FSK-Frequency Shift Keying

1. FSK-Frequency Shift Keying • FSK on takavuosina ollut yleisin digitaalisen modulaation toteutustapa. • FSK on helppo generoida ja ilmaista, ja se on tunteeton siirtokanavalla tapahtuviin amplitudivaihteluihin. • FSK:ssa informaatio koodataan käyttäen eri kantoaaltotaajuuksia esittämään eri symbolitiloja. • Moduloidun signaalin amplitudi on vakio. Timo Mynttinen

2. Analogisesta FM-modulaatiosta muistetaan, että siellä moduloidun signaalin hetkellinen taajuus on muotoa , jossa edustaa kantoaaltoa ja on suhteellinen vakio, joka yhdistää hetkellisen taajuuden muuttumisen informaatiosignaalin s(t) amplitudin muuttumiseen. • Olkoot nyt informaatiosignaalina kantataajuinen NRZ -signaali . • Silloin moduloidun FSK-signaalin muoto on Timo Mynttinen

3. Oletetaan seuraavaksi, että informaatiosignaali on bipolaarinen, eli se saa arvot +V ja -V. Tällöin moduloidun signaalin hetkellinen taajuus on muotoa • Taajuuden maksimipoikkeama on kaavassa näkyvä termi Tarkastelua helpottaa, kun informaatiosignaaliksi valitaan signaali , joka voi saada arvokseen vain arvot +1 ja -1 sen mukaisesti lähetetäänkö binaarinen 1 vaiko 0. • Tällä uudella määrittelyllä FSK-signaalin hetkelliseksi taajuudeksi saadaan kuva 1. Timo Mynttinen

4. 0 1 0 1 0 aika Kuva 1. Continuous Phase FSK taajuusmuoto. Timo Mynttinen

5. FSK-moduloidun signaalin generointi • Käytetään kantataajuista informaatiosignaalia jänniteohjatun oskillaattorin, VCO, ohjaukseen. • Tällä tavoin peräkkäisten symbolitilojen vaihesiirto on pehmeä, jatkuva. Puhutaan CPFSK-formaatista, Continuous Phase Frequency Shift Keying, kuva 2. Timo Mynttinen

6. VCO Kantataajuinen informaatiosignaali Kuva 2. CPFSK-moduloidun signaalin generointi Timo Mynttinen

7. FSK:n vaatima kaistanleveys on riippuvainen siitä, miten etäällä symbolitiloihin käytettävät taajuudet ovat toisistaan. • Tässä voidaan tehdä joitakin optimointeja, yksi on MSK, Minimum Shift Keying. • MSK:ssa taajuuksien välimatka on puolet symbolitaajuudesta. Timo Mynttinen

8. Ei-koherentti FSK-ilmaisu • Yksinkertaisin menetelmä on käyttää kahta kaistanpäästösuodatinta, jotka on viritetty symbolitiloihin käytettyihin taajuuksiin. • Verrataan suodattimien lähtöjä yhden symbolin jaksonajan verran. • Se, jolla on suurempi aikakeskiarvo, voittaa. Kuva 3. • Tämä menetelmä on huonompi kuin vastaava koherentti ilmaisutapa, koska vaiheinformaatio jää hyödyntämättä. Timo Mynttinen

9. KOMPARAATTORI Kuva 3. Ei-koherentti FSK-ilmaisu. Timo Mynttinen

10. Koherentti FSK-ilmaisu • Koherentti FSK-ilmaisu on oikeastaan ihan samanlaista toimintaa kuin koherentti ASK-ilmaisu. Nyt vaan tarvitaan kaksi sekoitinta ja komparaattori, koska tutkittavia taajuuksia on kaksi, kuva 4. • Vastaanottimessa generoidaan taajuudet ja , joiden vaiheet synkronoidaan sisään tulevan signaalin kanssa. • Amplitudeja verrataan näytteenottohetkellä ja päätetään, onko kyseessä 0 vai 1. Timo Mynttinen

11. KOMPARAATTORI Kuva 4. Koherentti FSK-ilmaisu. Timo Mynttinen

12. FSK-moduloinnin edut • FSK ei ole herkkä amplitudivaihteluihin signaalitiellä. • Ilmaisu perustuu symbolitilojen taajuuksien suhteellisiin muutoksiin, eli absoluuttista taajuustarkkuutta ei vaadita. • FSK-moduloinnin heikkoudet • FSK vaatii kaistaa hieman enemmän kuin ASK tai PSK. • Bit/symboli virhetiheys on FSK:ssa hieman huonompi kuin PSK:ssa. Timo Mynttinen