Modulation
Frequencyshift Keying (FSK)
Wie digitale Daten über Frequenzänderungen eines Trägersignals übertragen werden.
FSK ist eine weit verbreitete digitale Modulationsart. Es wird verwendet, um digitale Daten über analoge Übertragungsmedien zu senden, indem die Frequenz eines Trägersignals entsprechend den binären Daten geändert wird.
Die einfachste Form von FSK ist Binary FSK oder auch 2-FSK. Hier werden nur 2 Frequenzen benutzt, um den 0 oder 1 Wert eines Bits darzustellen.
Komplexere Implementierungen verwenden entsprechend mehr Frequenzen und können dadurch gleichzeitig mehr Bits übertragen. 4-FSK z.B. kann die Symbole 00, 01, 10 und 11 gleichzeitig codieren.
FSK lässt sich als die digitale Variante der Frequenzmodulation verstehen: Statt eine Frequenz kontinuierlich einem analogen Basisbandsignal folgen zu lassen, springt sie zwischen einer festen Anzahl diskreter Werte.
Signalmodell und Bandbreite
Für binäres FSK lässt sich das Signal als Umschaltung zwischen zwei Trägerfrequenzen beschreiben:
x(t) = A · cos(2π (f_c ± Δf) t)
x(t) = A · cos(2π (f_c ± Δf) t)
Dabei ist $f_c$ die Mittenfrequenz und $\Delta f$ der Frequenzhub (Frequency Deviation) — der Abstand jeder der beiden Sendefrequenzen zur Mitte. Wie bei FM lässt sich die benötigte Übertragungsbandbreite über die Carson-Bandbreite abschätzen:
B ≈ 2 (Δf + f_b)
B ≈ 2 (Δf + f_b)
mit $f_b$ als Symbolrate (Baudrate). Ein größerer Frequenzhub verbessert die Störfestigkeit, benötigt aber mehr Bandbreite — derselbe Trade-off wie bei analoger FM gegenüber AM.
Demodulation
Für die Demodulation gibt es wie bei analoger FM zwei grundsätzliche Ansätze:
- Nicht-kohärent: Ein Frequenzdiskriminator oder Nulldurchgangs-Zähler (Zero-Crossing-Detector) bestimmt direkt die Momentanfrequenz, ohne dass der Empfänger die exakte Trägerphase kennen muss. Einfach zu implementieren, robust, aber etwas störempfindlicher.
- Kohärent: Ein Quadratur-Demodulator mischt das Signal mit einem lokal nachgeführten Referenzträger herunter und wertet Phase bzw. Frequenz im Basisband aus — höhere Empfindlichkeit, dafür ist eine Trägerrekonstruktion nötig.
Ein durchgerechnetes Praxisbeispiel für beide Bausteine — inklusive Zero-Crossing-Synchronisation und AGC — findet sich in der DDK9-RTTY-Demodulation, die genau ein solches FSK-Signal des Deutschen Wetterdienstes verarbeitet.
Dies ist deine Darstellung eines FSK Signals vom Deutschen Wetterdienst, wie es auf 4583 kHz ausgesendet wird.
Dieses Signal enthält eine Textnachricht, die mit 50 Baud übertragen wird.
