Частотная манипуляция - Frequency-shift keying

Полоса пропускания модуляция
Аналоговая модуляция
Цифровая модуляция
Иерархическая модуляция
Расширенный спектр
Смотрите также
Пример двоичной FSK
FSK-FMCW Principle.png

Частотная манипуляция (ФСК) это модуляция частоты схема, в которой цифровая информация передается через дискретные изменения частоты несущий сигнал.[1] Технология используется в таких системах связи, как телеметрия, метеозонд радиозонды, идентификатор вызывающего абонента, открыватели ворот гаража, и низкочастотная радиопередача в VLF и ELF группы. Самый простой FSK - это двоичный ФСК (BFSK). BFSK использует пару дискретных частот для передачи двоичной (нулей и единиц) информации.[2] В этой схеме «1» называется частотой метки, а «0» - пространственной частотой.

Модуляция и демодуляция

Существуют эталонные реализации модемов FSK, которые подробно документированы.[3] Демодуляция двоичного сигнала FSK может быть выполнена с помощью Алгоритм Герцеля очень эффективно даже на маломощных микроконтроллерах.[4]

Вариации

Непрерывная фазовая частотная манипуляция

Основная статья: частотная манипуляция с непрерывной фазой

В принципе, частотная манипуляция может быть реализована с использованием полностью независимых автономных генераторов и переключения между ними в начале каждого периода символа. Как правило, независимые генераторы не будут иметь одну и ту же фазу и, следовательно, одинаковую амплитуду в момент переключения. , вызывая внезапные прерывания передаваемого сигнала.

На практике многие передатчики FSK используют только один генератор, и процесс переключения на другую частоту в начале каждого периода символа сохраняет фазу. Устранение разрывов в фазе (и, следовательно, устранение резких изменений амплитуды) снижает боковая полоса мощность, уменьшая помехи с соседними каналами.

Гауссова частотная манипуляция

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 Гауссов фильтр чтобы сделать переходы более плавными. Этот фильтр имеет преимущество уменьшения боковая полоса мощность, уменьшая интерференцию с соседними каналами, за счет увеличения межсимвольная интерференция. Он используется Улучшенный протокол уровня 2, DECT, Bluetooth,[5] Cypress WirelessUSB, Nordic Semiconductor,[6] Инструменты Техаса ФНРФ, IEEE 802.15.4, Z-волна и Wavenis устройств. Для базовой скорости передачи данных Bluetooth минимальное отклонение составляет 115 кГц.

Модулятор GFSK отличается от простого модулятора с частотной манипуляцией тем, что до основная полоса сигнал (уровни -1 и +1) переходит в модулятор FSK, он проходит через Гауссов фильтр чтобы сделать переходы более плавными, чтобы ограничить его спектральную ширину. Гауссова фильтрация - стандартный способ уменьшения ширины спектра; это называется формирование импульса в этом приложении.

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 несущая частота, внеполосный спектр будет уменьшен.[7]

Манипуляция с минимальным сдвигом

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. Максимум отклонение частоты составляет δ = 0,25жм, куда жм максимальная частота модуляции. В результате индекс модуляции м составляет 0,5. Это самая маленькая ФСК индекс модуляции который можно выбрать так, чтобы формы сигналов для 0 и 1 были ортогональный.

Гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом

Основная статья: Гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом

Вариант MSK, называемый гауссовой манипуляцией с минимальным сдвигом (ГМСК ) используется в GSM мобильный телефон стандарт.

Звуковая частотная манипуляция

Аудио частотная манипуляция (AFSK) - это модуляция техника, с помощью которой цифровые данные представлен изменениями в частота (подача ) из аудио тон, дающий закодированный сигнал, пригодный для передачи через радио или же телефон. Обычно передаваемый звук чередуется между двумя тонами: один, «метка», представляет собой двоичный один; другой, «пробел», представляет двоичный ноль.

AFSK отличается от обычной частотной манипуляции тем, что выполняет модуляцию при основная полоса частоты. В радиоприложениях сигнал с модуляцией AFSK обычно используется для модуляции РФ перевозчик (используя обычную технику, например ЯВЛЯЮСЬ или же FM ) для передачи.

AFSK не всегда используется для высокоскоростной передачи данных, поскольку он намного менее эффективен как по мощности, так и по полосе пропускания, чем большинство других режимов модуляции.[нужна цитата ] Однако, помимо своей простоты, AFSK имеет то преимущество, что закодированные сигналы проходят через AC -соединенный ссылки, включая большую часть оборудования, изначально предназначенного для передачи музыки или речи.

AFSK используется в США. Система аварийного оповещения для уведомления станций о типе аварийной ситуации, затронутых местоположениях и времени возникновения проблемы без фактического прослушивания текста предупреждения.

Непрерывная 4-уровневая модуляция

Радио фазы 1 в Проект 25 система использует непрерывную 4-уровневую модуляцию FM (C4FM).[8][9]

Приложения

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

Некоторые ранние передатчики CW использовали преобразователь дуги это не могло быть удобно ключевой. Вместо того, чтобы включать и выключать дугу, ключ слегка изменил частоту передатчика с помощью метода, известного как компенсационно-волновой метод.[11] Компенсационная волна на приемнике не использовалась. Датчики искры Используемый для этого метода потреблял большую полосу пропускания и вызывал помехи, поэтому к 1921 году он был отвергнут.[12]

Самая ранняя телефонная линия модемы использовала звуковую частотную манипуляцию (AFSK) для отправки и получения данных со скоростью примерно до 1200 бит в секунду. В Колокол 103 и Колокол 202 модемы использовали эту технику.[13] Даже сегодня в Северной Америке идентификатор вызывающего абонента использует AFSK со скоростью 1200 бод в виде Колокол 202 стандарт. Некоторые ранние микрокомпьютеры использовал особую форму модуляции AFSK, Стандарт Канзас-Сити, для хранения данных на аудиокассеты[нужна цитата ]. AFSK по-прежнему широко используется в любительское радио, поскольку он позволяет передавать данные через немодифицированное оборудование голосового диапазона.

AFSK также используется в США. Система аварийного оповещения передавать предупреждающую информацию[нужна цитата ]. Используется на более высоких битрейты за Weathercopy используется на Weatheradio к NOAA в США.

В CHU коротковолновое радио станция в Оттава, Онтарио, Канада передает эксклюзивный цифровой сигнал времени, закодированный с использованием модуляции AFSK.[нужна цитата ]

АОН и стандарты удаленного измерения

Частотная манипуляция (FSK) обычно используется по телефонным линиям для идентификатор вызывающего абонента (отображение номеров вызывающих абонентов) и дистанционный учет Приложения. Есть несколько разновидностей этой технологии.

Европейский институт телекоммуникационных стандартов

В некоторых странах Европа, то Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) стандарты 200778-1 и -2 - заменяющие 300778-1 и -2 - допускают 3 физических транспортных уровня (Telcordia Technologies (ранее Bellcore), British Telecom (BT) и Ассоциация кабельной связи (CCA)) в сочетании с 2 форматами данных Формат сообщения с несколькими данными (MDMF) и Формат единого сообщения данных (SDMF), плюс Двухтональный многочастотный (DTMF) и режим без звонка для считывания показаний счетчика и т.п. Это скорее признание того, что существуют разные типы, чем попытка определить единый «стандарт».

Telcordia Technologies

В Telcordia Technologies (ранее Bellcore) стандарт используется в Соединенные Штаты, Канада (но см. Ниже), Австралия, Китай, Гонконг и Сингапур. Он отправляет данные после первого сигнала вызова и использует 1200 бит в секунду Колокол 202 тональная модуляция. Данные могут быть отправлены в SDMF, который включает дату, время и номер, или в MDMF, который добавляет поле NAME.

British Telecom

British Telecom (BT) в объединенное Королевство разработали собственный стандарт, который пробуждает дисплей с переворотом строки, а затем отправляет данные как CCITT v.23 модем подает звуковой сигнал в формате, аналогичном MDMF. Используется BT, беспроводными сетями вроде позднего Ионика, и некоторые кабельные компании. Подробности можно найти в BT Информационные примечания для поставщиков (SIN) 227 и 242; еще один полезный документ Разработка доставки идентификации вызывающего абонента с использованием XR-2211 для BT от EXAR интернет сайт.

Ассоциация кабельной связи

В Ассоциация кабельной связи (CCA) Соединенного Королевства разработали собственный стандарт, который отправляет информацию после короткого первого звонка, либо Колокол 202 или же V.23 тонов. Они разработали новый стандарт вместо того, чтобы менять некоторые «уличные боксы» (мультиплексоры), которые не справлялись со стандартом BT. Кабельная промышленность Великобритании использует различные переключатели: большинство из них Nortel ДМС-100; некоторые Система X; Система Y; и Nokia DX220. Обратите внимание, что некоторые из них используют стандарт BT вместо стандарта CCA. Формат данных аналогичен BT, но транспортный уровень больше похож на Telcordia Technologies, поэтому североамериканский или европейское оборудование с большей вероятностью его обнаружит.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Kennedy, 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 В архиве 2012-09-07 в Wayback Machine
  3. ^ Обучение DSP на практическом примере FSK-модема (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 В архиве 2012-04-06 в Wayback Machine
  5. ^ Суини, Д. «Введение в Bluetooth как стандарт для беспроводных сетей малого радиуса действия» Ход работы. 15-я ежегодная конференция IEEE International ASIC / SOC, Рочестер, штат Нью-Йорк, США, 25-28 сентября 2002 г.С. 474–475. 2002 г. http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1158106
  6. ^ Nordic Semiconductor. nRF24LU1 + Предварительная спецификация продукта v1.2 В архиве 2011-02-20 на Wayback Machine
  7. ^ Бхагват, Правин (10 мая 2005 г.). «Bluetooth: 1. Приложения, технологии и производительность». п. 21 год. Получено 27 мая 2015.
  8. ^ Эссам Аталла и др.«Практический шаг вперед к программно-определяемым радиопередатчикам».п. 1.
  9. ^ Стив Форд."Цифровой справочник ARRL по УКВ".2008.стр. 6-2.
  10. ^ Морс 1925, п. 44; Морс цитирует британский патент 2617/11.
  11. ^ Бюро стандартов 1922 г., стр. 415–416
  12. ^ Маленький 1921, п. 125
  13. ^ Кеннеди и Дэвис 1992, стр. 549–550

внешняя ссылка