מבוא ל-FSK ו- 5G NR

Frequency Shift Keying (FSK) הוא אחד טכניקות מודולציה דיגיטלית הוותיקות והאמינות ביותר.זה מקודש נתונים על ידי שינוי תדירות המוביל בין קבוצה של ערכים דיסקרטיים, המייצג בדרך כלל בינארי 0 ו 1.פשטות של FSK, עמידות למגוון רחב של וריאציות, ועלויות יישום נמוכות הפכו אותו לתווך ביישומים קצרים, כגון Bluetooth, ומערכת הפעלה גמישה, המאפשרת של סוללות, המאפשרת, באופן קבוע, כדי להפעיל את רמות כוח המשיכה של אנרגיה.

5G רדיו חדש (NR), תקן עולמי עבור רשתות סלולריות הדור החמישי, לוקח גישה שונה לחלוטין.זה בנוי סביב Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), אשר מחלק ערוץ פס רחב לתוך הרבה צר, אוטגוניות subcarriers (Mcent) של תקשורת סלולרית-Mcent, בשילוב עם תכונות מתקדמות כמו מסיבית (multiputin-type), ⁇ iperiperiperiperiper-type), ומספקת נתונים גמישהנמוך, ו-Bal-of-indance נמוכה, ו-lent, ו-ltantative (מחדש) , , , , , , , , , , קיבולת גבוהה יותר גבוהה יותר, , , , קיבולת גבוהה יותר, , , קיבולת גבוהה יותר, , , קיבולת נמוכה יותר גבוהה יותר, , , קיבולת גבוהה יותר (מחדשנית (מחדשנית (מחדשנית (מחדשנית נמוכה יותר, קיבולת גבוהה, קיבולת גבוהה יותר גבוהה יותר, קיבולת גבוהה יותר, קיבולת גבוהה יותר, קיבולת גבוהה יותר, קיבולת גבוהה יותר, קיבולת גבוהה

השאלה אם FSK יכול להיות משותף עם או להיות מותאם ל 5G NR אינה רק מפעילי רשת. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . השאלה אם זה לא רק אם . . .אם ספק השאלה אם .אם .אם .אם .אם .אם .אם .אם .אם .אם .אם . . . .

עקרונות שינוי: FSK לעומת DM

FSK Fundamentals

FSK משנה את תדירות נושאת המטוסים על פי זרם הקלט. בצורתו הקטנה הפשוטה ביותר (BFSK), שני תדרים מייצגים 0 ו-1, סטיית התדירות מהתדירות המרכזית קובעת את מדד המודולציה:0hFLT:1 כאשר פליטות Bluetooth-FLT:2hFLT 3 הוא פחות מ-0.5, הספקטרום הוא קומפקטי יחסית, אך סובל משגיאה גרועה; בגרסאות גבוהות יותר של מעבר FSKSFSFSPTSLT (FSects) למעט רוחב (FK-FKD)

סטיית תדירות קשורה לשיעור נתונים: כדי להימנע מהתערבות בין-סימבול, תדירות ספיגה חייב להיות לפחות שיעור ה bit עבור גילוי לא-קוהרנטי.זה יוצר פער מסחר טבועה בין רוחב פס ופס. אפילו עם גרסאות מתקדמות כמו FSK רב-דרג (MFSK), יעילות ספקטרלית נותרה צנועה בהשוואה לתכניות מודולריות ליניאריות כמו QAM.

אדריכלות: 5G NR

5G NR משתמש שלDM עם תיקון מחזורי (CP-OFDM) עבור שני downlink ו uplink (עם DFT-spread של DM עבור uplink כדי להפחית את PAPR) ה- subcarrier ספיגה גמיש: 15 khog, 30 kHz, 60 kHz, 120 kHz, או 240 kHz, המאפשר הסתגלות שונה ללהקות תדירות ופריסה כל אחד יכול להיות מ-64KDKD) באופן עצמאי, עם מילימטר (QIC) עם , 000 CAMC, או 16AMC, 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 CAMC, 000 CAMC) , 000 , 000 , 000 CQT) , 000 CAMD) , 000 , 000 CAMD) , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 CDR- CDR- CDRI CDRDKKKKKKKKKY CKKKKKKKY CDR) , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 ,

היעילות הקינטית של DM עולה מ subcarriers חפיפה ללא להקות שמירה.לדוגמה, ערוץ 20 MHz עם 15 kHz ספאcing יכול לתמוך מעל 1200 subcarriers, כל אחד מהם מחזיק מספר סיביות לסמל. בשילוב עם MIMO מרחבי גילוי מרובים, שלDM משיגה עלייה של מעל 20 Gbps בתנאים אידיאליים.

רובוסטנס ו- Noise Performance

FSK מצטיין בסביבות עם עיוותים חמורים של amplitude או לא לינארי כי המעטפה הקבועה שלה להימנע שגיאות מושרה amplitude. זה הופך אותו אידיאלי עבור משדרים זולים שבו לינאריות קשה להבטיח. ofDM, עם הרזולוציה הגבוהה שלה עד לשיא-average יחס כוח (PAPR), דורש מגבר ליניארי זהיר ו back-off, צמצום יעילות כוח עבור סוללות בגודל של 3KS.

עם זאת, שלDM יכול להילחם בתדירות-selective fading באמצעות טעינה קצרה אדפטיבית וקידוד ערוצים, בעוד ש- FSK רחב של דיקור תדר הופך אותו ליותר רגיש להפרעות פס צר.5G NR משלב גם תיקון שגיאה מתקדם (LDPC וקודים Polar) ש-DM מנצל כדי לסגור את התקציב הקישור.

אתגרים ב 5G NR Networks

יעילות ספקטרום

המחסום הבסיסי ביותר הוא יעילות ספקטרלית.כדי לתמוך בנתוני העצומים המבוקשים על ידי 5G, כל הרץ חייב לשאת הרבה ביטים.יעילות ספקטרלית האופיינית של FSK היא מתחת ל 1 ביט/s/Hz עבור מודולציה בינארית; גם עם 4FSK, הוא מגיע סביב 2 סיביות / הרץ. 5G NR של DM עם 256QAM יקר להשיג מעל 8 / SK / ספקטרום אחר של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של 5G / S.

ניתן לשקול באמצעות FSK רק במגזרים המוגבלים רוחב פס, אבל רשת המשאבים של 5G NR מיועדת לייצוב הקצאת סמל DM. הכנסת גלפור FSK יוצר להקות שמירה אשר להפחית את השימוש הספקטרום הכולל.מפרטים 3GPP אינם מגדירים כיום גל מבוסס FSK עבור כל ערוץ 5GNR.

ההבדל עם DM Subcarriers

אותות FSK אינם אוטוקונים של תת-קרקעית DM.S.S.S.S. Shift קופץ לגרום לקוביות צד רחבות פס הנופלות בסמוך ל-DM subcarriers, יצירת התערבות בין-carrierת. גם עם סינון Gaussian, פליטות מחוץ לפס מ משדר FSK יכולות לעלות על דרישות המסכות הניתות המחמירות של 5GR ו-FG דורשות אבטחה, ו-FG, ו-FSD, ככל הנראה, או יותר ממכשירים של ציוד שידור קבוע; כל אמצעי אבטחה של ציוד שידור לא קיבולת הפעלה זהה של ציוד שידור.

לעומת זאת, אותות של DM מופיעים כרעש למקלט FSK.הכוח המצטבר של DM על פני הרבה תת-קררים יכול להפליג את החזית FSK, במיוחד אם המקלט FSK חסר סינון פס צר.זה הופך דו-קיום בתוך אותה נושאת בלתי-מהפכניתאמן ללא טכניקות שיתוף דינמית.

רדיו Front-End Constraints

ציוד משתמש 5G NR (UE) ותחנות הבסיס ממוטבים עבור DM. שרשראות RF משלבות מגברי כוח ליניאריים, ממירים אנלוגיים-לדיגיטליים (ADCs), ועדיפות דיגיטלית לטיפול ב-DM גבוה PAPR. אותם רכיבים יכולים לתמוך ב-FSK, אך ההפך אינו נכון: FSK- ספציפית רדיו יצטרך להוסיף משמעותית של עלויות כפולות להגדלת המורכבות.

יתר על כן, דרישות הסינכרון שונות.שלDM מסתמכות על זמן מדויק וסנכרון תדירות כדי לשמור על אורטוקיונאליות; 5G NR משיג זאת באמצעות אותות סינכרוניזציה ראשוניים ומשניים (PSS/SSS). מקלטי FSK משתמשים לעתים קרובות בזיהוי לא קבוע, שהוא סובלני יותר מתדירות נמוכה יותר, אך פחות יעיל.

בעיות שקיפות וסינכרון

שירותי ה-URL דורשים כפליים.FSK, עם משך הסמל הארוך יותר עבור שיעור נתונים נתון, עשוי להציג שקיפות נוספת בהשוואה ל-DM עם ספיגה תת-קרקעית קצרה.לדוגמה, 15 k שלDM סמל נמשך 66.7 מיקרו, בעוד שסימן 100 kbps BFSK עם 100Hz עשוי להיות סמל מעל 10 מיקרומטר, אבל יכול להיות יותר גבוה יותר על פני מחסנית תאים היברידיים יכול להיות יותר.

כוח סחר-offs

בעוד משדרי FSK יכולים לצרוך פחות כוח מאשר משדרים של DM עבור התפרצויות קצרות (בשל מגברי ההרחבה של envelope), 5G NR הציג תכונות חיסכון כוח כגון קבלת פנים בלתי פוסקת (DRX), מצבי שינה, ואותות התעוררות. An FSK-up מבוסס המקלט (WUR) הוא למעשה יישום פוטנציאלי אחד (ראו סעיף באסטרטגיות), עבור שידור מידע רציף, עם מידע יעיל יותר יעיל יותר באמצעות אנרגיה יעילה באמצעות שימוש יעיל יותר.

אסטרטגיות אינטגרציה פוטנציאליות עבור FSK ב 5G Systems

שינוי היברידי Schemes

גישה פרגמטית היא למזג FSK עם DM בשלב יחיד גלפור.לדוגמה, מ-DM subcarrier יכול להעסיק FSK כמודולציה פנימית, בעוד המבנה החיצוני נשאר שלDM. זה נקרא לפעמים FSK-OFDM או תדירות שינוי LTE על subcarPA. בפועל, זה מקטין את MFSK על כל תת-מערכת, אשר מניב תכונות נמוכות יותר מאשר QG-FDLCD.

היברידית נוספת היא להשתמש ב-FSK עבור ערוצי בקרה שבהם החוסן מקודם על שיעור הנתונים.לדוגמה, ערוץ הבקרה של ה- 5G NR (PUCCH) משתמש ב- BPSK ו- QPSK; החלפת band FSK צר יכול לשפר את תקציב הקישור למכשירים מתקדמים.

רדיו מבוסס תוכנה וגלימות גמישות

באמצעות פלטפורמות רדיו מוגדרות תוכנה (SDR) מאפשרות בחירה גלימות דינמיות המבוססת על תנאי ערוצים ודרישות שירות. תחנת בסיס 5G מצוידת ב- SDR יכול, בעיקרון, להקצות בלוק משאבים קטן לשידורי FSK כדי לשרת את מכשירי IoT או לבחון מושגים חדשים.רשת Open Radio Access Network (O-RAN) תומכת בעיבוד בסיס מודולרי, המאפשרת התאמה אישית עבור non-ODMforms.

האתגר המרכזי הוא החלפת גלימות בזמן אמת.מבנה המסגרת של 5G NR (10 מ' מסגרת רדיו מחולק לחטים ומיני-slots) חייב להיות מכובד.A זמן ייעודי או להקה תדר יכול להיות שמור עבור FSK, אבל זה להפחית את זמינות המשאבים של DM. SDR גם דורש מאיצים מתוכנתים (FPGAs, GPUs) כדי להתמודד עם מגוון רחב של עלויות והדגמה, חומרה מוגברת.

יישומים ממוקדים: IoT, M2M, ומכשירים נמוכים

מקרה השימוש המשכנע ביותר עבור FSK בהקשר 5G הוא עצום IoT (mMTC) 5G NR Lite (RedCap) מכשירים כבר להפחית את המורכבות על ידי תמיכה רוחב פס נמוך יותר (למשל, 20 MHz) ופחות שכבות MIMO. הולך רחוק יותר, ערוץ צר מבוסס FSK יכול להיות overlaid על נושאת 5G עבור החיישנים הפשוטים ביותר כי להעביר כמה פעמים ביום.

3GPP שחרר 17 הציג Narrowband IoT (NB-IoT) ו LTE-M במסגרת 5G, אך אלה משתמשים ב-DM (Single-tone או Multi-tone QPSK) הם משיגים יעילות דומה כוח כמו FSK באמצעות שידורים חד-טון עם רוחב פס צר.עם זאת, FSK אמיתי יכול להציע אפילו עלייה משמעותית יותר בשל המגבר הקבוע-אווירה של NSK.

דוגמה: Wake-Up Acceptrs (WUR)

מכשירים 5G NR יכולים לשלב מקלט מתעורר כוח נמוך המשגיח על אות טיגר FSK בעוד הראשי של DM transceiver הוא בשינה עמוקה.ה-UR משתמש מאוד כוח נמוך (מיקרו-דג'ים) ויכול להעיר את הרדיו הראשי רק כאשר יש צורך.זוהי גישה היברידית שבה FSK משמש כערוץ בקרה תמיד-על-על-על-על-ידי מטה-ה-ה-מטר חקרומים של WGPP את אותות הכוח (החזקים) ל-מ-מ-ידי מערכת הפעלה של ה-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-מ-

שימוש ב- Un מורשה Spectrum ו-Backhaul קישורים

5G NR פועל גם בלהקות לא מורשה (NR-U) ובגלי מילימטר-גליג. בסביבות אלה, רוחב הפס הרחב של FSK ניתן נסבל בקלות רבה יותר.לדוגמה, ב- 60 GHz (802.11ad/ay), מודולים חד-carrierים כמו FSK עשויים להציע יעילות נגד רעש בשלב מאשר DM. עם זאת, את מטרות הנתונים הגבוהות ביותר של מעצבים דמויי גל.

עבור backhaul אלחוטי, שבו קישורים קבועים להתחבר תאים קטנים, FSK יכול לשמש עבור טלמטים ובקרת בתדר נמוך, בעוד הנתונים העיקריים משתמשים שלDM. זה יישום נישה, אבל זה נמנע את הצורך ממשק רדיו נפרד.

כיוונים עתידיים והתאמה אישית

תפקיד 3GPP

3GPP הוא הגוף העיקרי להגדיר 5G NR סטנדרטים עד כה, רק של DM מבוסס גלפורמות נקבע עבור NR. כל מבוא של FSK ידרוש פריט מחקר חדש ומוצר עבודה, ככל הנראה תחת הכותרת של "הגל חדש" עבור תרחישים פריסה ספציפיים.AFLT:0K מסמך FLT:1 הוא 3GPP TS 38.211, אשר מגדירה אפשרות של עדכון פיזי של FGILO, אך ורק 20KECT, לעומת זאת, לעומת זאת, כולל, כולל, כולל, כולל, כולל, 000, כולל, כולל, 000, 000, 000, 000.

עיבוד אותות דיגיטליים

DSP מודרני יכול להקטין כמה חסרונות של FSK. אלגוריתמים מתקדמים כגון השוואת תדירות-דומיין עבור FSK (FD-FSK) יכול לשפר את יעילות הספקטרלית על ידי כך שתאפשר ספיגה קרובה יותר של טונים ללא שיעור שגיאות גובר.טכניקות ביטול הפחתת הפחתת הפחתת ההשוואה (Sccessiveהתערבות, או SIC) יכולות לאפשר FSK ו-MD לשתף אם ניתן להוכיח את ה-FScarirtirtirtird SCR (למשל: FSK) עם קובץ ה-FSDR.

רדיו קוגניטיבי ו- Dynamic Spectrum Access

במסגרת רדיו קוגניטיבית, תחנת בסיס 5G יכולה לזהות חלקים בלתי מנוצלים של הספקטרום ולהקצות אותם לשידורי FSK. זה דומה לגישה משותפת מורשה (LSA) אבל על קצב זמן עדין של רצף זמן רב.תחנת הבסיס תזמן בלוק משאב FSK שאינו סותר פעולה פעילה עם הקצאות למידה של DM. אלגוריתמים יכולים לחזות דפוסים תנועה ומכשיר זיהוי נכון זה עדיין תואם את הממשק 5G.

מסקנה

FSK ו-5G NR של DM מייצגים פילוסופיות עיצוב שונות ביסודן. FSK מאשר פשטות, חזקות למגבר אי-לינאריות, וצריכת חשמל נמוכה על חשבון יעילות ספקטרלית וקצב נתונים. 5G NR שלD ממקסמת באמצעות חישוב וגמישות באמצעות עיבוד רב-קריירטיבי. החלפת FSK עבור DM ב 5G היא בעיה לא יעילה, בשל בעיות חומרה מורכבות, והפרעות חומרה.

עם זאת, FSK יכול לשחק תפקיד תומך במערכות האקולוגיות של 5G. נתיבי שילוב פוטנציאליים כוללים גלפורציות היברידיות (FSK-OFDM), רדיוים המוגדרים בתוכנה שמקצים באופן דינמי ערוצי FSK, מקלטי ער לחיסכון בכוח, ועדכונים מיוחדים ב-IoT בספקטרום לא מורשה.

עבור מפעילי רשת ויצרניות מכשירים, אסטרטגיית prudent היא לפקח על ההתקדמות בגלימות גמישות וטכניקות כוח נמוך תוך המשך להסתמך על של DM עבור שירותי 5G הזרם המרכזי.עבור יישומי נישה IoT הדורשים חיי סוללה קיצוניים ושיעורי נתונים נמוכים, רדיו FSK ייעודי (למשל, Bluetooth, Zigbee, או מערכות תת-GHz קנייניות) נשארים בר קיימא כדי להשלים 5G של הראייה הארוכה של כל אחד מהם הוא ממשק אווירי, שבו הוא משתמש יעיל ביותר של מערכת ההפעלה FSK דרך טיפול יעיל ביותר, כאשר הוא ממשק משותף, הוא יעיל ביותר, באמצעות ממשק זה הוא יעיל באמצעות ממשק FK הוא יעיל, כאשר הוא יעיל באמצעות ממשק זה הוא יעיל באמצעות ממשק זה הוא יעיל ביותר, כלומר, הוא יעיל באמצעות ממשק עם ממשק עם ממשק יעיל יותר חכם יותר חכם יותר, הוא משתמש.