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

Множественная частотная манипуляция ( MFSK ) - это разновидность частотной манипуляции (FSK), в которой используется более двух частот. MFSK - это форма M-арной ортогональной модуляции , где каждый символ состоит из одного элемента из алфавита ортогональных сигналов. M, размер алфавита, обычно является степенью двойки, так что каждый символ представляет log 2 M битов.

  • M обычно составляет от 4 до 64
  • Обычно также используется исправление ошибок

Основы [ править ]

В M-арной системе сигнализации, такой как MFSK, устанавливается «алфавит» из M тонов, и передатчик выбирает по одному тону из алфавита для передачи. M обычно является степенью 2, поэтому каждая передача тона из алфавита представляет собой log 2 M битов данных.

MFSK классифицируется как M-арная ортогональная схема передачи сигналов, потому что каждый из M фильтров обнаружения тона в приемнике реагирует только на свой тон, а не на другие; эта независимость обеспечивает ортогональность.

Как и другие М-ичные ортогональные схемы, требуемые Е б / N 0 отношения для заданной вероятности ошибки уменьшается по мере увеличения М без необходимости многосимвольного когерентного детектирования. Фактически, когда M приближается к бесконечности, требуемое отношение E b / N 0 асимптотически уменьшается до предела Шеннона -1,6 дБ . Однако это уменьшение происходит медленно с увеличением M, и большие значения нецелесообразны из-за экспоненциального увеличения требуемой полосы пропускания. Типичные значения на практике находятся в диапазоне от 4 до 64, и MFSK комбинируется с другой схемой прямого исправления ошибок , чтобы обеспечить дополнительный (систематический) выигрыш от кодирования. 

Спектральная эффективность схем модуляции MFSK уменьшается с увеличением порядка модуляции M : [1]

Как и любая другая форма угловой модуляции, которая передает один радиочастотный тон, который изменяется только по фазе или частоте, MFSK создает постоянную огибающую . Это значительно упрощает конструкцию ВЧ усилителя мощности, позволяя достичь большей эффективности преобразования, чем линейные усилители.

2-тональный MFSK [ править ]

Можно объединить две системы MFSK для увеличения пропускной способности канала. Возможно, наиболее широко используемой двухтональной системой MFSK является двухтональная многочастотная передача (DTMF), более известная под торговой маркой AT&T «Touch Tone». Другая - многочастотная (MF) схема, используемая в 20 веке для внутриполосной передачи сигналов по соединительным линиям между телефонными станциями. Оба являются примерами схем внутриполосной сигнализации, т. Е. Совместно используют канал связи пользователя.

Символы в алфавитах DTMF и MF отправляются в виде пар тонов; DTMF выбирает один тон из «высокой» группы и один из «низкой» группы, в то время как MF выбирает два своих тона из общего набора. DTMF и MF используют разные тональные частоты в основном для того, чтобы конечные пользователи не создавали помех межведомственной сигнализации. В 1970-х годах MF начали заменяться цифровой внеполосной передачей сигналов , преобразование, частично мотивированное широко распространенным мошенническим использованием сигналов MF конечными пользователями, известными как телефонные фрики .

Эти сигналы различимы, когда их принимают на слух, как быстрая последовательность пар тонов с почти музыкальным качеством. [2]

Одновременная передача двух тонов непосредственно по RF теряет свойство постоянной огибающей однотональной системы. Два одновременных РЧ-тона - это классический «стресс-тест» ВЧ-усилителя мощности для измерения линейности и интермодуляционных искажений . Однако два звуковых тона могут быть отправлены одновременно на обычной РЧ несущей ЧМ с постоянной огибающей , но некогерентное обнаружение ЧМ-сигнала на приемнике уничтожит любое преимущество отношения сигнал / шум, которое может иметь многотональная схема.

MFSK в ВЧ-связи [ править ]

Распространение небесной волны в высокочастотных диапазонах вносит случайные искажения, которые обычно меняются как во времени, так и по частоте. Понимание этих нарушений помогает понять, почему MFSK является таким эффективным и популярным методом на ВЧ.

Разброс задержки и пропускная способность когерентности [ править ]

Когда существует несколько отдельных путей от передатчика к приемнику, состояние, известное как многолучевое распространение , они почти никогда не имеют одинаковой длины, поэтому они почти никогда не демонстрируют одинаковую задержку распространения. Небольшие различия в задержках или разброс задержек размывают смежные символы модуляции вместе и вызывают нежелательные межсимвольные помехи .

Разброс задержки обратно пропорционален его аналогу в частотной области, ширине полосы когерентности . Это частотный диапазон, в котором коэффициент усиления канала относительно постоянен. Это связано с тем, что суммирование двух или более трактов с разными задержками создает гребенчатый фильтр, даже если отдельные тракты имеют плоскую частотную характеристику.

Время когерентности и доплеровское распространение [ править ]

Замирание - это (обычно случайное и нежелательное) изменение усиления тракта со временем. Максимальная скорость замирания ограничена физикой канала, например скоростью, с которой свободные электроны образуются и рекомбинируются в ионосфере, и скоростями облака заряженных частиц в ионосфере. Максимальный интервал, в течение которого усиление канала не изменяется заметно, - это время когерентности .

Канал с замираниями эффективно накладывает на сигнал нежелательную случайную амплитудную модуляцию . Так же, как полоса пропускания преднамеренной AM увеличивается со скоростью модуляции, замирания расширяют сигнал по частотному диапазону, который увеличивается с увеличением скорости замирания. Это доплеровское расширение , аналог времени когерентности в частотной области. Чем короче время когерентности, тем больше доплеровский разброс, и наоборот.

Проектирование MFSK для HF [ править ]

При соответствующем выборе параметров MFSK может допускать значительные доплеровские разбросы или разброс задержек, особенно когда он дополнен упреждающей коррекцией ошибок . (Устранение большого количества доплеровских сигналов и разброса задержки значительно сложнее, но все же возможно). Большой разброс задержек с небольшим доплеровским расширением можно смягчить с помощью относительно длинного периода символа MFSK, чтобы канал мог быстро «успокоиться» в начале каждого нового символа. Поскольку длинный символ содержит больше энергии, чем короткий для данной мощности передатчика, детектор может легче достичь достаточно высокого отношения сигнал / шум.(SNR). Результирующее снижение пропускной способности может быть частично компенсировано большим набором тонов, так что каждый символ представляет несколько битов данных; длинный символьный интервал позволяет более точно упаковывать эти тоны по частоте при сохранении ортогональности. Это ограничено экспоненциальным ростом размера набора тонов с количеством битов данных / символ.

И наоборот, если доплеровский разброс велик, а разброс задержки невелик, то более короткий период символа может позволить когерентное обнаружение тонов, и тона должны быть разнесены более широко, чтобы поддерживать ортогональность.

Самый сложный случай - это когда и задержка, и доплеровский разброс велики, т. Е. Ширина полосы когерентности и время когерентности малы. Это чаще встречается на полярных сияниях и в EME.каналов, чем на ВЧ, но такое бывает. Короткое время когерентности ограничивает время символа, или, точнее, максимальный интервал когерентного обнаружения на приемнике. Если энергия символа слишком мала для адекватного SNR для каждого символа при обнаружении, то альтернативой является передача символа, длина которого превышает время когерентности, но для его обнаружения с помощью фильтра, гораздо более широкого, чем фильтр, согласованный с переданным символом. (Вместо этого фильтр должен быть согласован с тональным спектром, ожидаемым на приемнике). Это захватит большую часть энергии символа, несмотря на доплеровское распространение, но обязательно будет делать это неэффективно. Также требуется более широкий интервал между тонами, т. Е. Более широкий канал. В этом случае особенно полезно прямое исправление ошибок.

Схемы MFSK для HF [ править ]

Из-за большого разнообразия условий, обнаруживаемых на HF, для HF было разработано большое количество схем MFSK, некоторые из которых являются экспериментальными. Некоторые из них:

  • MFSK8
  • MFSK16
  • Оливия МФСК
  • Коклет
  • Пикколо
  • ALE (MIL-STD 188-141)
  • DominoF
  • DominoEX
  • THROB
  • CIS-36 MFSK или CROWD-36
  • XPA, XPA2

Piccolo был оригинальным режимом MFSK, разработанным для связи с британским правительством Гарольдом Робином, Дональдом Бейли и Денисом Ральфсом из Дипломатической беспроводной службы (DWS), отделения Министерства иностранных дел и по делам Содружества. Впервые он был использован в 1962 году [3] и представлен в IEE в 1963 году. Текущая спецификация «Piccolo Mark IV» все еще ограниченно использовалась правительством Великобритании, в основном для двухточечной военной радиосвязи, вплоть до позднего времени. 1990-е гг. [4] [5]

Coquelet - аналогичная система модуляции, разработанная французским правительством для аналогичных приложений. [3]

MFSK8 и MFSK16 были разработаны Мюрреем Гринманом, ZL1BPU для любительской радиосвязи на ВЧ. Olivia MFSK также является радиолюбителем. Гринмэн также разработал DominoF и DominoEX для NVIS радиосвязи на верхней и нижней СЧ ВЧ частот (1.8-7.3 МГц).

Автоматическое установление связи (ALE) - это протокол, разработанный вооруженными силами США и используемый в основном в качестве автоматической системы передачи сигналов между радиостанциями. Он широко используется для военной и правительственной связи по всему миру и радиолюбителями. [6] [ требуется пояснение ] Он стандартизирован как MIL-STD-188-141B, [7] пришедший на смену более старой версии MIL-STD-188-141A.

"CIS-36 MFSK" или "CROWD-36" ( русский : Сердолик ) - это западное обозначение системы, подобной Piccolo, разработанной в бывшем Советском Союзе для военной связи. [8] [9] [10]

"XPA" и "XPA2" являются обозначениями ENIGMA-2000 [11] для политонных трансмиссий, которые, как сообщается, исходят от станций российской разведки и министерства иностранных дел. [12] [13] Недавно систему также называли «MFSK-20».

VHF и UHF связь [ править ]

Режимы MFSK, используемые для связи VHF , UHF :

  • DTMF
  • FSK441
  • JT6M
  • JT65
  • PI4

FSK441, JT6M и JT65 являются частями семейства WSJT или систем радиомодуляции, разработанных Джо Тейлором, K1JT , для междугородной радиолюбительской УКВ-связи в условиях маргинального распространения. Эти специализированные системы модуляции MFSK используются на радиотрассах тропосферного рассеяния, EME (Земля-Луна-Земля) и метеорассеяния.

PI4 [14] - это цифровой режим, специально разработанный для радиомаяков VUSHF и исследований распространения радиоволн. Этот режим был разработан в рамках проекта Next Generation Beacons среди других, используемых старейшим любительским радиомаяком в мире OZ7IGY . Декодер для PI4 доступен в программе PI-RX, разработанной Полом-Эриком Хансеном, OZ1CKG.

Первоначально DTMF был разработан для сигнализации телефонных линий. Он часто используется для приложений телеуправления (дистанционного управления) по голосовым каналам VHF и UHF.

См. Также [ править ]

  • PSK31
  • Радиотелетайп
  • Расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты также использует много разных частот, где каждый символ использует только одну частоту.
  • DTMF
  • Оливия МФСК
  • ALE (MIL-STD 188-141)
  • WSJT

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хайкин, С., 2001. Системы связи, John Wiley & Sons. Inc. - стр. 402
  2. ^ Scalsky, S .; Чейс, М. (1999). «Часто задаваемые вопросы о цифровых сигналах (версия 5), раздел 1-D» . Всемирная коммунальная сеть (WUN) . Проверено 27 ноября 2012 .
  3. ^ а б Гринман, М .; ЗЛ1БПУ (2005 г.). «Мир нечетких и цифровых режимов» . Архивировано из оригинального 24 апреля 2009 года . Проверено 6 января 2008 .
  4. ^ Klingenfuss, J. (2003). Руководство по коду радиоданных (17-е изд.) . Klingenfuss Publications. п. 163. ISBN. 3-924509-56-5.
  5. ^ Кэннон, Майкл (1994). Подслушивание британских военных . Дублин, Эйре: Cara Press. С. 103–104.
  6. ^ Klingenfuss, J. (2003). Руководство по коду радиоданных (17-е изд.) . Klingenfuss Publications. С. 72–78. ISBN 3-924509-56-5.
  7. ^ "MIL-STD 188-141B" (PDF) . Правительство США.
  8. ^ Klingenfuss, J. (2003). Руководство по коду радиоданных (17-е изд.) . Klingenfuss Publications. п. 91. ISBN 3-924509-56-5.
  9. ^ Scalsky, S .; Чейс, М. (1999). «Часто задаваемые вопросы по цифровым сигналам (версия 5), таблица 5-E» . Всемирная коммунальная сеть (WUN) . Проверено 27 ноября 2012 .
  10. ^ Ян Рэйт (2012-06-29). "CROWD36" . Проверено 30 июля 2017 .
  11. ^ Для получения информации о ENIGMA и ENIGMA-2000 см. Раздел «Примечания и ссылки» в Letter beacon .
  12. ^ Бомонт, П. (май 2008 г.). «Неуменьшенное (Atencion Uno Dos Tres)». Ежемесячный мониторинг . 3 (5): 69. ISSN 1749-7809 . 
  13. Перейти ↑ Beaumont, P. (июль 2008 г.). "Русский Интел (Atencion Uno Dos Tres)". Ежемесячный мониторинг . 3 (7): 69. ISSN 1749-7809 . 
  14. ^ PI4

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дехио, Лейф. «MFSK-системы (многочастотная манипуляция)» . Проверено 21 февраля 2008 .: Примеры различных сигналов MFSK.
  • Ford, S .; WB8IMY (2001). Цифровой справочник ARRL по ВЧ . ARRL . ISBN 0-87259-823-3.
  • Greenman, M .; ZL1BPU (2002). Цифровые режимы на все случаи жизни . RSGB . ISBN 1-872309-82-8.
  • Greenman, M .; ZL1BPU (январь 2001 г.). «МФСК нового тысячелетия». QST . ARRL : 12–14.
  • Greenman, M .; ЗЛ1БПУ (2005 г.). «Мир нечетких и цифровых режимов» . Архивировано из оригинального 31 августа 2006 года . Проверено 6 января 2008 .
  • Клингенфус Дж. (2003). Руководство по коду радиоданных (17-е изд.) . Klingenfuss Publications. ISBN 3-924509-56-5.
  • Ральфс, Дж. Д. (1985). Принципы и практика многочастотной телеграфии (IEE Telecommunications Series) . Питер Перегринус Ltd. ISBN 0-86341-022-7.
  • Скальский, С .; Чейс, М. (1999). «Часто задаваемые вопросы о цифровых сигналах (версия 5)» . Всемирная коммунальная сеть (WUN) . Проверено 6 января 2008 .
  • 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