Demodulaciones FSK de ancho de banda y velocidad de datos

Tengo una pregunta sobre las limitaciones de velocidad de datos impuestas por el ancho de banda para las señales FSK. Supongamos que transmito una señal FSK con frecuencias como:

F 1 = 2400 METRO H z ,
y
F 2 = 2401 METRO H z

que es detectado por un receptor. Suponiendo que la tensión de salida de CC del detector en el receptor es de 100 mVp para 2400 MHz y de 110 mVp para 2401 MHz. Sin centrarme en el diseño del circuito, ¿existe alguna limitación en la velocidad a la que puedo transmitir y recibir esta señal correctamente? Siempre escucho que el ancho de banda limita la tasa de datos, pero no entiendo exactamente por qué.

Respuestas (2)

Sin centrarme en el diseño del circuito, ¿existe alguna limitación en la velocidad a la que puedo transmitir y recibir esta señal correctamente?

El detector puede tardar algún tiempo en llegar a 0,11 voltios desde 0,10 voltios; esto puede ser nanosegundos, decenas de nanosegundos o cientos de nanosegundos, etc. Dado que no ha propuesto un diseño detallado, debe decidir cuál es ese factor. y, si cambia los datos demasiado rápido, puede tener un escenario en el que la salida de CC oscila (digamos) entre 0,104 voltios y 0,106 voltios para un flujo continuo de unos y ceros.

En este punto, se pregunta si cualquier aparición de ruido podría obligar a 0,104 voltios a estar más cerca de 0,106 voltios y producir un error en el flujo de bits recibido. Entonces te preguntas qué tasa de error de bit puedes tolerar.

Eso es más detalles de implementación que la pregunta busca evitar, que el vínculo teórico con el ancho de banda sobre el que la pregunta realmente está preguntando.
Estoy implicando ancho de banda cuando menciono la velocidad del detector. Hay otras áreas en las que el ancho de banda juega un papel, pero esto debería ser suficiente para generar un poco de aprendizaje o comprensión.
Gracias por el comentario. Soy consciente de las limitaciones del circuito. Pero desde una perspectiva de comunicación completamente teórica y no desde un diseñador de circuitos de RF, sigo escuchando que el ancho de banda limita la velocidad de datos. A partir de este ejemplo, no puedo ver cómo eso es posible.
También me gustaría agregar que seleccioné al azar esos voltajes de CC. Podría haber seleccionado 200 mV y 0 mV. Veo lo que está sugiriendo sobre la tasa de error de bit.
Bueno, dado un flujo de bits perfectamente codificados como FSK en un ancho de banda infinito, es decir, cambios instantáneos en la frecuencia, si pasa esa señal a través de un filtro de ancho de banda limitado, encontrará que la salida tarda más de cero femto segundos en cambiar de frecuencia. Eso significa efectivamente que el demodulador tarda más que nada en cambiar un bit. Consigue un simulador y demuéstralo a ti mismo si no me crees.

Si está utilizando un receptor óptimo con sincronización de portadora, de hecho existe una relación entre la diferencia de frecuencia ( Δ F = F 2 − F 1 ) y el factor de correlación cruzada ( ρ ) que determina la tasa de bits erróneos para una densidad espectral de ruido dada.

En pocas palabras, si ρ = 1 entonces las dos señales están relacionadas al 100%, no es posible una distinción en el receptor. Un caso especial importante es ρ = 0 . Tales señales son ortogonales, lo que significa que pueden separarse perfectamente de nuevo. Para FSK con un receptor coherente (con sincronización de portadora), tenemos señales ortogonales si Δ F = 1 2 ⋅ T S , dónde T S es la duración del símbolo (para FSK binario igual a la duración del bit).

Para acortar una larga historia: si la duración del símbolo se elige demasiado corta, el factor de correlación cruzada tiende a 1 y los errores aumentan.

Para un receptor simple no coherente (sin sincronización de portadora), la condición para señales ortogonales es Δ F = 1 T S .

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