Frequency Shift Keying (FSK) היא טכניקה דיגיטלית מודולציה אשר מקודמת נתונים בינאריים על ידי שינוי תדירות של אות נושא בין ערכים דיסקרטיים. בהקשר של מערכות תחבורה חכמות (ITS), תקשורת vehicular Control חייב לפעול באופן אמין בתנאים תובעניים ביותר: מהירויות יחסיות גבוהות, סביבות עירוניות צפופות, ריבוי והתערבות אלקטרומגנטית ניכרת התפתחה כטיפול יעיל עבור יישומים פיזיים מסוימים, אך ורקמותק (IX) של אבטחה).

מימון תדירות שינוי Keying

(ב) [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בינארי ומארי

(בארי FSK) הוא הצורה הפשוטה ביותר, אך תוכניות מסדר גבוה באמצעות ההרחבה (FLT:0)MVSFLT:1K תדרים נפרדים (M-ary FSK) יכולות להגדיל את יעילות הספקטרום על ידי העברת מספר ביטים לסמל.לדוגמה, 4FSK משתמש ארבע תדרים כדי לקוד 2 סיביות לסמל, בעוד זה מקטין את הציון הנדרש עבור נתונים נמוכים, לדוגמה, כלומר, כלומר, לדרגה 4F2F1, באופן ישיר, באופן ישיר, כולל:

שיטות שינוי ופירוק

מודולים FSK ניתן ליישם באמצעות אוצילטורים מבוקר מתח (VCOs) או סינתזה ישירה דיגיטלית (DDS) במערכות vehicular, עיצובים אנלוגיים המבוססים על VCO הם פשוטים אך סובלים מעומס תדירות עקב טמפרטורה וגילוי שלב.DDS מספק סביבות מדויקות, תדירות יציבה מתיחה ועדיף לעתים קרובות ב- ITSceivers מודרניים.

יתרונות FSK עבור מערכות תחבורה חכמות

FSK מספק מספר יתרונות טכניים התואמים לדרישות התפעוליות של ITS. היתרונות האלה נעים הרבה מעבר לרשימה הבסיסית המסופקת בהקדמה.

  • (FLT:0) רובוסטנטיות ל Amplitude Fading:FLT:1 כי החלטת ההדגמה תלויה בתדירות ולא באמפליט, FSK מבצעת היטב בתנאים מהירים טיפוסיים של ערוצי vehicular.זה חשוב במיוחד עבור הודעות קריטיות בטיחות שיש לקבל למרות מכשולים של כלי רכב או תשתיות אחרות.
  • (FLT:0Simple, Low-Power Transceiver Design:FLT:1 noncoherent FSK המקלטים אינם דורשים לולאה של חברת פיתוח, צמצום מורכבות המעגל וצריכת החשמל - קריטי עבור יחידות לוחיות מופעלות על גבי סוללות (OBUs) ויחידות צדי כביש (RSUs) כוח נמוך גם מקטין את הפחתת פערי חום, ניהול תרמי במודולים במודולים סגורים.
  • (FLT:0) ,Resistance to Narrowband Interference:03: 1 אם אות מפריעה תופסת תדר מסוים, רק אחד תדרי הטון FSK עשוי להיות מושפע תיקון שגיאה קדימה (FEC) יכול לשחזר את הפיסות שאבדו, בעוד שמודולציות המבוססות על אמפליטיות יסבלו אובדן מוחלט של יחס אות-לא-לא-לאז מעבר לתקשור.
  • (FLT:0)Ease של אינטגרציה עם אנליגנו מערכות FMs קיימות:FLT (1:1 הרבה מערכות תקשורת vehicular מורשת (למשל, רדיו FMs, מערכות ניטור לחץ צמיג) להשתמש במודולציה תדר.FSK יכול להיות משותף עם מערכות אלה על ידי תכנון תדר זהיר, המאפשר הגירה הדרגתית ל- ITS דיגיטליים ללא תחליף תשתיות שלמות.
  • (FLT:0) אחריות לשידור ול- Multiuser Scenarios:FLT:1 הנכס העטיפה הקבוע של FSK מפשט את עיצוב מגברי חשמל, הימנעות מעיוותים מחוסרי לינאריות מאמפליטים.זהו יתרון עבור רבי עוצמה גבוהה RSU כי צריך לכסות אזורים רחב ללא מגבר ליניארי יקר.

אתגרים בסביבת Vehicular

למרות היתרונות שלה, פריסת FSK בתקשורת vehicular מציגה מספר אתגרים טכניים שיש לטפל בהם באמצעות עיצוב מערכת.

דופלר Shift ו-Frequency Unquity

כלי רכב מהירים מציגים שינויים דופלר משמעותיים - עד כמה קילוהרץ ב 5.9 GHz עם מהירויות יחסית מעל 200 ק"מ / שעה, שינוי זה מקטין את הטונים FSK המתקבלים מתדריהם הדומיניאליים, עלול לגרום להפרעות בין טון ועלייה BER.

Multipath Fading ו-Delay Spread

קניונים עירוניים, מנהרות, ופסיעות יוצרים סביבות מרובותפת עשירות.נכס המעטפה הקבוע של FSK מספק הגנה מסוימת מפני הפודינג שטוח, אבל הקידוד התדירות (שם התגובה הערוץ משתנה בכל תדרי הטון FSK) יכול לפגוע בחומרה בביצועים.אם טון אחד נופל בשפל עמוק, שיעור השגיאה עבור סמל זה עולה באופן דרמטי.

יעילות ו Bandwidth Constraints

(ב) FSK דורש יותר רוחב פס מאשר מודציות מבוססות שלב כגון שינוי שלב בינארי (BPSK) עבור שיעור נתונים נתון, BFSK בדרך כלל תופסת רוחב פס של בערך FLT:0RIRFLT:1 משמרת שלב 1:2bFLT 3:2bFLT 3 + 2Hz 4K4R ⁇ FOVA:5, אשר יכול להיות כפול של רוחב פס מינימלי של 5.92X (במיוחד ב-CECT)

מערכות Adjacent

הלהקה 5.9 GHz משותפת עם מכשירים לא מורשים (למשל, Wi-Fi 6E) וטכנולוגיות אחרות של vehicular. FSK המקלטs רגישים להפרעה משותפת וערוצית צמודה.

ניתוח השוואתי עם אחרים Modulation Schemes

כדי להבין היכן FSK מתאים בתוך הנוף של ITS, זה שימושי להשוות אותו עם חלופות נפוצות.

FSK לעומת שלב Shift Keying (PSK)

PSK, במיוחד BPSK ו- QPSK, הוא עמוד השדרה של סטנדרטים אלחוטיים רבים (למשל, IEEE 802.11p) PSK מציע יעילות ספקטרלית טובה יותר מאשר FSK עבור אותו שיעור נתונים.עם זאת, PSK רגיש מאוד לרעש שלב ודורש הדגמה קוהרנטית, אשר קשה לשמור על ערוצי אדפיר גבוה ללא מעקב מורכבים של רוחב פס.

FSK לעומת Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

סדר גבוה יותר QAM (למשל, 16-QAM, 64-QAM) מספק אפילו יעילות ספקטרלית גדולה יותר, אך פגיע לעיוותים של אמפליטיים וקידוד. בסביבות vehicular, וריאציות amplitude הנגרמות על ידי multipath ו Doppler יכול להפוך את QAM אימפולסיבי לתקשורת אמינה.

FSK לעומת Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

DM הוא המודולציה הדומיננטית במערכות סלולריות 4G/5G ו- IEEE 802.11p. ofDM מחלק את הנתונים ל-Fcarriers צרים רבים, מה שהופך אותו חזק לקידוד תדירות. עם זאת, שלDM סובל ממעלית גבוהה ל-Average System (PAPR), הדורש מגברי כוח ליניאריים שהם פחות יעילים.

אסטרטגיות וטכנולוגיות

פריסה מעשית של FSK ברשתות vehicular כוללת שילוב של אלגוריתמים הסתגלותיים, אפשרויות עיצוב חומרה ודבקות בסטנדרטים מתפתחים.

אפשרויות לFlowerquency Selection and Hopping

מכיוון שתנאי הערוץ משתנים במהירות עם תנועת הרכב, הקצאת תדר סטטי היא תת-אופטימית.תדירות הסתגלות (AFH), בדומה לזה המשמש ב- Bluetooth, מאפשרת ל- transceive כדי להימנע מתדרים עם הפרעה גבוהה או קידוד עמוק. בהקשר ITS, כל רכב או RSU יכולים לשמור על מפת איכות ערוץ ולבחור את המצע הטוב ביותר של תדרים עבור שידור FSK. גישה זו דורשת תיאום דרמטי יכול לשפר את האמינות המהימנות באזורים עירוניים.

מערכת היברידית FSK /PSK

כמה מודמים vehicular משתמשים בשילוב של FSK ו PSK כדי לנצל את היתרונות של שניהם.לדוגמה, הודעות בקרה (אזהרות בטיחותיות, משואות) מועברות באמצעות חזק, נמוך מורכבות נמוכה FSK, בעוד העברת נתונים גדולה (מפות, עדכוני תוכנה) מתגים QPSK או יותר סדר מודולציה כאשר הערוץ הוא המועדף.

תיקון תיקון קידוד והתאמה

בהתחשב בטעויות השבריריות האופייניות לערוצי Vehicular, מערכות FSK חייבות להשתמש בתיקון שגיאות קדימה חזק (FEC) קודים מהפכתיים, קודים טורבו וקודים נמוכים של רזולוציה (LDPC) משמשים בדרך כלל. Interleaving להפיץ שגיאות פורצות על פני בלוקים מרובים קודים, שיפור ביצועים של קידוד.

אינטגרציה עם DSRC ו- C-V2X

תקשורת קצרה ייעודית (DSRC) בארה"ב (IEEE 802.11p) ומקבילה האירופית (ITS-G5) בעיקר שימוש ב-DM עם QPSK ו- BPSK. עם זאת, תקן הדור הבא IEEE 802.11bd (2022) כולל שיפורים עבור ניידות מהירה גבוהה ויכול לתמוך במודולציות חלופיות.

שיקולים קשים

מנקודת מבט חומרה, FSK Transceivers ליהנות מפתרונות משולבים לחלוטין CMOS המשלבים DDS, ערבוב חשמל ומגברי מערכת בעלות נמוכה (SoCs) עבור יישומי רכב נכנסים לשוק, המאפשרים אימוץ המוני (DDS, עם זאת, את הליניאנס של מגבר הכוח של משדרטר יש לשמור כדי למנוע ספקטרום מרכזי; אותות אנלוגיים גבוהים (Cred) יש צורך להפחית את החששות מהירים של כוח עמוק (CDC) ולהפחית את הלחץ המהיר) להפחתה מהירה (CDC) כדי להפחית את הדאגה).

כיוונים עתידיים ומחקר

התפקיד של FSK ב-ITS מתפתח עם התקדמות בלמידה של מכונות, רדיו קוגניטיבי ו הקצאות ספקטרום חדשות.

רדיו קוגניטיבי ו- Dynamic Spectrum Access

רשתות vehicular עתיד יצטרכו לפעול על פני להקות מרובות (5.9 GHz, 2.4 GHz, 60 GHz מ"מ ו ave) טכניקות רדיו קוגניטיביות, אשר מופעל על ידי למידת מכונה, יכול לבחור באופן אינטליגנטי את תוכנית המודולציה (כולל FSK) בהתבסס על ערוצים בזמן אמת בזמן אמת חישה.לדוגמה, אלגוריתם מאומן על Doppler ו-SNR הערכות יכול לעבור בין BSK, 4SK, ו- מיקס כדי למקסם את המטרה של סימולציה באמצעות סימולציה מסוג זה מעבר ל-ERGT.

Machine Learning for Channel Estimation and Equiization

מודלים למידה עמוקה ניתן להשתמש עבור תותבות ערוץ במערכות FSK, במיוחד כאשר דופלר התפשט ועיכוב התפשטות הם חמורים.במקום מסנן מותאם מסורתי או גלאי סבירות מקסימלית, רשתות עצביות יכולות ללמוד את תגובת הערוץ הלא ליניארי ולשפר את הסמל. . נמוך latency יישום (למשל, באמצעות רשתות עצביות מהפכתיות ב FPGA) נחקרו עבור יישומים אמיתיים של vicular.

אינטגרציה עם מילימטר-וייב תקשורת

בתדרי גלי מילימטר (למשל, 60 GHz), רוחב הפס הזמין גדול בהרבה, צמצום החיסרון היעילות ספקטרלי של FSK. יתר על כן, beamwidths במערכות מ"מ ו- FSK יכול לשמש כמודולציה פשוטה וחזקה עבור ערוצי בקרה במהלך היערכות של מחקר נמשך לתוך היברידית FSK / FDMDMDMA מותאם אישית עבור המאפיינים הייחודיים של vág.

סטנדרט והתאמה

גופים תעשייתיים כגון IEEE, 3GPP ו-ETSI מעדכנים כל הזמן את הסטנדרטים של ITS. מהדורות עתידיות עשויים לכלול באופן רשמי FSK כשכבה פיזית חלופית לתרחישים עם דופלר קיצוני או תקציבי חשמל נמוכים.תעשיית הרכב צריכה להתאים סביב קבוצה משותפת של פרמטרים FSK ( ⁇ ספאcing, סמלי, קידוד) כדי להבטיח יכולת הדדית בין יצרנים בינלאומיים על הקצאה גם ישפיעו על ה-SKTS.

מסקנה

יישום FSK במערכות תקשורת vehicular מציע פתרון מעשי וחזק עבור רבים של אתגרים פיזיים שכבתיים טפילים טבועה במערכות תחבורה חכמות.חסינותה לצמצום הנפיחות, צריכת חשמל נמוכה, ופשטות הופכת אותו מתאים במיוחד עבור בטיחות קריטי V2V ו- V2I קישורים שבו אמינות לוקחת עדיפות על פני שיעור נתונים גולמיים, אך רוחב פס, דופלר, שינוי קוגניטיבי, ועיוותים מתקדמים במיוחד, יש צורך בטכניקות סטנדרטיות מתקדמות יותר, עם טיפוליות, עם ביצועים, עם יעילות גבוהה יותר, עם ביצועים מתקדמים יותר, עם ביצועים מתקדמים, ואפקטיביות, עם ביצועים מתקדמים, עם יעילות גבוהה יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם יעילות גבוהה יותר, טיפול תרופתיות, עם יעילות גבוהה יותר, עם יעילות גבוהה יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם יעילות גבוהה יותר, עם זאת, עם יעילות גבוהה יותר, טיפול תרופתית, עם זאת, עם זאת, עם יעילות גבוהה יותר, עם זאת, עם זאת, טיפול תרופתית, עם זאת, עם זאת, עם זאת, טיפול תרופתי, עם זאת, טיפול תרופתי, עם זאת, עם זאת, טיפול תרופתי, עם זאת, עם זאת, טיפול יעיל יותר, עם זאת, עם

(ב) לעומק טכני נוסף, קוראים יכולים להתייחס לסטנדרט IEEE 802.11-2020 עבור תקשורת מבוססת DM, כמו גם למפרט 3GPP 38.101-1 עבור סלולארי V2X. מחקרים אחרונים כגון FLT:0 "Robust FSK Modulation for High-Mon-Mon-Mon-Moicular Vehicular Channels" 1 (IEEEs on VLCs on VLC) ו-Ficulars for Dynamics for VLC) מספקים יותר את ה-Ficulars for High-Ficulars for High-Ficular VIRSTIX2FLCILDL)