Frequenzumtastung
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Die Frequenzumtastung (englisch Frequency Shift Keying, FSK) ist die digitale Form der Frequenzmodulation.
Dabei wird die Frequenz einer periodischen sinusförmigen Schwingung zwischen einem Satz unterschiedlicher, diskreter Werte verändert. Jeder Frequenzwert entspricht dabei einem bestimmten Digitalpegel. Ist das digitale Signal ein binäres Signal, also {0,1}, so werden zwei Frequenzwerte verwendet, bei einem ternären Signal drei Werte etc. Das Spektrum des modulierten Signals erhält nun aber den Frequenzgang des Rechteckimpulses, dessen Bandbreite theoretisch unendlich ist. Dies nennt man "harte FSK". Da das Spektrum aber für gewöhnlich begrenzt ist, wird der Rechteckimpuls vor der Aufmodulierung "abgerundet" und zu einem Sinusbogen oder Gaußkurve verformt. Damit ergibt sich eine wesentlich kleinere Bandbreite und man spricht von einer "weichen FSK". Gewöhnlich wird die bandbreitenbegrenzende Frequenzmodulation, also die weiche FSK verwendet.
Die wichtigsten Parameter der FSK sind der Frequenzhub und der Modulationsindex. Der Hub gibt an, wieviel Abstand zwischen den diskreten Frequenzwerten besteht. Der Modulationsindex ist das Verhältnis zwischen Hub und Bitrate.
[Bearbeiten] Anwendungen
Begrüßungsantwort eines angerufenen Faxes.
Dieses Modulationsverfahren wird in der Telekommunikation vielfältig eingesetzt, sowohl bei der Datenübertragung über Leitungen als auch im Funk. In der Mess- und Regeltechnik wird sie zur Datenübertragung nach dem HART-Protokoll eingesetzt. Die wohl älteste Anwendung ist die drahtlose Telegraphie.
Das Tonbeispiel gibt die akustische Antwort wieder, die ein Fax bei Anruf ausgibt. Das zweite und dritte Signal enthält Daten, die nach dem Standard V.21 mit 300Bit/s in FSK auf einen 1750Hz-Träger aufmoduliert wurden. Low entspricht der Frequenz 1650Hz, High 1850Hz. In der logarithmischen Fourier-Darstellung oben entsprechen diesen Frequenzen die beiden benachbarten Peaks links im Spektrum.
[Bearbeiten] Erweiterungen der Frequenzumtastung
MSK
Als Minimum Shift Keying bezeichnet man Frequenzumtastung mit einem Modulationsindex gleich 0,5. Als besondere Eigenschaft zeigt sich, dass das Verfahren Minimum Shift Keying identisch mit dem digitalen Modulationsverfahren Quadrature Phase Shift Keying mit einem Phasenoffset von π/2 ist.
GMSK
Gaussian Minimum Shift Keying ist ein MSK-Verfahren mit vorgeschaltetem Gauß-Filter. Dadurch werden die steilen Flanken von digitalen Signalen abgeflacht, was dazu führt, dass die hochfrequenten Anteile des Signales wegfallen. Dadurch wird für die Übertragung des Signals weniger Bandbreite benötigt. GMSK wird beispielsweise beim Mobilfunkstandard GSM eingesetzt. Bei GSM werden die Bits des Signals so von 3,7µs breiten Rechtecken zu 18,5µs langen Gauß-Impulsen. Die dadurch teilweise entstehenden Überlagerungen und daraus resultierenden Fehlinterpretationen benachbarter Bits wird nach der Demodulierung durch die Fehlerkorrektur des Viterbi-Algorithmus ausgeglichen.
AFSK
Eine besondere Form der Frequenzumtastung ist das Audio Frequency Shift Keying (=Niederfrequenz-Frequenzumtastung).
Hierbei wird ein Niederfrequenz-Signal in der Frequenz umgetastet und dann anschließend auf einen Hochfrequenz-Träger aufmoduliert.
Siehe auch: GFSK
