การทำงานและการใช้งานความถี่ Shift Keying (FSK)

การคีย์กะความถี่มีความสำคัญที่สุด การมอดูเลตแบบดิจิทัล เทคนิคและเรียกอีกอย่างว่า FSK สัญญาณมีคุณสมบัติแอมพลิจูดความถี่และเฟส ทุกสัญญาณมีคุณสมบัติทั้งสามนี้ ในการเพิ่มคุณสมบัติสัญญาณใด ๆ เราสามารถไปที่กระบวนการมอดูเลตได้ เนื่องจากมีข้อดีต่างๆของ เทคนิคการมอดูเลต . ในข้อดีบางประการคือ - เสาอากาศ ขนาดลดลงหลีกเลี่ยงการมัลติเพล็กซ์ของสัญญาณลด SNR การสื่อสารระยะไกลสามารถทำได้เป็นต้นซึ่งเป็นข้อดีที่สำคัญของกระบวนการมอดูเลต หากเราปรับแอมพลิจูดของสัญญาณไบนารีอินพุตตามสัญญาณพาหะนั่นคือเรียกว่าการเปลี่ยนคีย์แอมพลิจูด ในบทความนี้เราจะพูดถึงสิ่งที่เป็นความถี่ shift keying และ FSK modulation, demodulation process พร้อมทั้งข้อดีและข้อเสีย

Frequency Shift Keying คืออะไร?

หมายถึงการเปลี่ยนแปลงหรือปรับปรุงลักษณะความถี่ของสัญญาณไบนารีอินพุตตามสัญญาณพาหะ การเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดเป็นหนึ่งในข้อเสียที่สำคัญใน ASK ดังนั้นเนื่องจากเทคนิคการมอดูเลตถามนี้ใช้ในแอปพลิเคชั่นบางตัวเท่านั้น และประสิทธิภาพการใช้พลังงานสเปกตรัมต่ำด้วย นำไปสู่การสูญเสียพลังงาน ดังนั้นเพื่อเอาชนะข้อเสียเหล่านี้จึงขอแนะนำให้ใช้การกดปุ่ม Shift ความถี่ FSK เรียกอีกอย่างว่าไบนารี การเปลี่ยนความถี่ (BFSK) ทฤษฎีการเปลี่ยนความถี่ด้านล่างอธิบายถึงสิ่งที่เกิดขึ้น การปรับคีย์การเปลี่ยนความถี่ .

ทฤษฎีการเปลี่ยนความถี่

ทฤษฎีการเปลี่ยนความถี่นี้แสดงให้เห็นว่าลักษณะความถี่ของสัญญาณไบนารีเปลี่ยนไปตามสัญญาณพาหะอย่างไร ใน FSK ข้อมูลไบนารีสามารถส่งผ่านสัญญาณพาหะพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ แผนภาพด้านล่างแสดงไฟล์ แผนภาพบล็อกการคีย์กะความถี่ .

FSK บล็อกไดอะแกรม

ใน FSK สัญญาณพาหะสองตัวถูกใช้เพื่อสร้างรูปคลื่นแบบมอดูเลต FSK เหตุผลเบื้องหลังนี้สัญญาณมอดูเลต FSK จะแสดงในรูปของความถี่ที่แตกต่างกันสองความถี่ ความถี่ดังกล่าวเรียกว่า 'mark frequency' และ 'space-frequency' ความถี่ของเครื่องหมายแสดงถึงลอจิก 1 และความถี่สเปซแสดงถึงลอจิก 0 มีความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างสัญญาณพาหะทั้งสองนี้คืออินพุตของผู้ให้บริการ 1 มีความถี่มากกว่าอินพุตของผู้ให้บริการ 2

อินพุตของผู้ให้บริการ 1 = Ac Cos (2ωc + θ) t

อินพุตของผู้ให้บริการ 2 = Ac Cos (2ωc-θ) t

สวิตช์ของมัลติเพล็กเซอร์ 2: 1 มีบทบาทสำคัญในการสร้างเอาต์พุต FSK ที่นี่สวิตช์เชื่อมต่อกับอินพุตของผู้ให้บริการ 1 สำหรับลอจิก 1 ทั้งหมดของลำดับอินพุตไบนารี และสวิตช์เชื่อมต่อกับอินพุตของผู้ให้บริการ 2 สำหรับลอจิก 0 ทั้งหมดของลำดับไบนารีอินพุต ดังนั้นรูปคลื่นที่มอดูเลต FSK ที่เป็นผลลัพธ์จึงมีความถี่มาร์คและความถี่อวกาศ

FSK-modulation-output-waveforms

ตอนนี้เราจะมาดูกันว่าคลื่นมอดูเลต FSK สามารถ demodulated ที่ด้านเครื่องรับได้อย่างไร Demodulation หมายถึงการสร้างสัญญาณดั้งเดิมขึ้นใหม่จากสัญญาณมอดูเลต demodulation นี้สามารถทำได้สองวิธี พวกเขาคือ

• การตรวจจับ FSK ที่สอดคล้องกัน
• การตรวจจับ FSK ที่ไม่สอดคล้องกัน

ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างวิธีการตรวจจับที่สอดคล้องกันและไม่เชื่อมโยงกันคือเฟสของสัญญาณพาหะ หากสัญญาณพาหะที่เราใช้ที่ด้านเครื่องส่งและด้านเครื่องรับอยู่ในเฟสเดียวกันในขณะที่กระบวนการ demodulation เรียกว่าวิธีการตรวจจับที่สอดคล้องกันและเรียกอีกอย่างว่าการตรวจจับแบบซิงโครนัส หากผู้ให้บริการสัญญาณที่เราใช้ที่ฝั่งเครื่องส่งและเครื่องรับไม่ได้อยู่ในเฟสเดียวกันกระบวนการมอดูเลตดังกล่าวเรียกว่าการตรวจจับแบบไม่ต่อเนื่องกัน อีกชื่อหนึ่งสำหรับการตรวจจับนี้คือการตรวจจับแบบอะซิงโครนัส

การตรวจจับ FSK ที่สอดคล้องกัน

ในการตรวจจับ FSK แบบซิงโครนัสนี้คลื่นมอดูเลตจะได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวนขณะไปถึงเครื่องรับ ดังนั้นเสียงรบกวนนี้สามารถกำจัดได้จากการใช้ไฟล์ ตัวกรอง bandpass (BPF). ที่ขั้นตอนตัวคูณสัญญาณมอดูเลต FSK ที่มีเสียงดังจะถูกคูณด้วยสัญญาณผู้ให้บริการจากท้องถิ่น ออสซิลเลเตอร์ อุปกรณ์ จากนั้นสัญญาณผลลัพธ์จะผ่านจาก BPF ที่นี่ตัวกรองแบนด์พาสนี้ถูกกำหนดให้ตัดความถี่ซึ่งเท่ากับความถี่สัญญาณอินพุตไบนารี ดังนั้นจึงสามารถอนุญาตให้ใช้ความถี่เดียวกันกับอุปกรณ์ตัดสินใจได้ ที่นี่อุปกรณ์การตัดสินใจนี้ให้ 0 และ 1 สำหรับช่องว่างและทำเครื่องหมายความถี่ของรูปคลื่นมอดูเลต FSK

การตรวจจับ FSK ที่สอดคล้องกัน

การตรวจจับ FSK ที่ไม่สอดคล้องกัน

สัญญาณ FSK แบบมอดูเลตจะถูกส่งต่อจากตัวกรองแบนด์พาส 1 และ 2 โดยตัดความถี่เท่ากับช่องว่างและทำเครื่องหมายความถี่ ดังนั้นส่วนประกอบสัญญาณที่ไม่ต้องการจึงสามารถถูกกำจัดออกจาก BPF ได้ และสัญญาณ FSK ที่แก้ไขแล้วจะถูกนำไปใช้เป็นอินพุตไปยังเครื่องตรวจจับซองจดหมายทั้งสอง เครื่องตรวจจับซองนี้เป็นวงจรที่มี ไดโอด (D) ขึ้นอยู่กับอินพุตไปยังเครื่องตรวจจับซองจดหมายจะส่งสัญญาณเอาต์พุต เครื่องตรวจจับซองจดหมายนี้ใช้ในกระบวนการ demodulation แอมพลิจูด ขึ้นอยู่กับอินพุตของมันจะสร้างสัญญาณจากนั้นจะถูกส่งต่อไปยังอุปกรณ์ขีด จำกัด อุปกรณ์ขีด จำกัด นี้ให้ตรรกะ 1 และ 0 สำหรับความถี่ที่แตกต่างกัน นี่จะเท่ากับลำดับอินพุตไบนารีดั้งเดิม ดังนั้นการสร้างและตรวจจับ FSK จึงทำได้ด้วยวิธีนี้ กระบวนการนี้สามารถทราบได้สำหรับไฟล์ การปรับคีย์การปรับความถี่และการดีมอดูเลต ทดลองด้วย ในการทดลอง FSK นี้ FSK สามารถสร้างขึ้นโดย IC ตัวจับเวลา 555 และการตรวจจับสามารถทำได้โดย 565IC ซึ่งเรียกว่า a เฟสล็อกลูป (PLL) .

การตรวจจับ FSK ที่ไม่สอดคล้องกัน

มีน้อย ข้อดีและข้อเสียของการเปลี่ยนความถี่ อยู่ด้านล่าง

ข้อดี

• กระบวนการง่ายๆในการสร้างวงจร
• รูปแบบแอมพลิจูดเป็นศูนย์
• รองรับอัตราข้อมูลสูง
• โอกาสผิดพลาดต่ำ
• SNR สูง (อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน)
• ภูมิคุ้มกันด้านเสียงมากกว่า ASK
• การรับสัญญาณที่ปราศจากข้อผิดพลาดสามารถทำได้ด้วย FSK
• มีประโยชน์ในการส่งสัญญาณวิทยุความถี่สูง
• เป็นที่นิยมในการสื่อสารความถี่สูง
• แอปพลิเคชั่นดิจิทัลความเร็วต่ำ

ข้อเสีย

• ต้องใช้แบนด์วิดท์มากกว่า ASK และ PSK (การคีย์กะระยะ)
• เนื่องจากความต้องการแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ FSK นี้จึงมีข้อ จำกัด ให้ใช้เฉพาะในโมเด็มความเร็วต่ำซึ่งอัตราบิตคือ 1200 บิต / วินาที
• อัตราความผิดพลาดของบิตในช่อง AEGN น้อยกว่าการคีย์กะเฟส

ดังนั้นไฟล์ การเปลี่ยนความถี่ เป็นหนึ่งในเทคนิคการมอดูเลตแบบดิจิทัลที่ดีเพื่อเพิ่มลักษณะความถี่ของสัญญาณไบนารีอินพุต ด้วยเทคนิคการมอดูเลต FSK เราสามารถบรรลุการสื่อสารที่ปราศจากข้อผิดพลาดในแอปพลิเคชันดิจิทัลบางตัว แต่ FSK นี้มีอัตราข้อมูลที่ จำกัด และใช้แบนด์วิดท์มากกว่าที่สามารถเอาชนะได้โดย QAM ซึ่งเรียกว่าการมอดูเลตแอมพลิจูดกำลังสอง เป็นการรวมกันของการมอดูเลตแอมพลิจูดและการมอดูเลตเฟส