Chaveamento de mudança de freqüência - Frequency-shift keying

Um exemplo de FSK binário
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Frequency-shift keying ( FSK ) é um esquema de modulação de frequência no qual a informação digital é transmitida por meio de mudanças discretas de frequência de um sinal de portadora . A tecnologia é usada para sistemas de comunicação como telemetria , radiossondas de balão meteorológico , identificador de chamadas , abridores de portas de garagem e transmissão de rádio de baixa frequência nas bandas VLF e ELF . A FSK mais simples é binário FSK ( BFSK ). O BFSK usa um par de frequências discretas para transmitir informações binárias (0s e 1s). Com este esquema, o 1 é denominado frequência de marca e o 0 é denominado frequência espacial.

Modulando e desmodulando

Implementações de referência de modems FSK existem e são documentadas em detalhes. A demodulação de um sinal FSK binário pode ser feita usando o algoritmo Goertzel de forma muito eficiente, mesmo em microcontroladores de baixa potência.

Variações

Múltipla manipulação de mudança de frequência

Chaveamento de mudança de frequência de fase contínua

Em princípio, o FSK pode ser implementado usando osciladores de funcionamento livre completamente independentes e alternando entre eles no início de cada período de símbolo. Em geral, os osciladores independentes não estarão na mesma fase e, portanto, na mesma amplitude no instante da transição, causando descontinuidades repentinas no sinal transmitido.

Na prática, muitos transmissores FSK usam apenas um único oscilador, e o processo de comutação para uma frequência diferente no início de cada período de símbolo preserva a fase. A eliminação de descontinuidades na fase (e, portanto, a eliminação de mudanças repentinas na amplitude) reduz a potência da banda lateral , reduzindo a interferência com canais vizinhos.

Chaveamento de mudança de frequência gaussiana

Em vez de modular diretamente a frequência com os símbolos de dados digitais, mudando "instantaneamente" a frequência no início de cada período de símbolo, o chaveamento de deslocamento de frequência gaussiano ( GFSK ) filtra os pulsos de dados com um filtro gaussiano para tornar as transições mais suaves. Este filtro tem a vantagem de reduzir a potência da banda lateral , reduzindo a interferência com canais vizinhos, ao custo de aumentar a interferência intersimbólica . É usado por dispositivos de protocolo de camada 2 aprimorados , DECT , Bluetooth , Cypress WirelessUSB , Nordic Semiconductor , Texas Instruments LPRF , IEEE 802.15.4 , Z-Wave e Wavenis . Para Bluetooth com taxa de dados básica, o desvio mínimo é 115 kHz.

Um modulador GFSK difere de um modulador de chaveamento de frequência simples porque antes da forma de onda da banda base (com níveis -1 e +1) entrar no modulador FSK, ela passou por um filtro gaussiano para tornar as transições mais suaves para limitar a largura espectral. A filtragem gaussiana é uma forma padrão de reduzir a largura espectral; é chamado de modelagem de pulso nesta aplicação.

Em FSK não filtrado comum, em um salto de -1 para +1 ou +1 para -1, a forma de onda modulada muda rapidamente, o que introduz um amplo espectro fora de banda. Se o pulso for alterado indo de −1 para +1 como −1, −0,98, −0,93, ..., +0,93, +0,98, +1, e este pulso mais suave é usado para determinar a frequência da portadora , o o espectro de banda será reduzido.

Chaveamento mínimo

O keying de deslocamento de frequência mínimo ou keying de deslocamento mínimo (MSK) é uma forma espectralmente eficiente particular de FSK coerente. No MSK, a diferença entre a frequência mais alta e a mais baixa é idêntica à metade da taxa de bits. Conseqüentemente, as formas de onda que representam um bit 0 e 1 diferem exatamente pela metade do período da portadora. O desvio de frequência máximo é δ = 0,25  f m , onde f m é a frequência de modulação máxima. Como resultado, o índice de modulação m é 0,5. Este é o menor índice de modulação FSK que pode ser escolhido de forma que as formas de onda de 0 e 1 sejam ortogonais .

Chaveamento de deslocamento mínimo gaussiano

Uma variante do MSK chamada Gaussian minimum-shift keying ( GMSK ) é usada no padrão de telefone celular GSM .

Modificação de mudança de frequência de áudio

O chaveamento de mudança de frequência de áudio (AFSK) é uma técnica de modulação pela qual os dados digitais são representados por mudanças na frequência ( pitch ) de um tom de áudio , produzindo um sinal codificado adequado para transmissão via rádio ou telefone . Normalmente, o áudio transmitido alterna entre dois tons: um, a "marca", representa um binário ; o outro, o "espaço", representa um zero binário.

O AFSK difere do chaveamento de mudança de frequência regular ao realizar a modulação em frequências de banda base . Em aplicações de rádio, o sinal modulado por AFSK normalmente está sendo usado para modular uma portadora de RF (usando uma técnica convencional, como AM ou FM ) para transmissão.

O AFSK nem sempre é usado para comunicações de dados de alta velocidade, pois é muito menos eficiente em energia e largura de banda do que a maioria dos outros modos de modulação. Além de sua simplicidade, no entanto, AFSK tem a vantagem de sinais codificados vai passar por AC - juntamente ligações, incluindo a maioria dos equipamentos originalmente concebidos para transportar música ou da fala.

O AFSK é usado no Sistema de Alerta de Emergência dos Estados Unidos para notificar as estações sobre o tipo de emergência, os locais afetados e a hora do problema, sem realmente ouvir o texto do alerta.

Modulação contínua de 4 níveis

Os rádios da Fase 1 no sistema do Projeto 25 usam modulação FM contínua de 4 níveis (C4FM).

Formulários

Em 1910, Reginald Fessenden inventou um método de dois tons para transmitir o código Morse. Pontos e travessões foram substituídos por tons diferentes de igual comprimento. A intenção era minimizar o tempo de transmissão.

Alguns primeiros transmissores CW empregavam um conversor de arco que não podia ser convenientemente chaveado . Em vez de ligar e desligar o arco, a tecla alterou ligeiramente a frequência do transmissor em uma técnica conhecida como método de onda de compensação . A onda de compensação não foi usada no receptor. Os transmissores Spark usados ​​para este método consumiam muita largura de banda e causavam interferência, por isso foi desencorajado em 1921.

A maioria dos modems de linha telefônica mais antigos usavam chaveamento de mudança de frequência de áudio (AFSK) para enviar e receber dados a taxas de até cerca de 1200 bits por segundo. Os modems Bell 103 e Bell 202 usaram essa técnica. Ainda hoje, o identificador de chamadas norte-americano usa 1200 baud AFSK na forma do padrão Bell 202 . Alguns microcomputadores antigos usavam uma forma específica de modulação AFSK, o padrão de Kansas City , para armazenar dados em fitas de áudio . O AFSK ainda é amplamente utilizado no rádio amador , pois permite a transmissão de dados por meio de equipamentos de banda de voz não modificados.

O AFSK também é usado no Sistema de Alerta de Emergência dos Estados Unidos para transmitir informações de advertência. É usado em taxas de bits mais altas para Weathercopy usado em Weatheradio pela NOAA nos EUA

A estação de rádio de ondas curtas CHU em Ottawa, Ontário , Canadá, transmite um sinal de tempo digital exclusivo codificado usando modulação AFSK.

Padrões de identificação de chamadas e medição remota

Frequency-shift keying (FSK) é comumente usado em linhas telefônicas para identificador de chamadas (exibindo os números dos chamadores) e aplicativos de medição remota . Existem várias variações dessa tecnologia.

Instituto Europeu de Normas de Telecomunicações

Em alguns países da Europa , os padrões do European Telecommunications Standards Institute (ETSI) 200 778-1 e -2 - substituindo 300 778-1 e -2 - permitem 3 camadas de transporte físico ( Telcordia Technologies (anteriormente Bellcore), British Telecom (BT) e Cable Communications Association (CCA)), combinado com 2 formatos de dados Multiple Data Message Format (MDMF) e Single Data Message Format (SDMF), além do sistema Dual-tone multi-frequência (DTMF) e um modo sem toque para medidor -reading e assim por diante. É mais um reconhecimento de que os diferentes tipos existem do que uma tentativa de definir um único "padrão".

Telcordia Technologies

O padrão Telcordia Technologies (anteriormente Bellcore) é usado nos Estados Unidos , Canadá (mas veja abaixo), Austrália , China , Hong Kong e Cingapura . Ele envia os dados após o primeiro tom de toque e usa a modulação de tom Bell 202 de 1200 bits por segundo . Os dados podem ser enviados em SDMF - que inclui a data, hora e número - ou em MDMF, que adiciona um campo NOME.

British Telecom

A British Telecom (BT) no Reino Unido desenvolveu seu próprio padrão, que ativa o display com uma reversão de linha e, a seguir, envia os dados como tons de modem CCITT v.23 em um formato semelhante ao MDMF. É usado pela BT, redes sem fio como a falecida Ionica e algumas empresas de cabo. Os detalhes podem ser encontrados em BT Supplier Information Notes (SINs) 227 (link quebrado 28/7/21) e 242 (link quebrado 28/7/21); outro documento útil é Projetando a entrega de identificação de chamada usando XR-2211 para BT do site EXAR .

Cable Communications Association

A Cable Communications Association (CCA) do Reino Unido desenvolveu seu próprio padrão que envia as informações após um primeiro toque curto, como tons Bell 202 ou V.23 . Eles desenvolveram um novo padrão ao invés de mudar algumas "caixas de rua" (multiplexadores) que não podiam lidar com o padrão BT. A indústria de cabo do Reino Unido usa uma variedade de switches: a maioria é Nortel DMS-100; alguns são System X ; Sistema Y ; e Nokia DX220. Observe que alguns deles usam o padrão BT em vez do CCA. O formato dos dados é semelhante ao do BT, mas a camada de transporte é mais parecida com a Telcordia Technologies, então equipamentos norte-americanos ou europeus têm maior probabilidade de detectá-la.

Veja também

Referências

links externos