Frekans kaydırmalı anahtarlama - Frequency-shift keying

İkili FSK örneği
FSK-FMCW İlkesi.png

Frekans kaydırmalı anahtarlama ( FSK ), dijital bilgilerin bir taşıyıcı sinyalin ayrı frekans değişiklikleri yoluyla iletildiği bir frekans modülasyon şemasıdır . Teknoloji, telemetri , hava balonu radyosondaları , arayan kimliği , garaj kapısı açıcıları ve VLF ve ELF bantlarında düşük frekanslı radyo iletimi gibi iletişim sistemleri için kullanılır . En basit FSK, ikili FSK'dır ( BFSK ). BFSK, ikili (0s ve 1s) bilgileri iletmek için bir çift ayrı frekans kullanır. Bu şema ile 1, işaret frekansı ve 0, boşluk frekansı olarak adlandırılır.

Modülasyon ve demodüle etme

FSK modemlerinin referans uygulamaları mevcuttur ve ayrıntılı olarak belgelenmiştir. İkili bir FSK sinyalinin demodülasyonu , düşük güçlü mikro denetleyicilerde bile Goertzel algoritması kullanılarak çok verimli bir şekilde yapılabilir .

Varyasyonlar

Çoklu frekans kaydırmalı anahtarlama

Sürekli fazlı frekans kaydırmalı anahtarlama

Prensipte FSK, tamamen bağımsız serbest çalışan osilatörler kullanılarak ve her sembol periyodunun başında bunlar arasında geçiş yapılarak uygulanabilir. Genel olarak, bağımsız osilatörler geçiş anında aynı fazda ve dolayısıyla aynı genlikte olmayacak ve iletilen sinyalde ani kesintilere neden olacaktır.

Uygulamada, birçok FSK vericisi sadece tek bir osilatör kullanır ve her sembol periyodunun başlangıcında farklı bir frekansa geçiş işlemi fazı korur. Fazdaki süreksizliklerin ortadan kaldırılması (ve dolayısıyla genlikteki ani değişikliklerin ortadan kaldırılması) , yan bant gücünü azaltarak komşu kanallarla paraziti azaltır .

Gauss frekans kaydırmalı anahtarlama

Frekansı doğrudan dijital veri sembolleri ile modüle etmek yerine, her sembol periyodunun başında frekansı "anında" değiştirmek yerine, Gauss frekans kaydırmalı anahtarlama ( GFSK ) , geçişleri daha yumuşak hale getirmek için veri darbelerini bir Gauss filtresiyle filtreler . Bu filtre, semboller arası girişimi artırma pahasına, yan bant gücünü azaltma, komşu kanallarla girişimi azaltma avantajına sahiptir . Bu tarafından kullanılan Geliştirilmiş Katman 2 Protokol , DECT , Bluetooth , Selvi WirelessUSB , Nordic Semiconductor , Texas Instruments LPRF , IEEE 802.15.4 , Z-Wave ve Wavenis cihazlar. Temel veri hızı Bluetooth için minimum sapma 115 kHz'dir.

Bir GFSK modülatörü, temel bant dalga formu (-1 ve +1 seviyeleri ile) FSK modülatörüne girmeden önce , geçişleri spektral genişliği sınırlamak için daha yumuşak hale getirmek için bir Gauss filtresinden geçmesiyle basit bir frekans kaydırma anahtarlama modülatöründen farklıdır . Gauss filtreleme, spektral genişliği azaltmanın standart bir yoludur; bu uygulamada darbe şekillendirme denir .

Sıradan filtrelenmemiş FSK'da, -1'den +1'e veya +1'den -1'e atlamada, modüle edilmiş dalga biçimi hızla değişir ve bu da geniş bant dışı spektrumu ortaya çıkarır. Darbe -1 +1 olacak değiştirilirse -1, -0.98, -0.93, ..., + 0,93, 0,98, +1 ve bu düzgün darbe belirlemek için kullanılan bir taşıyıcı frekansı , sokak bant dışı spektrum azalır.

Minimum kaydırmalı anahtarlama

Minimum frekans kaydırmalı anahtarlama veya minimum kaydırmalı anahtarlama (MSK), tutarlı FSK'nın spektral olarak verimli özel bir şeklidir. MSK'de, daha yüksek ve daha düşük frekans arasındaki fark, bit hızının yarısı ile aynıdır. Sonuç olarak, 0 ve 1 biti temsil eden dalga biçimleri tam olarak yarım taşıyıcı periyot kadar farklılık gösterir. Maksimum frekans sapması δ = 0.25  f m'dir , burada f m maksimum modülasyon frekansıdır. Sonuç olarak, modülasyon indeksi m 0,5'tir. Bu, 0 ve 1 için dalga biçimleri dik olacak şekilde seçilebilecek en küçük FSK modülasyon indeksidir .

Gauss minimum kaydırmalı anahtarlama

GSM cep telefonu standardında , Gauss minimum kaydırmalı anahtarlama ( GMSK ) adı verilen bir MSK çeşidi kullanılır .

Ses frekans kaydırmalı anahtarlama

Ses frekans kaydırmalı anahtarlama (AFSK), dijital verilerin bir ses tonunun frekansındaki ( perdesindeki ) değişikliklerle temsil edildiği ve radyo veya telefon yoluyla iletilmeye uygun kodlanmış bir sinyal veren bir modülasyon tekniğidir . Normal olarak, iletilen ses iki ton arasında değişir: biri, "işaret", ikili olanı temsil eder ; diğeri, "boşluk", ikili bir sıfırı temsil eder.

AFSK, temel bant frekanslarında modülasyonu gerçekleştirmede normal frekans kaydırmalı anahtarlamadan farklıdır . Radyo uygulamalarında, AFSK modülasyonlu sinyal normalde iletim için bir RF taşıyıcısını ( AM veya FM gibi geleneksel bir teknik kullanarak) modüle etmek için kullanılır .

AFSK, diğer modülasyon modlarının çoğundan hem güç hem de bant genişliği açısından çok daha az verimli olduğundan, her zaman yüksek hızlı veri iletişimi için kullanılmaz. Basitliği ek olarak, bununla birlikte, AFSK kodlanmış sinyaller geçirilmesine karar avantaja sahiptir AC - birleştiğinde başlangıçta taşıma müzik veya konuşma için tasarlanmış en teçhizat dahil bağlantıları,.

AFSK, ABD merkezli Acil Durum Uyarı Sisteminde , alarm metnini gerçekten duymadan acil durum türünü, etkilenen yerleri ve yayın zamanını istasyonlara bildirmek için kullanılır.

Sürekli 4 seviyeli modülasyon

Project 25 sistemindeki Faz 1 telsizleri, sürekli 4 seviyeli FM (C4FM) modülasyonu kullanır.

Uygulamalar

1910'da Reginald Fessenden , Mors kodunu iletmek için iki tonlu bir yöntem icat etti. Noktalar ve tireler, eşit uzunluktaki farklı tonlarla değiştirildi. Amaç, iletim süresini en aza indirmekti.

Bazı erken CW vericileri , uygun şekilde anahtarlanamayan bir ark dönüştürücü kullanıyordu . Arkı açıp kapatmak yerine, tuş, telafi dalgası yöntemi olarak bilinen bir teknikte verici frekansını biraz değiştirdi . Alıcıda kompanzasyon dalgası kullanılmadı. Bu yöntem için kullanılan kıvılcım vericileri çok fazla bant genişliği tüketti ve parazite neden oldu, bu nedenle 1921'de önerildi.

İlk telefon hattı modemlerinin çoğu , saniyede yaklaşık 1200 bit hıza kadar veri göndermek ve almak için ses frekans kaydırmalı anahtarlamayı (AFSK) kullandı. Bell 103 ve Bell 202 modemler bu tekniği kullanılır. Bugün bile, Kuzey Amerika arayan kimliği Bell 202 standardı biçiminde 1200 baud AFSK kullanıyor . Bazı erken mikrobilgisayarlar , verileri ses kasetlerinde depolamak için Kansas City standardı olan belirli bir AFSK modülasyonu biçimini kullandı . AFSK, değiştirilmemiş ses bandı ekipmanı aracılığıyla veri iletimine izin verdiği için amatör radyoda hala yaygın olarak kullanılmaktadır .

AFSK, uyarı bilgilerini iletmek için Amerika Birleşik Devletleri Acil Durum Uyarı Sisteminde de kullanılmaktadır . ABD'de NOAA tarafından Weatheradio'da kullanılan Weathercopy için daha yüksek bit hızlarında kullanılır

MYK kısa dalga radyo istasyon Ottawa, Ontario , Kanada AFSK modülasyonu kullanılarak kodlanan özel bir dijital zaman sinyali yayınlar.

Arayan kimliği ve uzaktan ölçüm standartları

Frekans kaydırmalı anahtarlama (FSK), arayan kimliği (arayanların numaralarını görüntüleme) ve uzaktan ölçüm uygulamaları için telefon hatları üzerinden yaygın olarak kullanılır . Bu teknolojinin çeşitli varyasyonları vardır.

Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü

Avrupa'nın bazı ülkelerinde , Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü (ETSI) standartları 200 778-1 ve -2 - 300 778-1 ve -2'nin yerini alıyor - 3 fiziksel taşıma katmanına izin veriyor ( Telcordia Technologies (eski adıyla Bellcore), British Telecom (BT) ve Kablo İletişim Derneği (CCA)), 2 veri formatı Çoklu Veri Mesaj Formatı (MDMF) ve Tek Veri Mesaj Formatı (SDMF), artı Çift tonlu çoklu frekans (DTMF) sistemi ve sayaç için zilsiz modu ile birleştirilmiştir. -okuma ve benzeri. Tek bir "standart" tanımlama girişiminden çok, farklı türlerin var olduğunun kabul edilmesidir.

Telcordia Teknolojileri

Telcordia Teknolojileri (eski Bellcore) standart kullanılan ABD , Kanada (ancak aşağıya bakınız), Avustralya , Çin , Hong Kong ve Singapur . İlk zil sesinden sonra verileri gönderir ve saniyede 1200 bit Bell 202 ton modülasyonunu kullanır. Veriler, tarih, saat ve numarayı içeren SDMF'de veya bir AD alanı ekleyen MDMF'de gönderilebilir.

İngiliz Telekom

Birleşik Krallık'taki British Telecom (BT) kendi standardını geliştirdi, bu da ekranı bir satır tersine çevirme ile uyandırıyor ve ardından verileri MDMF'ye benzer bir biçimde CCITT v.23 modem tonları olarak gönderiyor . BT, Ionica gibi kablosuz ağlar ve bazı kablo şirketleri tarafından kullanılır. Ayrıntılar, BT Tedarikçi Bilgi Notları (SIN'ler) 227 (bağlantı bozuk 28/7/21) ve 242 (bağlantı bozuk 28/7/21); Başka kullanışlı bir belgedir için bt XR-2211 Kullanarak Tasarım Arayan Kimlik Teslimat gelen EXAR web.

Kablo İletişim Derneği

Kablolu İletişim Derneği Birleşik Krallık (CCA) ya kadar, kısa bir ilk çalmadan sonra bilgi gönderir kendi standardını geliştirmiştir Bell 202 veya V.23 ton. BT standardı ile baş edemeyen bazı "sokak kutularını" (çoklayıcılar) değiştirmek yerine yeni bir standart geliştirdiler. Birleşik Krallık kablo endüstrisi çeşitli anahtarlar kullanır: çoğu Nortel DMS-100; bazıları System X'tir ; Sistem Y ; ve Nokia DX220. Bunlardan bazılarının CCA standardı yerine BT standardını kullandığını unutmayın. Veri formatı BT formatına benzer, ancak taşıma katmanı daha çok Telcordia Technologies'e benziyor, bu nedenle Kuzey Amerika veya Avrupa ekipmanının bunu algılaması daha olası.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar