Operación y aplicaciones de modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)

La modulación por desplazamiento de frecuencia es la técnica de modulación digital más importante y también se conoce como FSK. Una señal tiene amplitud, frecuencia y fase como propiedades. Cada señal tiene estas tres propiedades. Para aumentar alguna de las propiedades de la señal, podemos optar por el proceso de modulación. Porque la técnica de modulación tiene varias ventajas. Entre estas, algunas de las ventajas son: tamaño reducido de la antena, evita la multiplexación de la señal, disminuye la SNR, es posible la comunicación de largo alcance, etc. Estas son las ventajas importantes del proceso de modulación. Si modulamos la amplitud de la señal binaria de entrada de acuerdo con la señal portadora, es decir, se llama modulación por desplazamiento de amplitud. Aquí, en este artículo, vamos a discutir sobre la modulación por desplazamiento de frecuencia y la modulación FSK, el proceso de demodulación junto con sus ventajas y desventajas.


¿Qué es la modulación por desplazamiento de frecuencia?

Se define como el cambio o mejora de las características de frecuencia de una señal binaria de entrada en función de la señal portadora. La variación de amplitud es una de las principales desventajas de ASK. Entonces, debido a esta técnica de modulación de demanda, se usa solo en pocas aplicaciones. Y su eficiencia energética espectral también es baja. Esto conduce a un desperdicio de energía. Por lo tanto, para superar estos inconvenientes, se prefiere la modulación por desplazamiento de frecuencia. FSK también se conoce como modulación por desplazamiento de frecuencia binaria (BFSK). La siguiente teoría de modulación por desplazamiento de frecuencia describe lo que sucede en frecuencia de modulación por desplazamiento.

Teoría de manipulación por cambio de frecuencia

Esta teoría de modulación por desplazamiento de frecuencia muestra cómo cambian las características de frecuencia de una señal binaria dependiendo de la señal portadora. En FSK, la información binaria se puede transmitir a través de una señal portadora con cambios de frecuencia. El siguiente diagrama muestra la diagrama de bloques de modulación por desplazamiento de frecuencia.

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Diagrama de bloques FSK

En FSK, se utilizan dos señales portadoras para producir formas de onda moduladas FSK. La razón detrás de esto es que las señales moduladas por FSK se representan en términos de dos frecuencias diferentes. Las frecuencias se denominan «frecuencia de marca» y «frecuencia espacial». La frecuencia de marca representaba el 1 lógico y la frecuencia espacial representaba el 0 lógico. Solo hay una diferencia entre estas dos señales portadoras, es decir, la portadora de entrada 1 tiene más frecuencia que la portadora de entrada 2.

Entrada portadora 1 = Ac Cos (2ωc+θ) t

Entrada portadora 2 = Ac Cos (2ωc-θ) t

Los interruptores del multiplexor 2:1 tienen la importante función de generar la salida FSK. Aquí el interruptor está conectado a la entrada portadora 1 para cada 1 lógico en la secuencia de entrada binaria. Y los interruptores están conectados a la entrada de la portadora 2 para todos los ceros lógicos de la secuencia binaria de entrada. Por lo tanto, las formas de onda moduladas FSK resultantes tienen frecuencias de marca y frecuencias espaciales.

formas de onda de salida de modulación fsk
Formas de onda de salida de modulación FSK

Ahora veremos cómo se puede demodular la onda modulada FSK en el lado del receptor. La demodulación se define como la reconstrucción de la señal original a partir de la señal modulada. Esta demodulación puede ser posible de dos maneras. Ellas son

  • Detección FSK consistente
  • Detección FSK inconsistente

La única diferencia entre el modo de detección coherente y no coherente es la fase de la señal portadora. Si la señal portadora que usamos en el lado del transmisor y en el lado del receptor está en la misma fase durante el proceso de demodulación, es decir, se llama medio de detección coherente y también se conoce como detección síncrona. Si las señales portadoras que usamos en el lado del transmisor y del receptor no están en la misma fase, dicho proceso de modulación se conoce como detección no coherente. Otro nombre para esta detección es detección asíncrona.

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Detección FSK consistente

En esta detección FSK síncrona, la onda modulada se ve afectada por el ruido al llegar al receptor. Por lo tanto, este ruido se puede eliminar utilizando el filtro de paso de banda (BPF). Aquí, en la etapa del multiplicador, la señal modulada FSK ruidosa se multiplica por la señal de la portadora local. oscilador dispositivo. Luego, la señal resultante pasa del BPF. Aquí, a este filtro de paso de banda se le asigna una frecuencia de corte que es igual a la frecuencia de la señal de entrada binaria. Así, se pueden autorizar las mismas frecuencias al dispositivo de decisión. Aquí, este dispositivo de decisión da 0 y 1 para el espacio y las frecuencias de marca de las formas de onda moduladas FSK.

consistente-fsk-detección
detección FSK consistente

Detección FSK inconsistente

La señal FSK modulada se pasa desde los filtros de paso de banda 1 y 2 con frecuencias de corte iguales a las frecuencias de espacio y marca. Por lo tanto, los componentes de señal no deseados pueden eliminarse del BPF. Y las señales FSK modificadas se aplican como entrada a los dos detectores de envolvente. Este detector de envolvente es un circuito de diodo (D). Basado en la entrada del detector de envolvente, entrega la señal de salida. Este detector de envolvente se utiliza en el proceso de demodulación de amplitud. Basado en su entrada, genera la señal y luego se pasa al dispositivo de umbral. Este dispositivo de umbral da los 1 y 0 lógicos para las diferentes frecuencias. Esto sería igual a la secuencia de entrada binaria original. Por lo tanto, la generación y detección de FSK se puede realizar de esta manera. Este proceso también puede ser conocido por el experimento de modulación y demodulación por desplazamiento de frecuencia. En este experimento FSK, el IC del temporizador 555 puede generar el FSK y el 565IC puede realizar la detección, lo que se conoce como bucle de bloqueo de fase (PLL).

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detección de fsk inconsistente
detección de FSK inconsistente

Hay unos pocos Ventajas y desventajas de la modulación por desplazamiento de frecuencia están enlistados debajo.

Ventajas

  • Proceso simple para construir el circuito.
  • Variaciones de amplitud cero
  • Soporta alta velocidad de datos.
  • Baja probabilidad de error.
  • Alta SNR (relación señal/ruido).
  • Más inmunidad al ruido que ASK
  • La recepción sin errores es posible con FSK
  • Útil en transmisiones de radio de alta frecuencia
  • Preferible en comunicaciones de alta frecuencia
  • Aplicaciones digitales de baja tasa de bits

Desventajas

  • Requiere más ancho de banda que ASK y PSK (modulación por cambio de fase)
  • Debido al alto requerimiento de ancho de banda, este FSK tiene limitaciones para usarse solo en módems de baja velocidad cuya tasa de bits es de 1200 bits/seg.
  • La tasa de bits erróneos es menor en el canal AEGN que en la modulación por desplazamiento de fase.

Entonces el frecuencia de modulación por desplazamiento es una de las mejores técnicas de modulación digital para aumentar las características de frecuencia de la señal binaria de entrada. Gracias a la técnica de modulación FSK podemos conseguir una comunicación sin errores en unas pocas aplicaciones digitales. Pero este FSK tiene una tasa de datos finita y consume más ancho de banda que puede ser superado por QAM, que se conoce como modulación de amplitud en cuadratura. Es la combinación de modulación de amplitud y modulación de fase.

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