是否连续，可分为相位不连续的频移键控和相位连续的频移键控，如图2-40所示(设相位不连续的2FSK:cosω0t的初始相位为0，cosω1t的初始相位为π/2)。
图2-40 2FSK信号波形
图2-41给出了一个典型的相位不连续的2FSK信号波形，它可以看作是载波频率为f 1和f 0的两个非抑制载波的2ASK信号的合成。相位不连续的2FSK信号的功率谱密度，可利用2ASK信号的功率谱密度求得。
图2-41 相位不连续的2FSK信号波形
(2)2FSK信号功率谱密度
如前所述，相位不连续的2FSK信号是由两个非抑制载波的2ASK信号合成，故其功率谱密度也是两个不抑制载波的2ASK信号的功率谱密度的合成，如图2-42所示(假设无发送低通，其作用由发送带通完成，且仅是简单的频带限制)。
图2-42中，曲线a所示功率谱密度曲线为两个载波频率之差满足f 0-f 1=2f s的情形，此时两个2ASK信号的功率谱密度曲线的连续谱部分刚好在f c相接。若f 0-f 1＞2f s，则两个2ASK信号的功率谱密度曲线之间有一段间隔，2FSK信号功率谱的连续谱呈现双峰。曲线b所示功率谱密度曲线为两个载波频率之差满足f 0-f 1=0.8f s的情形，此时2FSK信号功率谱的连续谱呈现单峰。
图2-42 相位不连续的2FSK信号的功率谱密度
由图2-42可以看出:
(a)相位不连续的2FSK信号的功率谱密度是由连续谱和离散谱组成。
·连续谱由两个双边带谱叠加而成;
·离散谱出现在f 1和f 0的两个载波频率的位置上。
(b)若两个载波频率之差较小，连续谱呈现单峰;若两个载波频率之差较大，连续谱呈现双峰。
对2FSK信号的带宽，通常是作如下考虑的:若调制信号的码元速率以f s表示，载波频率f 1的2ASK信号的大部分功率是位于f 1-f s和f 1+f s的频带内，而载波f 0的2ASK信号的大部分功率是位于f 0-f s和f 0+f s的频带内。因此，相位不连续的2FSK的带宽约为
其中，η的单位为bit/(s·Hz)。
2.2FSK信号的产生和解调
(1)2FSK信号的产生
前述已说明，2FSK信号是两个数字调幅信号之和，所以2FSK信号的产生可用两个数字调幅信号相加的办法产生。图2-43所示为2FSK信号产生的原理图。
图2-43(a)为相位不连续的2FSK信号产生的原理，利用数据信号的“1”和“0”分别选通门电路1和2，以分别控制两个独立的振荡源f 1和f 0，并求和即可得到相位不连续的2FSK信号。
图2-43(b)为相位连续的2FSK信号产生的原理图，利用数据信号的“1”和“0”的电压的不同控制一个可变频率的电压控制振荡器以产生两个不同频率的信号f 1和f 0，这时两个频率变化时相位就是连续的。
(2)2FSK信号的解调
这里讨论两种简单的2FSK的解调方法，如图2-44所示。
图2-43 2FSK信号的产生
图2-44 2FSK的解调方法
图2-44(a)是采用分路选通滤波器进行2FSK信号的非相干解调，当2FSK信号的频偏较大时，可以把2FSK信号当作两路不同载频的2ASK信号接收。为此，需要两个中心频率分别为f 1和f 0的带通滤波器，利用它们把代表“1”和“0”码的信号分离开，得到两个2ASK信号，再经振幅检波器得到两个解调电压，把这两个电压相减即可得到解调信号的输出。这种解调方式要求有较大的频偏指数，故这种解调方式的频带利用率较低。
鉴频器法在频带数据传输中较广泛用于2FSK信号的解调，图2-44(b)是采用鉴频解调方法的简单框图。其中，2FSK信号先经过带通滤波器滤除信道中的噪声，限幅器用于消除接收信号的幅度变化。