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. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

Olkoot nyt informaatiosignaalina kantataajuinen NRZ -signaali . 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 Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

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. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

Kuva 1. Continuous Phase FSK taajuusmuoto. 1 aika Kuva 1. Continuous Phase FSK taajuusmuoto. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

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. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

Kuva 2. CPFSK-moduloidun signaalin generointi VCO Kantataajuinen informaatiosignaali Kuva 2. CPFSK-moduloidun signaalin generointi Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

MSK:ssa taajuuksien välimatka on puolet symbolitaajuudesta. 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. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

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. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

Kuva 3. Ei-koherentti FSK-ilmaisu. KOMPARAATTORI Kuva 3. Ei-koherentti FSK-ilmaisu. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

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. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

Kuva 4. Koherentti FSK-ilmaisu. KOMPARAATTORI Kuva 4. Koherentti FSK-ilmaisu. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen

FSK-moduloinnin heikkoudet 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. Frequency Shift Keying Timo Mynttinen