FSK MODULACION DIGITAL

FSK: modulación por desviación de frecuencia.

La modulación por desplazamiento de frecuencia o FSK —del inglés Frequency Shift Keying— es una técnica de modulación para la transmisión digital de información utilizando dos o más frecuencias diferentes para cada símbolo.1 La señal moduladora solo varía entre dos valores detensión discretos formando un tren de pulsos donde uno representa un "1" o "marca" y el otro representa el "0" o "espacio".

En la modulación digital, a la relación de cambio a la entrada del modulador se le llama bit-rate y tiene como unidad el bit por segundo (bps).

A la relación de cambio a la salida del modulador se le llama baud-rate. En esencia elbaud-rate es la velocidad o cantidad de símbolos por segundo.

En FSK, el bit rate = baud rate. Así, por ejemplo, un 0 binario se puede representar con una frecuencia f1, y el 1binario se representa con una frecuencia distinta f2.

El módem usa un VCO, que es un oscilador cuya frecuencia varía en función del voltaje aplicado.

Sin embargo, a la modulación FSK no le afecta el ruido aditivo del canal, dado que la señal modulada codifica la información con los cambios de frecuencia, es decir, el receptor sólo tiene que contar el número de cruces por cero de la señal que recibe. Por tanto, suprime el ruido simplemente recortando la amplitud de la señal FSK, sin que ello afecte a la información.

Sólo cuando el nivel de ruido es tan alto que llega a forzar el paso por cero de la señal, es cuando se producen errores. Esto es tanto como suponer que S/N = 0dB, es decir, S = N.

El comportamiento frente al ruido de las señales moduladas en frecuencia es mucho mejor que el de las señales moduladas en amplitud, pero a cambio, el ancho de banda de las señales AM es mayor que el de las señales FM.

FSK

Vamos a considerar una modulación FSK. Desde un punto de vista general, el circuito modulador es como el de la figura:

La serie de bits 01100101…11011100 es transformada en niveles de +1 y -1 y enviada al modulador (VCO), en donde se asigna una frecuencia al +1 y otra al -1. En este caso, a la salida, tenemos la señal FSK clásica. Como podemos ver, la frecuencia de separación entre tonos (shift) se configura en el modulador y puede ser cualquier valor siempre que no sea inferior a la velocidad de modulación o baudrate (Br).

Hacemos notar aquí que el proceso de generación de bits en el modulador es independiente y no esta ni asociado ni sincronizado con otras partes del modulador.

El espectro de esa señal será rico en armónicos debido a la señal cuadrada y a las transiciones abruptas entre ambas frecuencias que eso produce. La mayor parte de la energía se concentra alrededor de las frecuencias en un área Br.

De aquí deducimos que el espectro mínimo de la señal será 2*Br si la separación entre frecuencias es de Br, aunque normalmente el espectro ocupado será de Frecuencia de separación (Shift)+Br. Los armónicos fuera de este espectro pueden suprimirse sin que afecte a la demodulación de la señal tal y como se hace en la practica.

Observe que el espectro de las frecuencias de la señal cuando la separación es BR no produce solape entre ellas. Si juntamos más las frecuencias, se producirá un solape de los espectros de cada tono produciéndose una fuerte interferencia mutua. El gráfico anterior explica la limitación de la separación entre tonos al valor Br en la modulación FSK clásica. Las matemáticas aplicables están suficientemente descritas en la teoría. También puede verse que la reducción de la separación de tonos dentro de lo permisible aumenta la eficiencia espectral de la señal.

También es recomendable reducir la energía en la conmutación de tonos al modular. Esto se consigue con un prefiltrado de los bits antes de modular.

Los filtros gausianos son ampliamente usados en FSK, lo que nos da un control efectivo del ancho de banda usado mediante el suavizado de las transiciones en el VCO, facilitando el control de los parámetros que afectan a la modulación.

En teoría, cualquier filtro capaz de suavizar las transiciones abruptas de la señal seria adecuado para esta función, pero el mejor comportamiento y características corresponde a los filtros gausianos.

FSK de banda reducida

Es una variante de FSK que se obtiene cuando la variación de frecuencia de la señal modulada da como resultado una diferencia de fase menor que π/2. El índice de modulación es pequeño. Su espectro de frecuencias es similar al de ASK. Se diferencian en que la amplitud de las armónicas se ve afectada por la frecuencia, superponiéndose a la FSK. Existe una coincidencia entre el ancho de banda necesario para ASK y para FSK de banda reducida.

Transmisión de desplazamiento mínimo del FSK[editar]

Recibe el nombre de MSK y su manera de transmitir es mediante el desplazamiento de la frecuencia de fase continua, CPFSK.

Es un FSK binario, salvo por la sincronización de las frecuencias de espacio y marca, a razón de bit de entrada binario, que se seleccionan de tal forma que difieren de la frecuencia central por un múltiplo impar de la mitad de la razón de bit:

, siendo n un número entero impar.

De esta manera, en la señal de salida analógica, aseguramos que exista una transición de fase fluida al variar de una frecuencia de espacio a una de marca.

La FSK es una técnica de modulación digital relativamente simple. Puede considerarse como una forma de modulación en ángulo con envolvente constante, similar a la modulación en frecuencia convencional con la diferencia de que la moduladora es un tren de pulsos binarios con amplitud que varía entre dos niveles discretos de voltaje, en lugar de una forma de onda con variación continua.

Transmisor FSK: Como se ha visto, en el FSK binario la frecuencia de la portadora se desvia en función de los datos binarios de entrada. Por lo tanto, la salida de un modulador FSK es una función escalón en el tiempo. A medida que la señal de entrada cambia de lógico 0 a lógico 1 y viceversa, la salida FSK cambia entre dos frecuencias: de la marca fm (lógico 1) y la espacio fe, (lógico 0). Cada vez que la condición lógica de la señal binaria de entrada cambia, existe un cambio en la frecuencia de salida de la señal FSK.

En consecuencia, la velocidad de cambio de la salida es igual a la velocidad de cambio de la entrada. La velocidad de cambio de la entrada del modulador se conoce como velocidad de bits y se mide en bits por segundos (bps). L a velocidad de cambio a la salida de

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