Frekvenciaváltás - Frequency-shift keying

Passband moduláció
Modulációs kategorizálás.svg
Analóg moduláció
Digitális moduláció
Hierarchikus moduláció
Szórt spektrumú
Lásd még
Példa a bináris FSK -ra
FSK-FMCW elve.png

A frekvenciaeltolásos kulcs ( FSK ) egy olyan frekvenciamodulációs séma, amelyben a digitális információt a vivőjel diszkrét frekvenciaváltozásai továbbítják . A technológiát olyan kommunikációs rendszerekhez használják, mint a telemetria , az időjárás -ballon rádiószondák , a hívóazonosító , a garázskapu -nyitók és az alacsony frekvenciájú rádióátvitel a VLF és az ELF sávokban. A legegyszerűbb FSK a bináris FSK ( BFSK). A BFSK pár diszkrét frekvenciát használ a bináris (0s és 1s) információk továbbítására. Ennél a sémánál az 1 -et jelfrekvenciának, a 0 -t térfrekvenciának nevezzük.

Modulálás és demoduláció

Az FSK modemek referencia implementációi léteznek, és részletesen dokumentálva vannak. A bináris FSK jel demodulálása nagyon hatékonyan elvégezhető a Goertzel algoritmus segítségével , még kis teljesítményű mikrovezérlőkön is.

Variációk

Többszörös frekvenciaváltó billentyűzet

Folyamatos fázisú frekvenciaváltó kulcs

Fő cikk: folyamatos fázisú frekvenciaeltolásos kulcsolás

Elvileg az FSK megvalósítható teljesen független, szabadon futó oszcillátorok használatával, és az egyes szimbólumperiódusok közötti váltással. Általában a független oszcillátorok nem lesznek ugyanabban a fázisban és ezért azonos amplitúdóval az átkapcsolás pillanatában, ami hirtelen megszakításokat okoz az átvitt jelben.

A gyakorlatban sok FSK távadó csak egyetlen oszcillátort használ, és az egyes szimbólumperiódusok elején eltérő frekvenciára való váltás megőrzi a fázist. A szakadások megszüntetése a fázisban (és ezáltal a hirtelen amplitúdóváltozások kiküszöbölése) csökkenti az oldalsáv teljesítményét, csökkenti a szomszédos csatornákkal való interferenciát.

Gauss frekvenciaeltolásos billentyűzet

Ahelyett, hogy közvetlenül módosítaná a frekvenciát a digitális adatszimbólumokkal, és "azonnal" megváltoztatná a frekvenciát minden szimbólumperiódus elején, a Gauss-frekvenciaeltolásos kulcs ( GFSK ) Gauss-szűrővel szűri az adatimpulzusokat , hogy simább legyen az átmenet. Ennek a szűrőnek az az előnye, hogy csökkenti az oldalsáv teljesítményét, csökkenti a szomszédos csatornákkal való interferenciát, a szimbólumközi interferencia növelésének árán . Ezt az Improved Layer 2 Protocol , DECT , Bluetooth , Cypress WirelessUSB , Nordic Semiconductor , Texas Instruments LPRF , IEEE 802.15.4 , Z-Wave és Wavenis eszközök használják. Az alap adatátviteli sebességű Bluetooth esetén a minimális eltérés 115 kHz.

A GFSK modulátor abban különbözik az egyszerű frekvenciaeltolásos kulcsoló modulátortól, hogy mielőtt az alapsávú hullámforma (−1 és +1 szinttel) belép az FSK modulátorba, áthaladt egy Gauss-szűrőn , hogy simább legyen az átmenet a spektrális szélesség korlátozása érdekében. A Gauss -szűrés a spektrális szélesség csökkentésének standard módja; ebben az alkalmazásban impulzusformálásnak nevezik .

A közönséges, nem szűrt FSK-ban, amikor -1-ről +1-re vagy +1-ről -1-re ugrik, a modulált hullámforma gyorsan változik, ami nagy sávon kívüli spektrumot vezet be. Ha az impulzus -1-ről +1 -re változik, mint -1, -0,98, -0,93, ..., +0,93, +0,98, +1, és ezt a simább impulzust használják a vivőfrekvencia meghatározására , csökken a sávos spektrum.

Minimális műszakos billentyűzet

Fő cikk: Minimális műszakos billentyűzet

A minimális frekvenciaeltolásos vagy a minimális eltolású kulcsolás (MSK) a koherens FSK speciális spektrálisan hatékony formája. Az MSK -ban a magasabb és az alacsonyabb frekvencia közötti különbség megegyezik a bitsebesség felével. Következésképpen a 0 és 1 bites hullámformák pontosan fél vivőperiódussal különböznek egymástól. A maximális frekvenciaeltérés δ = 0,25  f m , ahol f m a maximális modulációs frekvencia. Ennek eredményeként az m modulációs index 0,5. Ez a legkisebb FSK modulációs index, amelyet úgy lehet megválasztani, hogy a 0 és 1 hullámformái ortogonálisak legyenek .

Gauss minimális műszakos billentyűzet

Fő cikk: Gauss -féle minimális műszakbevitel

A GSM mobiltelefon- szabványban az MSK Gaussian minimum-shift-keying ( GMSK ) nevű változatát használják .

Hang frekvenciaváltó billentyűzet

Az audio frekvenciaváltás-kulcs (AFSK) egy olyan modulációs technika, amellyel a digitális adatokat az audio hang frekvenciájának ( hangmagasságának ) változásai képviselik , és így kódolt jelet kapnak, amely rádión vagy telefonon keresztül továbbítható . Általában az átvitt hang két hang között váltakozik: az egyik, a "jel" egy bináris hangot jelent ; a másik, a "tér" egy bináris nullát jelent.

Az AFSK abban különbözik a rendszeres frekvenciaeltolásos billentyűzéstől, hogy a modulációt alapsávú frekvenciákon hajtja végre . Rádióalkalmazásokban az AFSK-modulált jelet általában RF- vivő modulálására használják (hagyományos technika, például AM vagy FM használatával ) az átvitelhez.

Az AFSK-t nem mindig használják nagysebességű adatkommunikációra, mivel sokkal kevésbé hatékony mind teljesítményben, mind sávszélességben, mint a legtöbb más modulációs mód. Amellett, hogy az egyszerűség azonban AFSK megvan az az előnye, hogy a kódolt jelek áthaladnak AC - kapcsolt kapcsolatokat, beleértve a legtöbb berendezés eredetileg tervezték, hogy a zene vagy beszéd.

Az AFSK-t az Egyesült Államokban működő vészhelyzeti riasztási rendszerben használják, hogy értesítsék az állomásokat a vészhelyzet típusáról, az érintett helyekről és a kiadás időpontjáról anélkül, hogy a riasztás szövegét ténylegesen meghallgatnák.

Folyamatos 4 szintű moduláció

A Project 25 rendszer első fázisú rádiói folyamatos 4 szintű FM (C4FM) modulációt használnak.

Alkalmazások

1910-ben Reginald Fessenden feltalált egy kéttónusú módszert a Morse-kód továbbítására. A pontokat és kötőjeleket különböző, azonos hosszúságú hangokkal helyettesítették. A cél az volt, hogy minimálisra csökkentsék az átviteli időt.

Néhány korai CW adó vállalkozók egy ív átalakító , amelyet nem lehetett kényelmesen írtunk . Az ív be- és kikapcsolása helyett a gomb kissé megváltoztatta az adó frekvenciáját a kompenzációs hullám módszerként ismert technikában . A kompenzációs hullámot nem használták a vevőnél. Az ehhez a módszerhez használt szikra -távadók sok sávszélességet emésztettek fel és interferenciát okoztak, ezért 1921 -ben elbátortalanodott.

A legtöbb korai telefonvonal- modem hangfrekvencia-eltolásos billentyűzést (AFSK) használt az adatok küldésére és fogadására akár 1200 bit / másodperc sebességgel. A Bell 103 és Bell 202 modemek ezt a technikát használták. Az észak -amerikai hívóazonosító még ma is 1200 baud AFSK -t használ a Bell 202 szabvány formájában. Egyes korai mikroszámítógépek az AFSK moduláció egy speciális formáját, a Kansas City szabványt használták az adatok audiokazettákon történő tárolására . Az AFSK -t továbbra is széles körben használják az amatőr rádiókban , mivel lehetővé teszi az adatok továbbítását a módosítatlan hangsávú berendezéseken keresztül.

Az AFSK -t az Egyesült Államok vészhelyzeti riasztási rendszerében is használják figyelmeztető információk továbbítására. Ezt alkalmazzák a magasabb bitrátával az Weathercopy használt Weatheradio által NOAA az USA-ban

A ERFF rövidhullámú rádió állomás Ottawa, Ontario , Kanada sugározza exkluzív digitális időjel kódolva AFSK modulációt.

Hívóazonosító és távmérési szabványok

A frekvenciaváltás-kulcsot (FSK) általában telefonvonalakon használják a hívóazonosító ( a hívószámok megjelenítése) és a távmérési alkalmazások számára. Ennek a technológiának számos változata létezik.

Európai Távközlési Szabványügyi Intézet

Európa egyes országaiban az Európai Távközlési Szabványügyi Intézet (ETSI) 200 778-1 és -2 szabványai -a 300 778-1 és -2 helyébe lépve -3 fizikai szállítási réteget tesznek lehetővé ( Telcordia Technologies (korábban Bellcore), British Telecom (BT)) és Kábelkommunikációs Szövetség (CCA)), 2 adatformátummal kombinálva Többadatú üzenet formátum (MDMF) és egyetlen adatüzenet formátum (SDMF), valamint a kéttónusú többfrekvenciás (DTMF) rendszer és a csengetés nélküli üzemmód -olvasás és hasonlók. Inkább annak elismerése, hogy a különböző típusok léteznek, mint egy kísérlet egyetlen "szabvány" meghatározására.

Telcordia Technologies

A Telcordia Technologies (korábban Bellcore) szabványt az Egyesült Államokban , Kanadában (de lásd alább), Ausztráliában , Kínában , Hongkongban és Szingapúrban használják . Az adatokat az első csengőhang után küldi el, és az 1200 bit / másodperc Bell 202 hangmodulációt használja. Az adatok elküldhetők SDMF -ben - amely tartalmazza a dátumot, az időt és a számot -, vagy MDMF -ben, amely hozzáad egy NAME mezőt.

British Telecom

Az Egyesült Királyságban működő British Telecom (BT) kifejlesztette saját szabványát, amely vonalváltással ébreszti fel a kijelzőt, majd CCITT v.23 modemhangként küldi el az adatokat az MDMF -hez hasonló formátumban. A BT, a vezeték nélküli hálózatok, például a néhai Ionica és néhány kábelszolgáltató használják. A részletek megtalálhatók a BT szállítói tájékoztatóban (SIN) 227 (a link megszakadt 28/7/21) és a 242 (a link megszakadt 28/7/21); egy másik hasznos dokumentum a Hívóazonosító kézbesítés tervezése az XAR -2211 for BT használatával az EXAR webhelyről.

Kábelkommunikációs Szövetség

Az Egyesült Királyság Kábelkommunikációs Szövetsége (CCA) kifejlesztett egy saját szabványt, amely rövid első csengetés után küldi el az információkat, akár Bell 202, akár V.23 hangként. Új szabványt dolgoztak ki, ahelyett, hogy megváltoztattak volna néhány „utcai dobozt” (multiplexort), amelyek nem tudtak megbirkózni a BT -szabványokkal. A brit kábelipar számos kapcsolót használ: a legtöbb Nortel DMS-100; néhány rendszer X ; Y rendszer ; és a Nokia DX220. Vegye figyelembe, hogy ezek közül néhány a BT szabványt használja a CCA szabvány helyett. Az adatformátum hasonló a BT -hez, de a szállítási réteg inkább a Telcordia Technologies -hoz hasonlít, így az észak -amerikai vagy európai berendezések nagyobb valószínűséggel észlelik azt.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek