המונחים: Frequency Shift keying

תדירות Shift Keying (FSK) היא תוכנית מודולציה דיגיטלית בסיסית שבה תדירות המוביל מגוונת בין ערכים דיסקרטיים לייצג נתונים בינאריים. בצורתה הבסיסית ביותר, "1" לוגי (סימן) מתאים לתדירות אחת, ו"0" (מרחב) לוגי מתאים לתדירות גבוהה יותר של הפרעה דיגיטלית, במקום זאת, הוא משמש באופן נרחב בטלקומוניקציה בשל האינטנסיביות שלו נגד רעש ומבדיל בין שני התדרים הדיגיטליים שלו.

מדריך זה מספק מבט מעמיק על הדור וגילוי של אותות FSK, המכסה הן גישות אנלוגיות קלאסיות ויישומי דיגיטלי מודרניים.We נבחן את העקרונות הבסיסיים, טכניקות מעגלים מעשיות, יישומים בעולם האמיתי, ציור על מקורות סמכותיים של תחום התקשורת הדיגיטלית.

תוצאות של FSK Modulation

אות FSK יכול להיות מודגש מתמטי כמו:

(ב) ויקרא י"א): "א' (ב) ויקרא יט" (בראשית כ"ד, כ"ד)

(ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

(ה) הבחירה של שני התדרים תלויה בקצב ה bit rate של המערכת ואורך רוחב הפס הנדרש (הגרסה של ⁇ f=(FreaFLT:02cioFLT:1) - figout:2FLT:2FLT 3) ממלא תפקיד קריטי: קטן מדי והאותים הופכים קשים מדי לנוכחות הרעש; גדול מדי ורוחב הפס הרחב, צמצום היעילות של FSb (D)

FSK Signal Generation Techniques

הדור של אותות FSK ניתן להשיג באמצעות מספר שיטות, כל אחד עם היתרונות שלו ואת הפקירות המסחר במונחים של עלות, יציבות, טוהר ספקטרלי וקלות של אינטגרציה.

שיטת וולטאז'-קונפלטור (VCO)

הגישה האנלוגית הקלאסית משתמשת באוסלוטור מבוקר מתח, אשר קלטו מונע על ידי זרם הנתונים בינארי. A VCO מייצרת תדר פלט פרופורציה למתח בקרה יישומי.על ידי הצבת שתי רמות מתח נפרדות התואמים ל bit '0' ו-' bit '1', התפוקה של VCO של תדרי תדר בהתאם. בעוד שפשוט וזול, שיטה זו סובלת מתדירות גבוהה לטמפרטורה עקב שינויים ובשלב זה, ועלולה להפחית את ה- VCretretreativestextextextextextative של שינוי, אם הוא בדרך כלל.

שיטת Direct Digital Synthesis (DDS)

מערכות דיגיטליות מודרניות מסתמכות יותר ויותר על סינתזה דיגיטלית ישירה (DDS) כדי ליצור אותות FSK עם דיוק ויציבות גבוהה יותר.מערכת DDS משתמשת oscillator הנשלטת באופן מספרני (NCO) אשר מצטבר שלב מצטבר בכל שלב שעון.על ידי שינוי ה- DPGement בתגובה לנתונים קלט, את התפוקה ניתן להחליף מיידית DDS-D.

לפרטים נוספים על יסודות DDS, מתייחסים ל- DDS:0 (Analog Devices) DDS GuideveFLT:1.

שלב-Locked Loop (PLL) Method

לולאה שנשלטת בשלב מספקת סינתזה בתדר תדירות על ידי נעילה של אוסטרטור מבוקר מתח לתדירות התייחסות יציבה.על ידי יישום אות הנתונים לקלט המודולציה של PLL (למשל, בפילטר לולאה או קו בקרת VCO), ניתן לשנות את תדירות התפוקה גם בין שתי מדינות נעולות.

4.הסבריזה של Digital Waveform Synthesis מזיכרונות

עבור יישומים בתדר נמוך או מבחן, אותות FSK יכולים להיווצר על ידי אחסון דגימות precomputed של שני גלי החטא בזיכרון לקריאה בלבד (ROM) ובחירת הגלום המתאים בהתבסס על מעט הנתונים.זה למעשה מבט על לוח (LUT) גישה פלט הוא מוזן ל- DAC בקצב קבוע של דגימה, בעוד ששיטתו פשוטה, זה דורש שלב קבוע של שלב זה דורש בדרך כלל שינויים אנרגיים מרובים של שימוש מיידי.

טכניקות לזיהוי אותות FSK

זיהוי של FSK כרוך בקביעת מי מבין שני תדרים (או יותר) נוכחים בסימן המתקבל בכל מרווח סמל.זיהוי שיטות נופלות לשתי קטגוריות רחבות: קוהרנטי ולא-מעצור.הבחירה תלויה בשאלה האם המקלט יכול לשחזר את שלב המוביל ועל פער המסחר הרצוי בין ביצועים ומורכבות.

1. גילוי דעת

(הגילוי המקובל דורש את המקלט להיות בעל אות התייחסות מקומי שנוצר בשלב מסונכרן עם נושא הנכנס.האות המתקבלות מוכפל (מעורב) עם שני אותות התייחסות ב fibph:01FLT:1 ו fibphing שלב זיהוי:2FLT 3, כל אחד מהם שלב אידיאלי מוכלל על המורכבות של מערכות קודר והשוואה של שיפור עמוק (Bher) הוא מוסיף את אותה רמה גבוהה יותר של 3.

סינכרוניזציה בשלב ניתן להשיג באמצעות לולאה קוסטה או לולאה מלוטשת. בפועל, טונס טייס או סיבולת דיסלקציה שונה עשוי להיות מועסק כדי להקל על שחזור של החברה.

2.לא-הכיבוי

גילוי לא-קוהרנטי אינו דורש סינכרוניזציה של שלב המוביל, מה שהופך אותו פשוט יותר וחזק יותר כנגד שינויים מהירים בשלב (למשל, בשל שינויים רב-פתים או דופלר) השיטה הלא-קוהרנטית הנפוצה ביותר היא גילוי המעטפה: שני מסננים מרופפים במרכז fLT:01F1F1LT:1LT ו-LTF:2F:2F3, לעומת מעטפות אנרגיה אחת, לעומת זאת, שני מרכיבים נוספים, לעומת תדירות, הם משתמשים בתדירות גבוהה יותר, לעומת פילטרים, לעומת זאת, אם הם רק במעטפת.

טכניקה קשורה הדוקה היא השימוש של גלאי אפס חוצה: מספר אפס מעברים לתקופה מסוימת נספר; ספירה גבוהה יותר מעידה על התדר הגבוה יותר.זה פשוט במיוחד ביישום דיגיטלי. גישה פופולרית נוספת היא המגבלה-אפליה, אשר ממיר FM לריאציות אמפיריות ולאחר מכן משתמש בפסק דין לא קבוע FSK בדרך כלל dess על ידי ble-Ber ביחס ל-SNRer, אך הוא קל יותר להגדרה משותפת ב-R.

לשם השוואה מקיפה של שיטות זיהוי, ראה סעיף זה ב-Journalמיקרוגל: 1.

פילטר / Correlation Detection

בעיבוד אותות דיגיטליים, FSK זיהוי מבוצע לעתים קרובות באמצעות מסננים תואמים או קורטלטורים.האות המתקבלות מתואמת עם תבניות ידועות של שני גלפורים סמלים.התתמונים מדגימים בקצב הסמל, ואת הסמל עם מדד המטען הגבוה ביותר הוא נבחר. גישה זו ניתן ליישם באמצעות תגובה דיגיטלית סופית (FIR) מסננים עבור CPFSK, את האפקט המקסימלי לאלגוריתם חישובי של אלגוריתם חישובי של אלגוריתם יכול להיות מיושם קרוב לאלגוריתם גבוה יותר.

4.הגילוי מבוסס

לולאה שנשלטת בשלב יכולה לשמש גם כדמוטור FSK. כאשר אות FSK מוחל על PLL מעוצב היטב, מתח השליטה של VCO יעקוב אחר תדירות קלט מיידית. על ידי מסנן נמוך של מתח הבקרה, הנתונים בינאריים מקוריים הוא התאושש. שיטה זו מספקת רגישות טובה והוא יכול לשמש עבור כפול ו מדורגת FSK.

שיקולים מעשיים במערכות FSK

שקיפות וספקטרום

(ב) רוחב הפס של אות FSK תלוי בפרשת התדר וקצב ה bit rate.הכלל של קרסון נותן רוחב פס משוער:0BW ⁇ 2 ⁇ f + 2RirFLT:1bjectFLT:2earFLT 3 עבור CPFSK עם h=0.5 (MSK), רוחב הפס הוא בערך 1.5Ral:4bal:2FLT5, אשר הופך את רוב ה-G ל-Gate (G) ל-Gated) ל-Gated) ל-Gated (החומרים נוספים.

ביצועים של bit Error Rate

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]

Multi-Level FSK (M-FSK)

מעבר בינארי FSK, M-ary FSK משתמשת יותר משני תדרים כדי לשדר מספר ביטים לסמל.לדוגמה, 4FSK משתמש בארבעה תדרים כדי לקודש שני ביטים לסמל, שיפור יעילות ספקטרלית על חשבון רוחב פס מוגבר או כוח זיהוי נמוך יותר של M-FSK גילוי הופך מורכב יותר כמו מספר המסננים התואמים גדל, אבל הוא בשימוש נרחב במערכות נמוכות כגון אפקט של M-SRP (ה-S) על ידי שימוש ב-SK-SK-S-SK-SK.

יישומים של FSK בתקשורת המודרנית

  • (FLT:0)Radio Frequency Identification (RFIDVER) 1: תגים פאסיביים של UHF RFID להשתמש ב- FSK backscatter Modulation כדי להעביר את נתוני הזיהוי שלהם.התגים בין שני תדרים מהדהדים לייצג ביטים בינאריים, המאפשרים זיהוי קורא פשוט וזול.
  • (FLT:0) רשתות חיישן ללא תשלום (Wireless Sensorment NetworksFLT:1): טרנסג'נדרים בעלי כוח נמוך עבור יישומי IoT משתמשים לעתים קרובות FSK בשל יעילות הכוח המעולה שלה וביצועים חזקים בשיעורי נתונים נמוכים. תקן IEEE 802.15.4 (Zigbee) משתמש ב-O-QPSK, אך קישורים בעלי חת GHz קנייניים רבים מעדיפים FSK עבור יישום פשוט יותר.
  • (FLT:0) טלמטרי ובקרת מרחוק 1: FSK נפוץ במודלים מבוקרים ברדיו, מערכות טלמטריות עבור מל"טים, ומערכות SCADA תעשייתיות שבהן נדרשת אמינות על פני מרחקים בינוניים ללא שיעורי נתונים גבוהים.
  • (FLT:0) רדיוריאור רדיופל 1: חובבי רדיו משתמשים באופן נרחב FSK (נקרא לעתים קרובות RTTY - רדיו טלטיפ) עבור מצבים דיגיטליים. AFSK (Audio FSK) מאמתים טון כי הוא אז חד צדדי מודול על נושאת, בעוד קבוע FSK ישירות את המפתחות.
  • (FLT:0) Bluetooth Basic Rate (BR)FIRLT:1): גאוסיאן FSK (GFSK) עם אינדקס מודולציה של 0.32 משמש ב- Bluetooth BR, השגת שיעור נתונים של 1 Mbps עם שימוש יעיל בספקטרום.
  • (FLT:0Legacy ModemsFLT:1: מצע טלפון מוקדם (Bell 202, CCITT V.23) השתמש ב-FSK ב 1200 באוד ומתחת, באמצעות זוגות תדירות כגון 1200/2200 הרץ או 1300/2100 הרץ.

אתגרים ומגמות עתידיות

בעוד FSK הוא טכנולוגיה בוגרת, מחקר מתמשך מתייחס כמה מגבלות.אתגר אחד הוא רוחב הפס מעל פני של FSK בינארי בהשוואה למודולציות מבוססות שלב.עבור שיעורי נתונים גבוהים מאוד, תוכניות יעילות רוחב פס כמו QAM או PSK מועדפות. עם זאת, ההתנגדות הטבועית של FSK לאי-לשנות ו fading הופכת אותו אטרקטיבי עבור תרחישים חזקים או נמוך שבו תקשורת הרצויה.

ההתפתחויות האחרונות ב-FLT:0.commachine Learning DemodulationFLT ( 1:1) הראו הבטחה לשחזר אותות FSK בתנאים ערוץ חמורים שבהם מסננים תואמים מסורתיים נכשלים.

מגמה נוספת היא שילוב של FSK עם טכניקות ספקטרום מבוזר.לדוגמה, ספקטרום התפשטות של FHSS (FHSS) , יחד עם FSK מספק דחייה אבטחה והתערבות, כמו בשימוש ב- Bluetooth.נמוך-עוצמה רחב-עוצמה (LP) כמו FLT:2LoRaFLT 3, ממינוף של גרסה צ'ילה מבוססת על ידי M-FS למגוון נמוך מאוד עם צריכת חשמל נמוכה מאוד.

(ב) לאלו המעוניינים בקרנות התיאורטיות, הספר הקלאסי של הספר (FLT:0Digital Communications by Proakis and SalehiphFLT:1) מספק טיפול סמכותי של FSK Modulation וגילוי.

מסקנה

FSK נשאר אבן הפינה של התקשורת הדיגיטלית, מוערך הפשטות, העוצמה והגמישות שלה.מ גנרטורים מבוססי VCO בסיסי ליישום DDS מדויק מאוד, ומגלאים קוהרנטיים למקלטים קטנים, FSK מציע מגוון של אפשרויות עיצוב מתאימים להקשרים יישומים שונים. כמו מערכות אלחוטיות מתפתחות לעבר שיעורי נתונים גבוהים יותר וערוצים מורכבים יותר, FSK ממשיכה למצוא תפקידים חדשים, במיוחד, כלומר שיטות מתקדמות יותר, וטכנולוגיות ניהוליות.