Frecuencia de modulación por desplazamiento
La modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) es un esquema de modulación de frecuencia en el que la información digital se codifica en una señal portadora cambiando periódicamente la frecuencia de la portadora entre varias señales discretas. frecuencias La tecnología se utiliza para sistemas de comunicación como telemetría, radiosondas de globos meteorológicos, identificación de llamadas, abridores de puertas de garaje y transmisión de radio de baja frecuencia en las bandas VLF y ELF. El FSK más simple es el FSK binario (BFSK), en el que la portadora se desplaza entre dos frecuencias discretas para transmitir información binaria (0 y 1).
Modulando y demodulando
Existen implementaciones de referencia de módems FSK y están documentadas en detalle. La demodulación de una señal FSK binaria se puede realizar utilizando el algoritmo de Goertzel de manera muy eficiente, incluso en microcontroladores de baja potencia.
Variaciones
Modificación por desplazamiento de frecuencia múltiple
Modificación por desplazamiento de frecuencia de fase continua
En principio, FSK se puede implementar mediante el uso de osciladores de funcionamiento libre completamente independientes y cambiando entre ellos al comienzo de cada período de símbolo. En general, los osciladores independientes no estarán en la misma fase y, por lo tanto, en la misma amplitud en el instante de conmutación, provocando discontinuidades repentinas en la señal transmitida.
En la práctica, muchos transmisores FSK usan solo un único oscilador y el proceso de cambiar a una frecuencia diferente al comienzo de cada período de símbolo conserva la fase. La eliminación de discontinuidades en la fase (y por lo tanto la eliminación de cambios bruscos de amplitud) reduce la potencia de la banda lateral, reduciendo la interferencia con los canales vecinos.
Modificación por desplazamiento de frecuencia gaussiana
En lugar de modular directamente la frecuencia con los símbolos de datos digitales, "instantáneamente" cambiando la frecuencia al comienzo de cada período de símbolo, la modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana (GFSK) filtra los pulsos de datos con un filtro gaussiano para suavizar las transiciones. Este filtro tiene la ventaja de reducir la potencia de la banda lateral, reduciendo la interferencia con los canales vecinos, a costa de aumentar la interferencia entre símbolos. Lo utilizan los dispositivos de protocolo mejorado de capa 2, DECT, Bluetooth, Cypress WirelessUSB, Nordic Semiconductor, Texas Instruments LPRF, IEEE 802.15.4, Z-Wave y Wavenis. Para Bluetooth de velocidad de datos básica, la desviación mínima es de 115 kHz.
Un modulador GFSK se diferencia de un modulador de modulación por cambio de frecuencia simple en que antes de que la forma de onda de banda base (con niveles −1 y +1) entre en el modulador FSK, pasó a través de un filtro gaussiano para suavizar las transiciones y limitar el espectro. ancho. El filtrado gaussiano es una forma estándar de reducir el ancho espectral; se llama conformación de pulso en esta aplicación.
En FSK ordinario sin filtrar, en un salto de −1 a +1 o de +1 a −1, la forma de onda modulada cambia rápidamente, lo que introduce un gran espectro fuera de banda. Si el pulso cambia de −1 a +1 como −1, −0.98, −0.93,..., +0.93, +0.98, +1, y este pulso más suave se usa para determinar la frecuencia portadora, la salida el espectro fuera de banda se reducirá.
Teclado de desplazamiento mínimo
La modulación por desplazamiento de frecuencia mínima o modulación por desplazamiento mínimo (MSK) es una forma espectralmente eficiente particular de FSK coherente. En MSK, la diferencia entre la frecuencia superior e inferior es idéntica a la mitad de la tasa de bits. En consecuencia, las formas de onda que representan un 0 y un 1 difieren exactamente en la mitad del período de la portadora. La desviación de frecuencia máxima es δ = 0,25 fm, donde fm es la frecuencia de modulación máxima. Como resultado, el índice de modulación m es 0,5. Este es el índice de modulación FSK más pequeño que se puede elegir de modo que las formas de onda para 0 y 1 sean ortogonales.
Modificación de desplazamiento mínimo gaussiano
En el estándar de telefonía móvil GSM se utiliza una variante de MSK llamada codificación de cambio mínimo gaussiano (GMSK).
Codificación por cambio de frecuencia de audio
La modulación por desplazamiento de frecuencia de audio (AFSK) es una técnica de modulación mediante la cual los datos digitales se representan mediante cambios en la frecuencia (tono) de un tono de audio, lo que produce una señal codificada adecuada para la transmisión por radio. o teléfono. Normalmente, el audio transmitido alterna entre dos tonos: uno, la 'marca', representa uno binario; el otro, el "espacio", representa un cero binario.
AFSK se diferencia de la modulación por desplazamiento de frecuencia normal en la realización de la modulación en frecuencias de banda base. En aplicaciones de radio, la señal modulada por AFSK normalmente se usa para modular una portadora de RF (usando una técnica convencional, como AM o FM) para la transmisión.
AFSK no siempre se usa para comunicaciones de datos de alta velocidad, ya que es mucho menos eficiente tanto en potencia como en ancho de banda que la mayoría de los demás modos de modulación. Sin embargo, además de su simplicidad, AFSK tiene la ventaja de que las señales codificadas pasarán a través de enlaces acoplados de CA, incluida la mayoría de los equipos diseñados originalmente para transmitir música o voz.
AFSK se utiliza en el Sistema de Alerta de Emergencia de EE. UU. para notificar a las estaciones el tipo de emergencia, las ubicaciones afectadas y la hora de emisión sin escuchar el texto de la alerta.
Modulación continua de 4 niveles
Las radios de fase 1 del sistema Project 25 usan modulación FM continua de 4 niveles (C4FM).
Aplicaciones
En 1910, Reginald Fessenden inventó un método de dos tonos para transmitir el código Morse. Los puntos y guiones fueron reemplazados por diferentes tonos de igual longitud. La intención era minimizar el tiempo de transmisión.
Algunos de los primeros transmisores de CW empleaban un convertidor de arco que no podía codificarse convenientemente. En lugar de encender y apagar el arco, la llave cambió ligeramente la frecuencia del transmisor en una técnica conocida como método de onda de compensación. La onda de compensación no se usó en el receptor. Los transmisores de chispa utilizados para este método consumían mucho ancho de banda y causaban interferencias, por lo que se desaconsejó en 1921.
La mayoría de los primeros módems de líneas telefónicas usaban modulación por desplazamiento de frecuencia de audio (AFSK) para enviar y recibir datos a velocidades de hasta 1200 bits por segundo. Los módems Bell 103 y Bell 202 utilizaron esta técnica. Incluso hoy en día, el identificador de llamadas de América del Norte utiliza AFSK de 1200 baudios en la forma del estándar Bell 202. Algunas de las primeras microcomputadoras usaban una forma específica de modulación AFSK, el estándar de Kansas City, para almacenar datos en casetes de audio. AFSK todavía se usa ampliamente en la radioafición, ya que permite la transmisión de datos a través de equipos de banda de voz no modificados.
AFSK también se usa en los Estados Unidos' Sistema de Alerta de Emergencia para transmitir información de alerta. Se utiliza a tasas de bits más altas para Weathercopy utilizado en Weatheradio por NOAA en los EE. UU.
La estación de radio de onda corta CHU en Ottawa, Ontario, Canadá, transmite una señal horaria digital exclusiva codificada con modulación AFSK.
Identificación de llamadas y estándares de medición remota
La codificación por cambio de frecuencia (FSK) se usa comúnmente en líneas telefónicas para la identificación de llamadas (mostrar los números de las personas que llaman) y aplicaciones de medición remota. Hay varias variaciones de esta tecnología.
Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones
En algunos países de Europa, los estándares 200 778-1 y -2 del Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) reemplazan a 300 778-1 & -2: permite 3 capas de transporte físico (Telcordia Technologies (anteriormente Bellcore), British Telecom (BT) y Cable Communications Association (CCA)), combinadas con 2 formatos de datos Formato de mensaje de datos múltiples (MDMF) & Formato de mensaje de datos único (SDMF), más el sistema de multifrecuencia de doble tono (DTMF) y un modo sin timbre para lectura de medidores y similares. Es más un reconocimiento de que existen diferentes tipos que un intento de definir un único "estándar".
Tecnologías Telcordia
El estándar de Telcordia Technologies (anteriormente Bellcore) se utiliza en los Estados Unidos, Canadá (pero consulte a continuación), Australia, China, Hong Kong y Singapur. Envía los datos después del primer tono de llamada y utiliza la modulación de tono Bell 202 de 1200 bits por segundo. Los datos se pueden enviar en SDMF, que incluye la fecha, la hora y el número, o en MDMF, que agrega un campo NOMBRE.
Telecomunicaciones británicas
British Telecom (BT) en el Reino Unido desarrolló su propio estándar, que activa la pantalla con una inversión de línea y luego envía los datos como tonos de módem CCITT v.23 en un formato similar a MDMF. Lo utilizan BT, redes inalámbricas como la última Ionica y algunas compañías de cable. Los detalles se encuentran en las Notas de información para proveedores (SIN) de BT 227 (enlace roto el 28/7/21) y 242 (enlace roto el 28/7/21); otro documento útil es Diseño de entrega de identificación de llamadas usando XR-2211 para BT del sitio web de EXAR.
Asociación de Comunicaciones por Cable
La Asociación de Comunicaciones por Cable (CCA) del Reino Unido desarrolló su propio estándar que envía la información después de un breve primer timbre, ya sea como tonos Bell 202 o V.23. Desarrollaron un nuevo estándar en lugar de cambiar algunas "cajas de calle" (multiplexores) que no podían hacer frente al estándar BT. La industria del cable del Reino Unido utiliza una variedad de conmutadores: la mayoría son Nortel DMS-100; algunos son System X; Sistema Y; y Nokia DX220. Tenga en cuenta que algunos de estos utilizan el estándar BT en lugar del CCA. El formato de datos es similar al de BT, pero la capa de transporte se parece más a Telcordia Technologies, por lo que es más probable que los equipos norteamericanos o europeos lo detecten.