Modulación por desplazamiento de frecuencia

En principio, la modulación FSK puede implementarse utilizando osciladores independientes de funcionamiento libre, conmutando entre ellos al inicio de cada período de símbolo. En general, los osciladores independientes no estarán en la misma fase y, por lo tanto, no tendrán la misma amplitud en el instante de conmutación, lo que provoca discontinuidades repentinas en la señal transmitida.

En la práctica, muchos transmisores FSK utilizan un único oscilador, y el cambio a una frecuencia diferente al inicio de cada período de símbolo preserva la fase. La eliminación de discontinuidades en la fase (y, por lo tanto, la eliminación de cambios bruscos de amplitud) reduce la potencia de las bandas laterales , disminuyendo así la interferencia con los canales vecinos.

En lugar de modular directamente la frecuencia con los símbolos de datos digitales, cambiando la frecuencia "instantáneamente" al comienzo de cada período de símbolo, la modulación 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 banda lateral , disminuyendo la interferencia con 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 , ^{[ 7 ]} IEEE 802.15.4 , dispositivos Z-Wave y Wavenis , y por los populares modos digitales FT8 utilizados en radioaficionados , implementados por el software WSJT-X y PSK Reporter . Para la velocidad de datos básica de Bluetooth, la desviación mínima es de 115  kHz.

Un modulador GFSK se diferencia de un modulador de 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, pasa por un filtro gaussiano para suavizar las transiciones y limitar el ancho espectral. El filtrado gaussiano es un método estándar para reducir el ancho espectral; en esta aplicación se denomina conformación de pulsos .

En la modulación FSK convencional sin filtrar, en un salto de −1 a +1 o de +1 a −1, la forma de onda modulada cambia rápidamente, lo que introduce un amplio espectro fuera de banda. Si el pulso se modifica 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 , el espectro fuera de banda se reducirá. ^{[ 8 ]}

La modulación por desplazamiento de frecuencia mínima o modulación por desplazamiento mínimo (MSK) es una forma espectralmente eficiente de FSK coherente. En MSK, la diferencia entre la frecuencia más alta y la más baja es igual a la mitad de la tasa de bits. Por consiguiente, las formas de onda que representan un bit 0 y un bit 1 difieren exactamente en la mitad de un período de portadora. La desviación máxima de frecuencia 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 manera que las formas de onda para 0 y 1 sean ortogonales . 

En el estándar de telefonía móvil GSM se utiliza una variante de MSK denominada modulación por desplazamiento mínimo gaussiano ( GMSK ) .

La modulación 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 , lo que produce una señal codificada apta para su transmisión por radio o teléfono . Normalmente, el audio transmitido alterna entre dos tonos: uno, la "marca", representa un uno binario ; el otro, el "espacio", representa un cero binario.

La modulación AFSK se diferencia de la modulación por desplazamiento de frecuencia convencional en que realiza la modulación en frecuencias de banda base . En aplicaciones de radio, la señal modulada AFSK se utiliza normalmente para modular una portadora de RF (mediante una técnica convencional, como AM o FM ) para su transmisión.

AFSK no siempre se utiliza para comunicaciones de datos de alta velocidad, ya que es mucho menos eficiente en potencia y ancho de banda que la mayoría de los demás modos de modulación. ^{[ 9 ]} Sin embargo, además de su simplicidad, AFSK tiene la ventaja de que las señales codificadas se transmiten a través de enlaces acoplados en CA , incluyendo la mayoría de los equipos diseñados originalmente para transmitir música o voz.

AFSK se utiliza en el Sistema de Alerta de Emergencia con sede en EE. UU. para notificar a las estaciones sobre el tipo de emergencia, las ubicaciones afectadas y la hora de emisión sin necesidad de escuchar el texto de la alerta.

Las radios de la Fase 1 del sistema Proyecto 25 utilizan modulación por desplazamiento de frecuencia de 4 niveles (4FSK). ^{[ 10 ] [ 11 ]}

En algunos países de Europa , las normas 200 778-1 y -2 del Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) , que sustituyen a las 300 778-1 y -2 , permiten tres capas de transporte físico ( Telcordia Technologies (antes Bellcore), British Telecom (BT) y Cable Communications Association (CCA)), combinadas con dos formatos de datos : MDMF ( Multiple Data Message Format ) y SDMF ( Single Data Message Format ), además del sistema de multifrecuencia de doble tono (DTMF) y un modo sin timbre para la lectura de contadores y similares. Se trata más bien de un reconocimiento de la existencia de los distintos tipos que de un intento de definir un único "estándar".

El estándar de Telcordia Technologies (antes Bellcore) se utiliza en Estados Unidos , Canadá (véase más abajo), Australia , China , Hong Kong y Singapur . Envía los datos tras el primer tono de llamada y utiliza la modulación de tono Bell 202 de 1200 bits por segundo . Los datos pueden enviarse en formato SDMF ( que incluye la fecha, la hora y el número ) o en formato MDMF (que añade un campo de nombre).

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 a MDMF. Es utilizado por BT, redes inalámbricas como la extinta Ionica y algunas compañías de cable. Los detalles se pueden encontrar en las Notas de Información del Proveedor (SIN) de BT 227 Archivadas el 26/07/2014 en Wayback Machine (enlace roto el 28/07/2021) y 242 Archivadas el 26/07/2014 en Wayback Machine (enlace roto el 28/07/2021); otro documento útil es Designing Caller Identification Delivery Using XR-2211 for BT Archivada el 06/03/2016 en Wayback Machine del sitio web de EXAR .

La Asociación de Comunicaciones por Cable (CCA) del Reino Unido desarrolló su propio estándar, que envía la información tras un breve primer timbre, ya sea mediante tonos Bell 202 o V.23 . Desarrollaron un nuevo estándar en lugar de modificar algunos multiplexores que no eran compatibles con el estándar de BT. La industria del cable del Reino Unido utiliza diversos conmutadores: la mayoría son Nortel DMS-100; algunos son System X , System Y y Nokia DX220. Cabe destacar que algunos de estos utilizan el estándar de BT en lugar del de la CCA. El formato de datos es similar al de BT, pero la capa de transporte se asemeja más a la de Telcordia Technologies, por lo que es más probable que los equipos norteamericanos o europeos lo detecten.