Bài viết này so sánh hai kỹ thuật điều chế 2FSK (Điều chế dịch tần 2 mức) và 4FSK (Điều chế dịch tần 4 mức), nêu bật những điểm khác biệt chính giữa chúng. Chúng ta cũng sẽ đề cập đến việc các sơ đồ điều chế này được sử dụng ở đâu trong các hệ thống vô tuyến kỹ thuật số hiện đại.

FSK, nói chung, là một kỹ thuật điều chế trong đó tần số sóng mang được thay đổi theo tín hiệu số băng tần cơ sở đầu vào, trong khi biên độ vẫn không đổi. Điều này làm cho nó tương đối ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu, một đặc tính mong muốn trong radio kỹ thuật số. Về cơ bản, các tần số khác nhau đại diện cho các dữ liệu nhị phân kỹ thuật số khác nhau. Bộ giải điều chế FSK trích xuất dữ liệu bằng cách phân biệt các độ lệch tần số khác nhau so với tần số sóng mang tham chiếu được sử dụng trong bộ điều chế FSK.

Điều chế 2FSK

‍

Hình 1 minh họa một khối điều chế 2FSK điển hình. Các chữ số nhị phân (0 hoặc 1) được đưa vào làm đầu vào, và các ký hiệu tương ứng được tạo ra làm đầu ra. Mỗi ký hiệu trong 2FSK mang 1 bit thông tin. Về bản chất, 2FSK chính là FSK.

Bảng 1 thể hiện sự tương ứng điển hình giữa các bit đầu vào và tần số đầu ra:

Về mặt toán học, điều chế 2FSK có thể được biểu diễn như sau:

S1(t) = AcCos[2π(Fc+Δf)t] S2(t) = AcCos[2*π(Fc-Δf)*t]

Ở đâu:

• S1(t) biểu thị đầu ra khi đầu vào là nhị phân '1'
• S2(t) biểu thị đầu ra khi đầu vào là nhị phân '0'
• Ac là biên độ sóng mang
• Fc là tần số sóng mang
• Δf là độ lệch tần số

Điều chế 4FSK

‍

Hình 2 minh họa một khối điều chế 4FSK. Trong trường hợp này, các cặp bit (00, 01, 10 hoặc 11) được sử dụng làm đầu vào để tạo ra các ký hiệu đầu ra. Mỗi ký hiệu mang 2 bit thông tin. Điều này có nghĩa là tốc độ dữ liệu của 4FSK gấp đôi so với 2FSK với cùng tốc độ ký hiệu.

Bảng 2 phác thảo một sự tương ứng khả thi giữa các bit đầu vào và tần số đầu ra tương ứng:

Tương tự như 2FSK, điều chế 4FSK có thể được biểu diễn bằng phương trình sau:

S(t) = AcCos[2π(Fc+Δf)*t]

Trong 4FSK, bốn giá trị Δf khác nhau (như thể hiện trong Bảng 2) được sử dụng để biểu diễn bốn bit nhị phân khác nhau, dẫn đến các tần số đầu ra tương ứng.

So sánh phổ công suất

Hình 3 so sánh phổ công suất của 2FSK và 4FSK.

Như hình minh họa cho thấy, điều chế 2FSK thể hiện hai đỉnh sóng mang riêng biệt, trong khi điều chế 4FSK hiển thị bốn đỉnh sóng mang. Sự khác biệt này xuất phát từ thực tế là 2FSK biểu diễn dữ liệu bằng cách sử dụng hai độ lệch pha sóng mang so với tần số sóng mang chính, trong khi 4FSK sử dụng bốn độ lệch pha sóng mang.

Ứng dụng của 4FSK

Các công nghệ vô tuyến kỹ thuật số như DMR (Digital Mobile Radio), dPMR (Digital Private Mobile Radio), LMR và NXDN thường sử dụng điều chế 4FSK.