Modulación Digital FSK (Frecuency Shift Keying)

En realidad es una modulación FM con mensaje digital. Consiste en asignar a los ‘0’s y ‘1’s dos frecuencias diferentes, f1 y f2 respectivamente, lo que se consigue con dos osciladores (ver Modulador FSK) que conmutan entre ellos en función de la señal digital de entrada (ello puede provocar discontinuidades de fase entre las frecuencias f1 y f2), obteniendo a la salida la señal modulada FSK. En general FSK tiene un gran ancho de banda y alta inmunidad al ruido de canal.

Generación FSK:

Se observa en el modulador que al pasar de una frecuencia a otra puede provocar discontinuidades de fase entre los senoides de frecuencias f1 y f2. Si la frecuencia de corte de la señal moduladora digital es pequeña, en el espectro se observarán solo las frecuencias f1 y f2. Sin embargo, conforme se aumenta la frecuencia moduladora, el espectro parece más la superposición de 2 espectros ASK alrededor de f1 y f2, excepto por ciertas distorsiones.

Modularor FSK.

Espectro FSK:

Si la frecuencia de corte de la señal digital es pequeña en el espectro FSK se observarán solo las frecuencias f1 y f2. Conforme aumenta la frecuencia moduladora el espectro FSK tiene a una superposición de 2 espectros ASK alrededor de f1 y f2. La señal modulada FSK es en realidad una modulación FM con mensaje digital.

Espectro FSK.

Constelación FSK:

En este caso los ejes no representan dos fases con diferencia 90°, sino que cada eje representa una de las dos frecuencias transmitidas. Por lo tanto, los símbolos representan la amplitud de cada una de las frecuencias. La demodulación FSK se realiza de dos formas distintas: con un detector de filtros duales (DFD) o con un detector PLL que no requiere de señal de sincronismo.

Patrón de constelación para la forma de onda FSK indicada.

Demodulación FSK-DFD (Dual Filter Detector)

El detector DFD está compuesto por filtros pasa banda que extraen de la salida del comparador dos espectros centrados en cada frecuencia: f1 y f2. Luego se tienen dos detectores de envolvente semejantes a los de ASK, uno por cada frecuencia: f1 y f2. Después las salidas de los detectores de envolvente son dos niveles, los que al entrar a un comparador diferencial de salida se consigue recuperar la señal digital de la señal modulada FSK.

Al realizar una comparación diferencial entre los dos detectores de envolvente, el sistema es más robusto ante la atenuación y el ruido. A diferencia de la modulación ASK, las entradas al comparador se ajustan automáticamente, según el nivel de las señales detectadas (en ASK el nivel del comparador era fijo), ya que las variaciones de nivel afectan por igual a las dos ramas que entran al comparador diferencial.

Esquema de bloques para la detección por filtros duales DFD

Demodulación FSK-PLL

Se demodula utilizando un PLL ("Phase Locked Loop" o lazo de enganche de fase). El primer bloque es un filtro pasa banda seguido de un comparador para conseguir una señal sin ruido y de amplitud fija a la entrada del PLL.

EL VCO del PLL tiende a generar una señal igual en frecuencia y fase que la señal de entrada. En el multiplicador se obtiene una diferencia de fase entre la señal de entrada al PLL y la salida del VCO, que luego en el filtro pasa bajos LPF se traduce a una señal de error. Después del amplificador se tiene una tensión de control (proporcional a la diferencia de fase) que controla al VCO. Cada vez que la entrada modifica su frecuencia o fase, la diferencia de fase produce una variación de la tensión de control (entrada al VCO) a fin de que el error de fase se anule y de esa forma el PLL siga o se "enganche" con la señal de entrada. Por tanto, la señal de salida del PLL es una tensión relacionada con la frecuencia de la señal de entrada. Luego utilizando un comparador a un nivel adecuado, se demodula la señal FSK.

Esquema de bloques para la detección por PLL

REFERENCIAS:     Libro: Introducción a los sistemas de comunicación - 3ra Edición - F. G. Stremler
     Libro: Sistemas de Comunicación - B.P. LATHI.