บทความนี้เปรียบเทียบเทคนิคการมอดูเลชั่น 2FSK (2-level Frequency Shift Keying) และ 4FSK (4-level Frequency Shift Keying) โดยเน้นความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสองเทคนิค นอกจากนี้ เราจะกล่าวถึงการใช้งานรูปแบบการมอดูเลชั่นเหล่านี้ในระบบวิทยุดิจิทัลสมัยใหม่ด้วย

โดยทั่วไป FSK เป็นเทคนิคการมอดูเลชั่นที่ความถี่พาหะจะเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณดิจิทัลขาเข้าแบบเบสแบนด์ ในขณะที่แอมพลิจูดคงที่ ทำให้มีความทนทานต่อสัญญาณรบกวนค่อนข้างสูง ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่พึงประสงค์ในวิทยุดิจิทัล โดยพื้นฐานแล้ว ความถี่ที่แตกต่างกันจะแทนข้อมูลไบนารีดิจิทัลที่แตกต่างกัน ตัวถอดรหัส FSK จะแยกข้อมูลออกมาโดยการแยกแยะความเบี่ยงเบนของความถี่ต่างๆ เมื่อเทียบกับความถี่พาหะอ้างอิงที่ใช้ในตัวมอดูเลเตอร์ FSK

การมอดูเลชั่น 2FSK

ภาพที่ 1 แสดงบล็อกตัวปรับสัญญาณ 2FSK ทั่วไป ตัวเลขไบนารี (0 หรือ 1) จะถูกป้อนเป็นอินพุต และสัญลักษณ์ที่สอดคล้องกันจะถูกสร้างขึ้นเป็นเอาต์พุต แต่ละสัญลักษณ์ใน 2FSK บรรจุข้อมูล 1 บิต โดยพื้นฐานแล้ว 2FSK ก็คือ FSK นั่นเอง

ตารางที่ 1 แสดงการจับคู่ทั่วไประหว่างบิตอินพุตและความถี่เอาต์พุต:

ในทางคณิตศาสตร์ การมอดูเลชั่น 2FSK สามารถแสดงได้ดังนี้:

ที่ไหน:

• S1(t) แสดงถึงผลลัพธ์เมื่ออินพุตเป็นเลขฐานสอง '1'
• S2(t) แสดงถึงผลลัพธ์เมื่ออินพุตเป็นเลขฐานสอง '0'
• Ac คือแอมพลิจูดของคลื่นพาหะ
• Fc คือความถี่พาหะ
• Δf คือค่าเบี่ยงเบนความถี่

การมอดูเลชั่น 4FSK

ภาพที่ 2 แสดงบล็อกตัวปรับสัญญาณ 4FSK ในกรณีนี้ไดบิต (คู่ของบิต: 00, 01, 10 หรือ 11) ถูกใช้เป็นอินพุตเพื่อสร้างสัญลักษณ์เอาต์พุต แต่ละสัญลักษณ์บรรจุข้อมูล 2 บิต ซึ่งหมายความว่าอัตราข้อมูลของ 4FSK เป็นสองเท่าของ 2FSK สำหรับอัตราสัญลักษณ์ที่เท่ากัน

ตารางที่ 2 แสดงแผนผังการจับคู่ที่เป็นไปได้ระหว่างจำนวนบิตอินพุตและความถี่เอาต์พุตที่สอดคล้องกัน:

เช่นเดียวกับ 2FSK การมอดูเลชั่น 4FSK สามารถแสดงได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

ในระบบ 4FSK จะใช้ค่า Δf ที่แตกต่างกันสี่ค่า (ดังแสดงในตารางที่ 2) เพื่อแทนเลขฐานสองที่แตกต่างกันสี่ตัว ส่งผลให้ได้ความถี่เอาต์พุตที่สอดคล้องกัน

การเปรียบเทียบสเปกตรัมกำลัง

ดังที่แสดงในภาพ การมอดูเลชั่นแบบ 2FSK แสดงยอดคลื่นพาหะสองยอดที่แตกต่างกัน ในขณะที่การมอดูเลชั่นแบบ 4FSK แสดงยอดคลื่นพาหะสี่ยอด ความแตกต่างนี้เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่า 2FSK แสดงข้อมูลโดยใช้การเลื่อนเฟสของคลื่นพาหะสองค่าเมื่อเทียบกับความถี่คลื่นพาหะหลัก ในขณะที่ 4FSK ใช้การเลื่อนเฟสของคลื่นพาหะสี่ค่า

การประยุกต์ใช้ 4FSK

เทคโนโลยีวิทยุดิจิทัล เช่น DMR (Digital Mobile Radio), dPMR (Digital Private Mobile Radio), LMR และ NXDN โดยทั่วไปจะใช้การมอดูเลชั่นแบบ 4FSK