Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Модуляция полосы пропускания
Аналоговая модуляция
Цифровая модуляция
Иерархическая модуляция
Расширенный спектр
Смотрите также
  • v
  • т
  • е
Пример двоичной FSK

Частотная манипуляция ( FSK ) - это схема частотной модуляции , в которой цифровая информация передается посредством дискретных изменений частоты несущего сигнала . [1] Эта технология используется в таких системах связи, как телеметрия , радиозонды с метеозондами , идентификация вызывающего абонента , устройства открывания гаражных ворот и низкочастотная радиопередача в диапазонах VLF и ELF . Самый простой FSK - это двоичный FSK ( BFSK ). BFSK использует пару дискретных частот для передачи двоичной (0 и 1) информации. [2] В этой схеме 1 называется частотой метки, а 0 - пространственной частотой.

Модуляция и демодуляция [ править ]

Существуют эталонные реализации модемов FSK, которые подробно документированы. [3] Демодуляция двоичного сигнала FSK может быть выполнена с использованием алгоритма Герцеля очень эффективно даже на микроконтроллерах с низким энергопотреблением. [4]

Варианты [ править ]

Непрерывная фазовая частотная манипуляция [ править ]

Основная статья: непрерывная фазовая частотная манипуляция

В принципе, FSK может быть реализован с использованием полностью независимых автономных генераторов и переключения между ними в начале каждого периода символа. В общем, независимые генераторы не будут иметь одинаковую фазу и, следовательно, одинаковую амплитуду в момент переключения, вызывая внезапные разрывы в передаваемом сигнале.

На практике многие передатчики с ЧМн используют только один генератор, и процесс переключения на другую частоту в начале каждого периода символа сохраняет фазу. Устранение разрывов фазы (и, следовательно, устранение резких изменений амплитуды) снижает мощность боковой полосы , уменьшая помехи для соседних каналов.

Гауссова частотная манипуляция [ править ]

Вместо того, чтобы напрямую модулировать частоту с помощью цифровых символов данных, «мгновенно» изменяя частоту в начале каждого периода символа, гауссова частотная манипуляция (GFSK) фильтрует импульсы данных с помощью гауссова фильтра, чтобы сделать переходы более плавными. Этот фильтр имеет преимущество уменьшения мощности боковой полосы , уменьшения помех с соседними каналами за счет увеличения межсимвольных помех . Он используется улучшенным протоколом уровня 2 , DECT , Bluetooth , [5] Cypress WirelessUSB , Nordic Semiconductor , [6] Texas Instruments LPRF ,Устройства IEEE 802.15.4 , Z-Wave и Wavenis . Для базовой скорости передачи данных Bluetooth минимальное отклонение составляет 115 кГц.

Модулятор GFSK отличается от простого модулятора с частотной манипуляцией тем, что перед тем, как сигнал основной полосы частот (уровни -1 и +1) переходит в модулятор FSK, он проходит через фильтр Гаусса, чтобы сделать переходы более плавными, чтобы ограничить его спектральную ширину. . Гауссова фильтрация - стандартный способ уменьшения ширины спектра; в данном приложении это называется формированием импульса .

В обычной нефильтрованной ЧМн при скачке от -1 до +1 или от +1 до -1 форма модулированного сигнала быстро изменяется, что приводит к появлению большого внеполосного спектра. Если импульс изменяется от -1 до +1 как -1, -0,98, -0,93, ..., +0,93, +0,98, +1, и этот более плавный импульс используется для определения несущей частоты , выход внеполосный спектр будет сокращен. [7]

Манипуляция с минимальным сдвигом [ править ]

Основная статья: манипуляция с минимальным сдвигом

Минимальная частотная манипуляция или минимальная частотная манипуляция (MSK) - это особая спектрально эффективная форма когерентной FSK. В MSK разница между более высокой и низкой частотой равна половине скорости передачи данных. Следовательно, формы сигналов, представляющие бит 0 и 1, отличаются ровно на половину периода несущей. Максимальное отклонение частоты составляет δ = 0,25  f m , где f m - максимальная частота модуляции. В результате индекс модуляции m равен 0,5. Это наименьший индекс модуляции FSK, который можно выбрать так, чтобы формы сигналов для 0 и 1 были ортогональными .

Гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом [ править ]

Основная статья: Гауссовская минимальная манипуляция сдвига

Вариант MSK, называемый гауссовой манипуляцией с минимальным сдвигом ( GMSK ), используется в стандарте мобильных телефонов GSM .

Звуковая частотная манипуляция [ править ]

Звуковая частотная манипуляция (AFSK) - этометод модуляции , при котором цифровые данные представляются изменениями частоты ( высоты тона ) звукового тона, в результате чего получается кодированный сигнал, подходящий для передачи по радио или телефону . Обычно передаваемый звук чередуется между двумя тонами: один, «метка», представляет собой двоичный тон; другой, «пробел», представляет двоичный ноль.

AFSK отличается от обычной частотной манипуляции тем, что выполняет модуляцию на частотах основной полосы частот. В радиоприложениях сигнал с модуляцией AFSK обычно используется для модуляции РЧ несущей (с использованием традиционной техники, такой как AM или FM ) для передачи.

AFSK не всегда используется для высокоскоростной передачи данных, поскольку он гораздо менее эффективен как по мощности, так и по полосе пропускания, чем большинство других режимов модуляции. [ Править ] В дополнении к своей простоте, однако, AFSK имеет то преимущество , что кодированные сигналы будут проходить через переменный ток - соединенные звенья, в том числе большинства оборудования , первоначально предназначенного для переноса музыки или речи.

AFSK используется в системе оповещения о чрезвычайных ситуациях в США для уведомления станций о типе чрезвычайной ситуации, затронутых местоположениях и времени возникновения проблемы без фактического прослушивания текста оповещения.

Непрерывная 4-х уровневая модуляция [ править ]

Радиостанции фазы 1 в системе Project 25 используют непрерывную 4-уровневую модуляцию FM (C4FM). [8] [9]

Приложения [ править ]

В 1910 году Реджинальд Фессенден изобрел двухтональный метод передачи кода Морзе. Точки и тире заменены на разные тона одинаковой длины. [10] Целью было минимизировать время передачи.

В некоторых ранних передатчиках CW использовался дуговой преобразователь, который не мог иметь удобную манипуляцию . Вместо того, чтобы включать и выключать дугу, ключ слегка изменял частоту передатчика с помощью метода, известного как метод компенсационной волны . [11] Компенсационная волна не использовалась в приемнике. Передатчики Spark, используемые для этого метода, потребляли значительную полосу пропускания и вызывали помехи, поэтому к 1921 году он был отвергнут [12].

Большинство ранних модемов телефонных линий использовали звуковую частотную манипуляцию (AFSK) для отправки и получения данных со скоростью примерно до 1200 бит в секунду. В Bell 103 и Bell 202 модемы использовали эту технику. [13] Даже сегодня для идентификации вызывающего абонента в Северной Америке используется AFSK со скоростью 1200 бод в форме стандарта Bell 202 . Некоторые ранние микрокомпьютеры использовали особую форму модуляции AFSK, стандарт Канзас-Сити , для хранения данных на аудиокассетах [ необходима цитата ] . AFSK до сих пор широко используется в любительском радио., поскольку он позволяет передавать данные через немодифицированное оборудование голосового диапазона.

AFSK также используется в системе экстренного оповещения США для передачи предупреждающей информации [ необходима цитата ] . Он используется при более высоких битрейтов для Weathercopy , используемых на Weatheradio по NOAA в США

CHU коротковолнового радио станция в Оттаве, Онтарио , Канада передает эксклюзивное время цифрового сигнал , закодированный с помощью AFSK модуляции. [ необходима цитата ]

АОН и стандарты удаленного измерения [ править ]

Частотная манипуляция (FSK) обычно используется по телефонным линиям для идентификации вызывающего абонента (отображение номеров вызывающих абонентов) и приложений удаленного измерения . Есть несколько разновидностей этой технологии.

Европейский институт телекоммуникационных стандартов [ править ]

В некоторых странах Европы , тем Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) стандартов 200 778-1 и -2 - замена 300 778-1 и -2 - 3 позволяют физические транспортные слои ( Telcordia Technologies (ранее Bellcore), British Telecom (BT) и кабель ассоциации связи (ОСО)), в сочетании с 2 форматы данных Формат множественных сообщений данных (MDMF) & Format Одно сообщение данных (SDMF), плюс многочастотного двойного тонального сигнала системы (DTMF) и режим не-кольца для измерителя -чтение и тому подобное. Это скорее признание того, что существуют разные типы, чем попытка определить единый «стандарт».

Telcordia Technologies [ править ]

Стандарт Telcordia Technologies (ранее Bellcore) используется в США , Канаде (но см. Ниже), Австралии , Китае , Гонконге и Сингапуре . Он отправляет данные после первого тонального сигнала вызова и использует модуляцию тона Bell 202 со скоростью 1200 бит в секунду . Данные могут быть отправлены в SDMF, который включает дату, время и номер, или в MDMF, который добавляет поле NAME.

British Telecom [ править ]

British Telecom (BT) в Соединенном Королевстве разработала свой собственный стандарт, который активизирует дисплей с изменением направления строки, а затем отправляет данные в виде модемных сигналов CCITT v.23 в формате, аналогичном MDMF. Его используют BT, беспроводные сети, такие как поздняя Ionica , и некоторые кабельные компании. Подробности можно найти в Информационных заметках поставщика BT (SIN) 227 и 242 ; еще один полезный документ - « Разработка системы идентификации вызывающего абонента с использованием XR-2211 для BT» с веб-сайта EXAR .

Ассоциация кабельной связи [ править ]

Ассоциация кабельной связи (CCA) Соединенного Королевства разработала свой собственный стандарт, который отправляет информацию после короткого первого звонка в виде тонов Bell 202 или V.23 . Они разработали новый стандарт вместо того, чтобы менять некоторые «уличные боксы» (мультиплексоры), которые не справлялись со стандартом BT. Кабельная промышленность Великобритании использует самые разные переключатели: большинство из них - Nortel DMS-100; некоторые относятся к Системе X ; Система Y ; и Nokia DX220. Обратите внимание, что некоторые из них используют стандарт BT вместо стандарта CCA. Формат данных похож на формат BT, но транспортный уровень больше похож на Telcordia Technologies, поэтому в Северной Америке или европейское оборудование с большей вероятностью его обнаружит.

См. Также [ править ]

  • Амплитудная манипуляция (ASK)
  • Непрерывная фазовая частотная манипуляция (CPFSK)
  • Двухтональный многочастотный (DTMF), другой метод кодирования, представляющий данные парами звуковых частот
  • Сигнализация изменения частоты
  • Множественная частотная манипуляция (MFSK)
  • Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM)
  • Фазовая манипуляция (PSK)
  • Федеральный стандарт 1037C
  • MIL-STD-188
  • Модульная частотная манипуляция (S-FSK)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кеннеди, G .; Дэвис, Б. (1992). Электронные системы связи (4-е изд.). McGraw-Hill International. ISBN 978-0-07-112672-4., стр 509
  2. ^ FSK: сигналы и демодуляция (Б. Уотсон) http://www.xn--sten-cpa.se/share/text/tektext/digital-modulation/FSK_signals_demod.pdf Архивировано 07 сентября 2012 г. на Wayback Machine
  3. ^ Обучение DSP через практический пример модема FSK (TI) http://www.ti.com/lit/an/spra347/spra347.pdf
  4. ^ Модуляция и демодуляция FSK с микроконтроллером MSP430 (TI) http://www.ti.com/lit/an/slaa037/slaa037.pdf Архивировано 06 апреля 2012 г. на Wayback Machine
  5. ^ Суини, Д. "Введение в bluetooth как стандарт для беспроводных сетей малого радиуса действия" Proceedings. 15-я ежегодная конференция IEEE International ASIC / SOC, Рочестер, Нью-Йорк, США, 25–28 сентября 2002 г. , стр. 474–475. 2002. http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1158106
  6. ^ Nordic Semiconductor. nRF24LU1 + Предварительная спецификация продукта v1.2. Архивировано 20 февраля 2011 г. на Wayback Machine.
  7. ^ Bhagwat, Pravin (10 мая 2005). «Bluetooth: 1. Приложения, технологии и производительность» . п. 21 . Проверено 27 мая 2015 года .
  8. ^ Эссам Аталла и др. «Практический шаг вперед к программно-определяемым радиопередатчикам» . п. 1.
  9. ^ Стив Форд. "Цифровой справочник ARRL по УКВ" . 2008. с. 6-2.
  10. ^ Морс 1925 , стр. 44; Морс цитирует британский патент 2617/11.
  11. ↑ Бюро стандартов 1922 , стр. 415–416
  12. Перейти ↑ Little 1921 , p. 125
  13. ^ Kennedy & Davis 1992 , стр. 549-550
  • Бюро стандартов (1922), Принципы, лежащие в основе радиосвязи (второе изд.), Корпус связи армии США, ISBN 9781440078590, Брошюра по радиосвязи № 40. Доработана до 24 апреля 1921 г.
  • Литтл, Д. Г. (апрель 1921 г.), «Непрерывная радиосвязь» , Electric Journal , 18 : 124–129
  • Морс, AH (1925), Радио: Луч и радиовещание , Лондон: Эрнест Бенн Лимитед

Внешние ссылки [ править ]

  • dFSK: распределенная модуляция с частотной манипуляцией в плотных сенсорных сетях
  • M Nasseri, J Kim, M. Alam - Proceedings of the 17th Communications & Networking, 2014, Unified metric Расчет основанного на выборке турбокодированного некогерентного MFSK для мобильного канала
  • Дж. Ким, П. Раоран, М. Нассери, М. Алам - Материалы 46-го ежегодного симпозиума по моделированию, 2013 г., Анализ производительности NCQFSK с турбонаддувом на основе выборки для передачи данных изображения