יסודות של יעילות ספקטרלית

(היעילות הספציפית) היא כיצד מערכת תקשורת יעילה משתמשת רוחב פס זמין כדי להעביר מידע.התגדר כקצב הנתונים של רוחב פס יחידה, אשר ביטא ב ביט לשנייה להרץ (bps/Hz) יעילות ספק מרכזית גבוהה יותר פירושה יותר נתונים ניתנים בתוך תוכנית הפעלה קבועה של תדרים, אשר היא קריטית עבור תעבורה אלחוטית מוגברת בספקטרום מוגבל.

עקרונות של Frequency Shift Keying Modulation

(ב) החלפה (FSK) מקודמת נתונים דיגיטליים על ידי שינוי תדירות המוביל בין קבוצה של תדרי דיסקרטי (B בינארי FSK), A בינארי 0 ו-1 תואמים לשני תדרים נפרדים.

FSK הוא מטבעו של דבר (FLT:0) ,constant-envelope ModulationFIRLT:1, כלומר הכוח המועבר הוא קבוע ללא קשר לתבנית הנתונים.נכס זה הופך את FSK אטרקטיבי עבור מגברים שאינם לינאריים המשמשים במדרים זולים, שכן הוא נמנע מעיוותים שנגרמו על ידי וריאציות מפוסלות.

ניתוח יעילות של M-ary FSK

(ה) ,היעילות הספקטרום של קרן המטבע הלאומית של האוטוקונים נגזרת מפס רוחב הפס והשיעור של הנתונים שלה (לא-קוהרנטי), רוחב הפס המינימלי הנדרש להעברת תדרי M orthogonal הוא בערך FLT:0B=M/TspecFLT1=1=R) {\displaystyle 1=F2=LT=T=1=F2=T=T1=1=F=1=1=1=F2=F=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=F=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1=1

(ב) ⁇ =RirFLT:1 ;2 (ב) / B = (log2 M) / MIRLT 3 bps /Hz (עבור קרן לא-קוהרנטית).

ביטוי זה חושף את ה-FLT:0as M עולה, המבודד גדל רק ביונאריתמטית כאשר ה-HzKKer גדל באופן ליניארי FLT:1 כתוצאה מכך, יעילות ספקית = FLT:2decreasess או 0102 / 02 / 2 {\displaystyle \ \ \"מ\FLT=2K2K} 0 {\displaystyle 0 {\displaystyle 0} 0 {\displaystyle 0} 0 {\displaystyle 0 {\displaystyle 0} 0 {\displaystyle \ 2\2=2=2=2=2=2=2=2=2=2=2=2=2=R=R=R=0} 0=0} 0=2=2=2=2=2=2=2=10=0} 0=2=2=2=10=2=2=2=2=2=10=10=2=10}}}

גילוי משותף ושיפור יעילות

עם גילוי קוהרנטי, הטון המינימלי נצמד ל-0.5/T, כך רוחב הפס הופך ל- 0B ⁇ M/(2T) ⁇ 1 (FLT:1) ליעילות הספקטרום ואז הופך ל-FLT:2 ⁇ =2 (log2 M) / MLT 3 עבור BFSK זה מניב 1 bps / שווה ל- BS Shift (בקיצור של ⁇ ) אך ורק לעתים רחוקות הוא בשימוש ב-Fron-Frnt).

FSK System Design

בחירת הגרסאות FSK הנכונה כוללת איזון בין מספר גורמים מתחרים:

  • (FLT:0)Bandwidth לעומת שיעור הנתונים: ההרחבה 1 גבוהה יותר (M) מגבירה את הספקטרום הכבוש, צמצום יעילות ספקטרלית, אך היא מאפשרת שיעור נתונים גבוה יותר לסמל רוחב פס קבוע, שיעור הנתונים המקסימלי מוגבל.
  • (FLT:0) Noise Immunity לעומת מורכבות: ההרחבה 1 (FSK) מספקת דחייה רעש מעולה, במיוחד בצורה לא-מכוננת, אבל מורכבות הגלאיים גדלה עם M. עבור מכשירים בעלי כוח נמוך, גלאי אפס חוצה או מעגלים של אפליה מגבילה-מגבילים-מפלינר מספיק עבור BFSK, בעוד קרן המטבע דורש סינון בנקים או מקלטים מבוססי FFT.
  • (FLT:0)Power Efficiency:FLT:1 קונסטנטין המעטפה מאפשרת לפעול עם מגברים לא לינאריים ליד ריצוף, מניב יעילות כוח גבוהה.עם זאת, יחס הכוח של שיא עד לממוצע (PAPR) הוא 0 dB עבור FSK טהור, אידיאלי עבור משדרים מופעלים סוללות.
  • (FLT:0Out-of-Band Emissions:cioFLT:1) שינויים בתדירות ה- FSK קונבנציונליים מייצרים קואלובות ספקטרליות רחבות. Pulse design, כגון סינון גאוסיאן (GFSK), מפחית באופן משמעותי את רמות ה-FSK ומציק את רוחב הפס הכבוש על חשבון התערבות בין-מבול קלה (I).

שינויים מתקדמים ב-FSK על יעילות ספציפית

Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK)

GFSK חל מסנן נמוך גאוסיאן על גבי הסימון המכוון לפני התדירות Modulation. זה חלק את מעברי התדרHz, צמצום ה-Lobes הראשי ודכא את הצד השניות.התואר של סינון נשלט על ידי המוצר FLT:0 (BTFLT:1KK) (זמן קודמופי) קטן יותר נותן ספקטרום צר אבל מציג 10.5 ליטרים של Bluetooth-GPSI.

מינימום Shift Keying (MSK) וגאוסיאן MSK (GMSK)

MSK הוא יעילות רציפה של FSK עם מדד מודולציה של 0.5, ומבטיח כי שני גוונים הם בדיוק 1 / (2T) מלבד (אוטוקונל cohercing) זה מניב יעילות ספקטרלית של ספקטרום של 83:01 bps /Hz אבן דרך 1 (עבור בינארי) ו קומפקטי, המכיל היטב את רוחב ה- 1.5 / T) לעומת 2K2nbnbnbnbnbn עם , 000) רגיל יותר מ-D2K2K2Kp) phenstam (מעודכן) , 000 CLC) ו-D2KR) לעומת 2KR.

יעילות ספציפית ב- Modern Wireless Standards

Bluetooth ו- Bluetooth Low Energy (BLE)

Bluetooth Rate (BR) מעסיקה GFSK עם קצב סמל של 1 גב'ימבול / מעל 1 מ"הרץ ערוצים, המספק 1 Mbps נתונים קצב יעילות ספקטרלית של 1 bps /Hz.שיפור רמת נתונים (EDR) משתמש ⁇ /4-DQPSK ו- 8DPSK עבור יעילות גבוהה יותר אבל משמר GFSK עבור קוד גישה ו- Bluetooth.

ECT ו- Cordless Telephony

Digital Enhanced Cordless Telcommunica (DECT) משתמש ב-GFSK עם שיעור סמלי של 1.152 גב'ימבול / מעל 1.728 ערוצים MHz, תוך השגת כ-1.15 bps/Hz (raw). הדרישה של כוח נמוך של DECT וטווח טוב בסביבות מקורה ממינוף האופי החזק של FSK.

מערכות ה-IoT וה-IoT

תגי RFID פסיביים ופעילים רבים משתמשים ב-FSK או Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) עם FSK. forHz, תקן ISO 14443 עבור כרטיסי קרבה מעסיק FSK להעברת נתונים מהתג לקורא.ב-Fspectral טעינה ISM GHz, מערכות כמו Z-Wave (908.42 M בארה"ב) ו-SCRSx שימוש נמוך מאוד ב-FSKPS (FSKPS) עם , 000 CFF) עם cc- CFF, cc-C.C.C.C.C.10, cc-C.D2K3, cc-C.10.10.10.10, cc-K) ו-C.10 cc-C.103 cc-C.103 cc-C.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10

תקשורת ומרחב עמוק

גרסאות FSK, במיוחד מרובות FSK עם גילוי לא קבוע, משמשים לוויינים טלמטרי וקישורים מרחביים עמוקים שבו כוח הוא מוגבל מאוד תנאי ערוצים הם קשים.למרות יעילות ספקטרלית נמוכה (למשל, 0.1 bps / הרץ עבור 32-FSK), הקידוד מביצועים משגיאה מקובעת יכול לפצות.

אסטרטגיות אופטימיזציה לשיפור היעילות הספקטרוםית

בהתחשב במגבלות הפנימיות של קרן המטבע, מספר טכניקות יכולות להגביר את יעילותה הספקטרוםית מבלי להקריב את היתרונות שלה:

  • (FLT:0) ,Pulse Shaping ו-Narrower Tonesua:FLT 1# שימוש במסננים מוגדלים או Nyquist על האות המכוון מפחית רוחב פס כבוש. Gaussian סינון כמו GFSK/GMSK הוא יישום מעשי.
  • (FLT:0)Combined Modulation (FSK/PSK): FLT 1 תוכניות היברידיות כגון Amplitude-Phase Shift Keying with FSK (למשל, 4 רמה FSK עם QPSK כפול) יכולות להגדיל את ביטים לסמל. לדוגמה, Quadrature FSK (QFSK) בו זמנית משתמש בשני תדרים או לאוגן ושניים, ו- 4, כלומר, עם סמלים קלים, עם רוחב פסים עם רוחב פסים עם רוחב פסים.
  • (FLT:0) Modulation:FLT:1 ⁇ ⁇ קודקוד (TCM) בשילוב עם FSK יכול להשיג רווחים מקידוד מבלי להרחיב את רוחב הפס.
  • (FLT:0)Multicarrier FSK:BuildF1) Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ניתן להיחשב כצורה של MFSK על פני הרבה תת-קרירים. ofDM של יעילות ספקטרלית גבוהה (עד 6ps/Hz עם 64-QAM) אבל דורש שיפור כוח ליניארי עבור יישומים נמוכים, FK-Scar-F-Scar-S) באמצעות מספר פעמים (F-Scar-F-Scar-Scar-F-Scar)
  • (FLT:0)Bandwidth-Aaptive FSKir:FLT:1 במערכות רדיו קוגניטיביות, הפרמטרים של FSK Modulation (M, קידוד) יכולים להיות מותאמים באופן דינמי בהתבסס על תנאי ערוצים ודרישות תנועה, למקסם את היעילות הספקטרוםית תחת התערבות משתנה ועיוות.

השוואה עם אחרים Modulation Schemes

כדי להעריך את תפקידו של FSK, מומלץ להשוות את יעילותה הספקטרוםית עם שיטות דיגיטליות אחרות:

  • (FLT:0)BPSK / QPSK: FLT:1 BPSK משיג 1 bps /Hz (קוהרנטי), ו QPSK 2 bps/Hz. שניהם דורשים הסמכה ליניארית והם רגישים לרעש שלב.
  • (FLT:0)M-ary QAM:FLT:116-QAM מניב 4 bps /Hz, 64-QAM עד 6 bps/Hz.אלה סטנדרטיים במערכות בעלות תואר גבוה (Wi-Fi, LTE) אבל צריך אמפליטודה מדויקת ושליטה בשלב, גבוה SNR, ו- PASK לא יכול להתחרות ביעילות מרכזית בנתוני גבוה.
  • (FLT:0)OFDMig: יעילות ספציפית של 1FLT יכולה לעלות על 15 bps /Hz עם מודולציה הסתגלות וקידוד, אבל שלDM סובל מ- PAPR גבוה (>10 dB) ורגישות לתדירות ההדגמה הפשוטה של FSK אינה-קוהרנטיות המועדפת על מערכות בעלות נמוכה.
  • (FLT:0)Spread Spectrum (DSSS, FHSS): FLT:1 ספקטרום ישיר-השוויון מתפשט משתמש רוחב פס גבוה יותר כדי להפחית את צפיפות החשמל, עם יעילות ספקטרלית הרבה מתחת 1 bps /Hz. FHSS עם FSK הוא נפוץ Bluetooth; יעילות ספקית מופחתת עוד יותר בשל להקות שמירה.

הסלקציה ברורה היא ש-FSK מצטיין בסביבות שבהן FLT:0 יעילות כוח, עלות נמוכה ופשטות FLT:1 הם קריטיים יותר מאשר יעילות ספקטרלית גולמית.לדוגמה, חיישן 10 kbps IoT באמצעות FSK מעל 200 k (יעילות 0.05 bps/Hz) יכול לפעול במשך שנים על סוללה של מטבע, בעוד פתרון של DM עם דומה דורש נתונים לינאריים יותר.

מסקנה

היעילות הקיקטית של FSK Modulation מוגבלת באופן יסודי על ידי תדירות האורטוקונים ספיגה הנדרשת לזיהוי. עבור קרן המטבע הבינלאומית, יעילות יעילות יעילות יעילות גבוהה של 0.5 bps /Hz (מקלט לא קבוע) וירידה עם הזמנות מודולציה אלחוטיות גבוהות יותר, עם זאת, באמצעות טכניקות כגון הדופק (GFSK, GMSK), זיהוי משותף, משולב, ו-Commonulation, כולל קיבולת ההפעלה Bluetooth / Bluetooth, כמו photials.

מהנדסים מעצבים רשתות אלחוטיות מודרניות צריכים להעריך FSK לא על ידי bps / הרץ הגולמי שלה לבד, אבל על ידי ה-FLT:0 â € ¢ ביצועים ברמה גבוהה של מערכתית FSLT 1 ביישום היעד: האנרגיה הכוללת ל bit, התנגדות להפרעות, המורכבות החומרית שלה. Advances בעיבוד אותות דיגיטליים ומודולציה הסתגלותית עוד יותר תחדד את הגרסאות FSK, פוטנציאל לצמצום הפער באפקטיביות הספקטרום תוך שמירה על חוזקות ייחודית שלה.

(ב) ◄ .

  1. (ב) ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  2. (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  3. (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  4. (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  5. (ב) PHY Layer and Spectral Efficiency - Prodigy TechnocioFLT 1