תדירות Shift Keying (FSK) נשאר אחד מתוכניות המודולציה הדיגיטליות המעשיות ביותר עבור תקשורת אלחוטית בעוצמה נמוכה בהנדסת איכות הסביבה. על ידי ייצוג נתונים בינארית כשינויים בתדרים של גל נושא, FSK משיג ביצועים חזקים בתנאים שדה רועשים, בלתי צפויים תוך שמירה על דרישות אנרגיה למינימום.זה הופך את זה לבסיס אידיאלי עבור מערכות רגישות מרחוק כי חייב לפעול במשך שנים על אסטרטגיות אנרגיה קטנה או סטנדרטית, מעבדים, כגון פתרונות אנרגיה ברמה נמוכה, ומעבדים, כגון:

עקרונות FSK Modulation

FSK מעביר מידע דיגיטלי על ידי החלפת תדירות מיידית של אות נושא בין שני ערכים שנקבעו מראש יותר. בצורתו הקטנה ביותר (BFSK), תדירות אחת מייצגת לוגיקה 0 (לעתים קרובות נקראה תדירות החלל) והשנייה מייצגת לוגיקה 1 (תדירות הסימן).המקבל מזהה כי תדירות נוכחות במהלך תקופת סמל מסוימת כדי לשחזר את הנתונים המועברים.

משתנה בינארי ו M-ary Variants

בעוד בינארי FSK נפוץ ביותר ברשתות חיישן כוח נמוך, M-ary FSK משתמש יותר משני תדרים כדי לשדר מספר ביטים ל-K. לדוגמה, 4-FSK מקודמת שני ביטים לסמל באמצעות ארבעה גוונים נפרדים. M-ary FSK יכול להגדיל את שיעור הנתונים עבור ציון מוקדם, אבל זה דורש יותר רוחב פס גבוה יותר ויחס אותות גבוה יותר (R) כדי לשמור על אותה רמה נמוכה יותר של פחות של נתונים (ב) עבור פחות או יותר של פחות מאשר נמוך יותר של פחות מאשר נמוך יותר של פחות או יותר של רזולוציה נמוכה יותר (FS) עבור פחות או יותר) עבור שיעור נתונים עבור פחות או יותר (ב) עבור פחות מאשר נמוך יותר מאשר נמוך יותר של פחות מאשר נמוך יותר מאשר נמוך יותר של פחות מאשר נמוך יותר מאשר נמוך יותר מאשר נמוך יותר מאשר נמוך יותר של פחות מאשר נמוך יותר מאשר נמוך יותר של נתונים עבור שיעור נמוך יותר של רמות נמוך יותר של פחות מאשר נמוך יותר של נתונים עבור רמת רמת רמת רמת אבטחה נמוכה יותר של פחות או נמוך יותר מאשר נמוך יותר של נתונים עבור שיעור נמוך יותר של נתונים עבור רמת רמת אבטחה נמוכה של נתונים עבור רמת דיוק נמוך יותר של פחות או יותר של טיפול גבוה יותר של פחות מאשר נמוך יותר של נתונים עבור שיעור נמוך יותר מאשר נמוך יותר של טיפול גבוה יותר

מדד ה- Modulation Index and Orthogonality

(ב) , (ה) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Power Constraints in Remote Sensing

חיישני הסביבה הם לעתים קרובות פרוסים במקומות מרוחקים שבהם החלפת סוללות היא בלתי מעשית או בלתי אפשרית.אדריכלות טיפוסית של צומת כוללים מיקרובקר (MCU), אחד או יותר חיישנים, מטבוליזם RF, ומקור כוח.ה-ה-RF לעתים קרובות צורכת את האנרגיה הגבוהה ביותר במהלך שידור פעיל וקבלת פנים. עיצוב כוח נמוך חייב להתמקד על שלושה עמודי תווך: בחירת רכיבי אנרגיה יעילים, מיני מתחמי פעולה, מחזורי מתחמי פעולה ותהליכי הסתגלות פעילים ופרוטוקולים.

תקציב אנרגיה וחובה אופניים

חיישן סביבתי מעוצב היטב עשוי לבלות 99% מהזמן שלו במצב שינה עמוק, מתעורר רק בקצרה לקחת מדידה, תהליך נתונים, ולהעביר חבילה קצרה.לדוגמה, חיישן לחות הקרקע עשוי לשדר מטען 20-byte כל 15 דקות.עם 10 mW משדר פעיל עבור 50 מ"מ לתמסורת, התרומה הממוצעת של סעיף RF היא פחות מ 60 מיקרו-קרב במהירות, אשר יכול להחזיר את מצב השינה מוקדם לפני שגובהו, הוא נמוך יותר מ-FK.

הזדמנויות קציר אנרגיה

אתרים סביבתיים רבים מציעים מקורות אנרגיה גמישים כגון סולרית, או רטט. a low-power FSK מודם פועל בטווח תת-מיליאט יכול להיות מופעל על ידי תא סולארי קטן ו supercapacitor, חיסול הצורך סוללות ראשוניות. עם זאת, תוכנית המודולציה חייבת לסבול וריאציות במתח אספקה ותדירות oscillator הנגרמת על ידי שינוי רמות אנרגיה.

דרישות עבור Low-Power FSK

תכנון מודולטור FSK והדגמה של המבצע תת-מיליאט דורש תשומת לב זהירה לאדריכלות המעגל, יציבות תדירות וביצועי שגיאות.

עיצוב אוסוציאטור ותדירות גבוהה

הדיוק והיציבות של תדירות נושאת משפיע ישירות על יכולת המקלט להבחין בין טונים סימן ומרחב. במערכות בעלות נמוכה, בעלות נמוכה, LC פשוטה או oscillator יכול להיות מספיק אם התדירות סובלנות היא בתוך כמה אחוזים. עבור סובלנות הדוקה יותר, a קריסטל-referenced שלב נעולה (P) ניתן להשתמש, אבל PLL הוא עדיין כוח נוסף עבור אדפט-נור הוא רקורד עם קיבולת R.

המונחים:

מודולציה ישירה של אוקטטור מבוקר מתח (VCO) עם זרם הנתונים הדיגיטלי הוא המודולטור הפשוט ביותר FSK. פיסות הנתונים בקנה מידה ויושם קלט הכוונון של VCO. עם זאת, גישה זו יכולה לגרום לתדירות סחף עקב טמפרטורה או אספקת שינויים. שיטה חזקה יותר היא להשתמש oscill מבוקר מספר פעמים (NCO) במעבד דיגיטלי או NCO1 מאפשר מחדש של תאים.

גישה לדמויות

מקלטים בעלי כוח נמוך בדרך כלל משתמשים בהדגמה לא-קוהרנטית, אשר אינה דורשת סינכרוניזציה בשלב. מעגל משותף הוא המפרק-האסון: אות FSK הנכנס מוכפלת על ידי גרסה מאוחרת של עצמו, מיושמת מתח שהוא פרופורציה לתדירות המיידית של הגלאים (Fmedias) אשר לעתים קרובות משוכפלת לסף של גישה תלת-מכת של שימוש ב-מי (Finter-Finter-F) לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, הטון של שימוש בתדירות של שימוש בתדירות גבוהה יותר מקודמת-FinterS-FinterS).

Bandwidth, Data Rate ו-Sרגישות

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

זיהוי שגיאות ותיקון

ערוצים סביבתיים לעתים קרובות חווים רעש אימפולסיבית, קידוד והתערבות.הוספת בדיקת ריצוף פשוטה (CRC) מאפשר למקלט להשליך חבילות מושחתות, אך transmission צורכת עוד אנרגיה.תיקון שגיאות של מעבר (FEC) כגון קודים convolutional או בלוק יכולים להפחית את קצב ההסגרה בעלות של מורכבות גבוהה יותר ואורך חבילות ארוך יותר.

יישום עם מודרנים

מעצבים של היום יכולים לבחור מתוך מגוון רחב של מעגלים משולבים המשלבים MCU, RF transceiver, וחיישנים על שבב יחיד או טביעת רגל קטנה.השיקולים הבאים חלים בעת בניית צומת כוח נמוך FSK מרחוק.

« « טרנדים משולבים

מודולים רדיו כגון CC1101 (Sub-1 GHz) ו-SX1262 מכסים את להקות ISM (315/433/868/915 MHz) עם FSK, OOK, ו- MCG2 מודולים אחרים. הם מציעים זרמי עמידה נמוכים (0.5 μA), זמני התעוררות מהירים (150 מיקרומטר), ורגישות מעולה (ירידה - 130 dBm ב- 1.2b2, כולל חפיסות שינה נמוכות).

בחירת מיקרובקר

MCU צריך להיות צריכת נוכחית פעילה תחת 200 μA / MHz ותמיכה מצבי שינה מרובים.לדוגמה, STM32L0 או EFM32 סדרה יכול לפעול ב 30 μA / MHz במצב ריצה לצייר פחות מ 1 μA לעצור עם שעון בזמן אמת פועל. MCU מטפל חיישנים, פורמט נתונים, ובקרת זה גם הטמעה, פרוטוקולים, כולל שידורים, כולל רצף של זמן תגובה.

רשת אנטנה ו-Matching Network

אנטנה מעוצבת בקפידה והתאמה רשת להבטיח כי הכוח הזמין מן המשדר הוא קורנ ביעילות.ביישומים סביבתיים, המתחם של Node ומיקום הגדל יכול לקלקל את האנטנה.שימוש במונופול רבע גל או לוח מודפס מנדרד מודפס (PCB) עם רשת מתאימה הכוללת קפקאטורים משתנים מאפשר כוונון במהלך פריסה.

יישומים בהנדסה סביבתית

החישה מרחוק של כוח נמוך של FSK כבר הוצבה במגוון רחב של תרחישים ניטור סביבתי.התתתת הפרטים הבאים מייצגת מקרים של שימוש.

עקבו אחרי Soil Moisture

חיישני לחות קרקע אלחוטיים משתמשים ב- capacitive או בזמן-domain רפמטריה (TDR) כדי למדוד את תכולת המים הנפחית.קישור FSK נמוך משדר קריאה כל 15 עד 60 דקות ממעמקי 10 ס"מ עד 100 ס"מ. כי אדמה היא מדיום אובדן, האנטנה חייבת להיות מכוונת רק כדי חשבון עבור טעינה דיאלקטרית.

ניטור איכות המים

חישה מרחוק של נהרות, אגמים, ומאגרים דורשים חיישנים עבור pH, חמצן מומס, זעזועים, והתנהלותיות. חיישנים אלה הם לעתים קרובות פרוסים על buoys או מבנים קבועים לתקשר אל שער מרכזי באמצעות FSK. החסינות של Modulation לטבוליות רדודה והפרעות פס צר הוא בעל ערך במיוחד בסביבות מים עם multipath מן פני המים.

זיהום אוויר

דל-cost Air Quality Monitor עבור חומר חלקיקים (PM2.5, PM10), אוזון ו- חנקן דו חמצני ניתן לחלק בכל אזור עירוני.FSK קישורים ב- 868 MHz לאפשר רשתות חיישן צפופה עם הפרעה מינימלית. כל אחד מהם מאלץ חלקיק אופטי למשך 30 שניות, ואז מעביר את ספירת החלקיקים הממוצעת באמצעות חבילת FSK 1-kbps. עם מחזור של 0.1%, לא ניתן ל-ACT, לאיום ממוצע של 5 שנים מתחת ל-A.

מעקב אחר חיות ו- Habitat

בעלי חיים הנושאים צווארון או תגים עם משדרי FSK יכולים לעקוב אחר מרחקים גדולים.הטבע הפס הצר של FSK (פסיבי מקלט רוחב פס של 50-150 kHz) מאפשר לתייגים רבים ל coexist באותה הלהקה על ידי הקצאת זוג ייחודי של סמ/מרחב שלהם משדרים נמוך כוח FSK עבור חיות בר במשקל 10 ו פולטים פחות מ 10 מ"מ"מ"מ"מ, לדוגמה, שימוש ב- GPS, לדוגמה, עבור מערכות הפעלה אלחוטיות של TFK נמוך.

מסקנה

תכנון FSK Modulation עבור חישה מרחוק כוח נמוכה בהנדסה סביבתית דורש גישה ברמת מערכות שמשנה יציבות תדירות, שיעור נתונים, טיפול שגיאות ויעילות אנרגיה מרחוק. על ידי מינוף טרמפיסטים משולבים מודרניים, עיצוב אוסטרטור זהיר, ורכיבי אופניים עמידים אגרסיביים, מהנדסים יכולים ליצור חיתולים הפועלים באופן אוטונומי במשך שנים תוך מתן נתונים אמינים של FSK נגד צריכת חשמל נמוכה יותר, אפילו כדי שמירה על ביצועים נמוכים יותר של טכנולוגיות סביבתית של אבטחה נמוכה יותר של אבטחה.

(ב) לקריאה נוספת על עיצוב כוח נמוך FSK, מומלץ להתייעץ עם הערות יישום של FLT:0exas Instruments של CC1101 עיצוב מדריך עיצוב CCIRLT:1 ו-FLT:2Semtech SX1262 גיליון נתונים עבור מפרטים משולבים transceive.