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| banda de paso de modulación |
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| Espectro ensanchado |
| Ver también |
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La codificación por desplazamiento de frecuencia ( FSK ) es un esquema de modulación de frecuencia en el que la información digital se transmite a través de cambios de frecuencia discretos de una señal portadora . [1] La tecnología se utiliza para sistemas de comunicación como telemetría , radiosondas de globos meteorológicos , identificador de llamadas , abre-puertas de garaje y transmisión de radio de baja frecuencia en las bandas VLF y ELF . El más simple es FSK binaria FSK ( BFSK ). BFSK utiliza un par de frecuencias discretas para transmitir información binaria (0 y 1). [2] Con este esquema, el 1 se llama frecuencia de marca y el 0 se llama frecuencia espacial.
Modulando y demodulando [ editar ]
Existen implementaciones de referencia de módems FSK y están documentadas en detalle. [3] 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. [4]
Variaciones [ editar ]
Modulación por desplazamiento de frecuencia de fase continua [ editar ]
En principio, FSK se puede implementar utilizando 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 la misma amplitud en el instante de conmutación, provocando discontinuidades repentinas en la señal transmitida.
En la práctica, muchos transmisores FSK utilizan un solo oscilador y el proceso de conmutación a una frecuencia diferente al comienzo de cada período de símbolo conserva la fase. La eliminación de discontinuidades en la fase (y por tanto la eliminación de cambios bruscos de amplitud) reduce la potencia de la banda lateral , reduciendo la interferencia con los canales vecinos.
Clave por desplazamiento de frecuencia gaussiana [ editar ]
En lugar de modular directamente la frecuencia con los símbolos de datos digitales, cambiando "instantáneamente" la frecuencia al comienzo de cada período de símbolo, la codificación 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 . Es utilizado por el protocolo de capa 2 mejorado , DECT , Bluetooth , [5] Cypress WirelessUSB , Nordic Semiconductor , [6] Texas Instruments LPRF ,Dispositivos IEEE 802.15.4 , Z-Wave y Wavenis . Para Bluetooth de velocidad de datos básica, la desviación mínima es 115 kHz.
Un modulador GFSK se diferencia de un modulador de manipulación por desplazamiento 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 hacer las transiciones más suaves para limitar el ancho espectral. El filtrado gaussiano es una forma estándar de reducir el ancho espectral; en esta aplicación se le llama modelado de pulso .
En FSK ordinario no filtrado, con 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 se cambia pasando de -1 a +1 como -1, -0,98, -0,93, ..., +0,93, +0,98, +1, y este pulso más suave se utiliza para determinar la frecuencia portadora , la salida Se reducirá el espectro de banda. [7]
Tecla de turno mínimo [ editar ]
La manipulación por desplazamiento de frecuencia mínima o la manipulación por desplazamiento mínimo (MSK) es una forma espectralmente eficiente particular de FSK coherente. En MSK, la diferencia entre la frecuencia más alta y la más baja es idéntica a la mitad de la tasa de bits. En consecuencia, las formas de onda que representan un 0 y un 1 bit difieren exactamente en la mitad de un período de portadora. La desviación de frecuencia máxima es δ = 0,25 f m , donde f m 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 .
Tecla de desplazamiento mínimo gaussiano [ editar ]
En el estándar de telefonía móvil GSM se utiliza una variante de MSK denominada codificación de desplazamiento mínimo gaussiano ( GMSK ) .
Tecla de cambio de frecuencia de audio [ editar ]
La codificación 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 , produciendo una señal codificada adecuada para su 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 manipulación por desplazamiento de frecuencia regular 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 otros modos de modulación. [ Cita requerida ] Además de su simplicidad, sin embargo, AFSK tiene la ventaja de que las señales codificadas pasarán a través de AC - acoplados enlaces, incluyendo la mayoría de equipos originalmente diseñado para llevar la música o de voz.
AFSK se utiliza en el sistema de alerta de emergencia con sede en EE. UU. Para notificar a las estaciones el tipo de emergencia, las ubicaciones afectadas y la hora del problema sin escuchar realmente el texto de la alerta.
Modulación continua de 4 niveles [ editar ]
Las radios de la fase 1 del sistema Project 25 utilizan modulación continua de FM de 4 niveles (C4FM). [8] [9]
Aplicaciones [ editar ]
 | Señal AFSK de 1200 baudios Escuche un ejemplo de una señal modulada por AFSK a 1200 baudios. |
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En 1910, Reginald Fessenden inventó un método de dos tonos para transmitir el código Morse. Los puntos y rayas fueron reemplazados por diferentes tonos de igual longitud. [10] La intención era minimizar el tiempo de transmisión.
Algunos de los primeros transmisores de CW empleaban un convertidor de arco que no se podía codificar cómodamente . En lugar de encender y apagar el arco, la tecla cambió ligeramente la frecuencia del transmisor en una técnica conocida como método de onda de compensación . [11] La onda de compensación no se utilizó 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. [12]
La mayoría de los primeros módems de línea telefónica utilizaban codificación por desplazamiento de frecuencia de audio (AFSK) para enviar y recibir datos a velocidades de hasta aproximadamente 1200 bits por segundo. Los módems Bell 103 y Bell 202 utilizaron esta técnica. [13] 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 . [ cita requerida ] AFSK todavía se usa ampliamente en radioaficionados, ya que permite la transmisión de datos a través de equipos de banda vocal no modificados.
AFSK también se utiliza en el sistema de alerta de emergencia de los Estados Unidos para transmitir información de advertencia. [ cita requerida ] Se usa a velocidades de bits más altas para Weathercopy usado en Weatheradio por NOAA en los EE. UU.
La estación de radio CHU de onda corta en Ottawa, Ontario , Canadá emite una señal de hora digital exclusiva codificada con modulación AFSK. [ cita requerida ]
Estándares de identificación de llamadas y medición remota [ editar ]
La codificación por desplazamiento de frecuencia (FSK) se usa comúnmente en las líneas telefónicas para la identificación de llamadas (que muestra los números de las personas que llaman) y aplicaciones de medición remota . Hay varias variaciones de esta tecnología.
Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones [ editar ]
En algunos países de Europa , los estándares 200778-1 y -2 del Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI), que reemplazan a 300778-1 y -2, permiten 3 capas de transporte físico ( Telcordia Technologies (antes Bellcore), British Telecom (BT) y Cable Communications Association (CCA)), combinado con 2 formatos de datos Formato de mensaje de datos múltiple (MDMF) y Formato de mensaje de datos único (SDMF), además del sistema multifrecuencia de tono dual (DTMF) y un modo sin timbre para el medidor -la lectura y cosas por el estilo. Es más un reconocimiento de que existen los diferentes tipos que un intento de definir un único "estándar".
Tecnologías Telcordia [ editar ]
El estándar Telcordia Technologies (anteriormente Bellcore) se usa en los Estados Unidos , Canadá (pero ver más abajo), 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 pueden enviarse en SDMF, que incluye la fecha, la hora y el número, o en MDMF, que agrega un campo NAME.
British Telecom [ editar ]
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 al MDMF. Es utilizado por BT, redes inalámbricas como la difunta Ionica y algunas compañías de cable. Los detalles se encuentran en las Notas de información del proveedor (SIN) 227 y 242 de BT ; Otro documento útil es Diseñar la entrega de identificación de llamadas usando XR-2211 para BT del sitio web EXAR .
Asociación de comunicaciones por cable [ editar ]
La Asociación de Comunicaciones por Cable (CCA) del Reino Unido desarrolló su propio estándar que envía la información después de un primer timbre corto, 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 América del Norte o los equipos europeos tienen más probabilidades de detectarlo.
Ver también [ editar ]
- Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK)
- Modulación por desplazamiento de frecuencia de fase continua (CPFSK)
- Multifrecuencia de doble tono (DTMF), otra técnica de codificación que representa datos por pares de frecuencias de audio
- Señalización de cambio de frecuencia
- Modulación por desplazamiento de frecuencia múltiple (MFSK)
- Multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)
- Modulación por desplazamiento de fase (PSK)
- Estándar federal 1037C
- MIL-STD-188
- Difusión de manipulación por desplazamiento de frecuencia (S-FSK)
Referencias [ editar ]
- ^ Kennedy, G .; Davis, B. (1992). Sistemas de comunicación electrónica (4ª ed.). McGraw-Hill International. ISBN 978-0-07-112672-4., p. 509
- ↑ FSK: Signals and Demodulation (B. Watson) http://www.xn--sten-cpa.se/share/text/tektext/digital-modulation/FSK_signals_demod.pdf Archivado el 7 de septiembre de 2012 en la Wayback Machine.
- ^ Enseñanza de DSP a través del estudio de caso práctico de un módem FSK (TI) http://www.ti.com/lit/an/spra347/spra347.pdf
- ^ Modulación y demodulación FSK con el microcontrolador MSP430 (TI) http://www.ti.com/lit/an/slaa037/slaa037.pdf Archivado el 6 de abril de 2012 en la Wayback Machine.
- ^ Sweeney, D. "Una introducción al bluetooth, un estándar para redes inalámbricas de corto alcance" Actas. 15ª Conferencia Anual Internacional ASIC / SOC de IEEE, Rochester, NY, EE.UU., 25-28 de septiembre de 2002 , págs. 474–475. 2002. http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1158106
- ^ Semiconductor nórdico. nRF24LU1 + Preliminary Product Specification v1.2 Archivado 2011-02-20 en Wayback Machine
- ^ Bhagwat, Pravin (10 de mayo de 2005). "Bluetooth: 1. Aplicaciones, tecnología y rendimiento" . pag. 21 . Consultado el 27 de mayo de 2015 .
- ^ Essam Atalla y col. "Un paso práctico hacia adelante hacia transmisores de radio definidos por software" . pag. 1.
- ^ Steve Ford. "Manual digital VHF de ARRL" . 2008. p. 6-2.
- ^ Morse 1925 , pág. 44; Morse cita la patente británica 2.617 / 11.
- ^ Oficina de normas , 1922 , págs. 415–416
- ↑ Little 1921 , p. 125
- ^ Kennedy y Davis 1992 , págs. 549–550
- Bureau of Standards (1922), The Principles Underlying Radio Communication (Segunda ed.), Cuerpo de Señales del Ejército de los EE. UU., ISBN 9781440078590, Folleto de comunicaciones por radio núm. 40. Revisado el 24 de abril de 1921.
- Little, DG (abril de 1921), "Comunicación por radio de onda continua" , Electric Journal , 18 : 124-129
- Morse, AH (1925), Radio: Beam and Broadcast , Londres: Ernest Benn Limited
Enlaces externos [ editar ]
- dFSK: Modulación de manipulación por desplazamiento de frecuencia distribuida en redes densas de sensores
- M Nasseri, J Kim, M Alam - Actas de la 17a Comunicaciones y Redes, 2014, Cálculo métrico unificado de MFSK no coherente turbo-codificado basado en muestreo para canal móvil
- J Kim, P Raorane, M Nasseri, M Alam - Actas del 46 ° Simposio anual de simulación, 2013, Análisis de rendimiento de NCQFSK turbo codificado basado en muestreo para la transmisión de datos de imágenes
