Кіріспе
Деректерді байланыс модуляциялау протоколы. Жиілік модуляциялаудың бір түрі – жиілік ауыстыру кілті (FSK), онда цифрлық ақпарат тасымалдаушы сигналға бірнеше дискретті жиіліктер арасында тасымалдаушының жиілігін мерзімді түрде өзгерту арқылы кодталады. Бұл технология телеметрия, ауа райы шарларының радиозондалары, абоненттің нөмірін анықтау, гараж қақпаларын ашу және VLF және ELF жиіліктерінде төмен жиілікті радиохабарларды тарату сияқты байланыс жүйелерінде қолданылады. Ең қарапайым FSK – екілік FSK (BFSK, сондай-ақ 2FSK немесе 2 FSK деп те аталады), онда екілік (0 және 1) ақпаратты тарату үшін тасымалдаушы екі дискретті жиілік арасында ауыстырылады.
Frequency shift keying (FSK) is a frequency modulation scheme in which digital information is encoded on a carrier signal by periodically shifting the frequency of the carrier between several discrete frequencies. The technology is used for communication systems such as telemetry, weather balloon radiosondes, caller ID, garage door openers, and low frequency radio transmission in the VLF and ELF bands. The simplest FSK is binary FSK (BFSK, which is also commonly referred to as 2FSK or 2 FSK), in which the carrier is shifted between two discrete frequencies to transmit binary (0s and 1s) information.
Модуляциялау және демодуляциялау
FSK модемдерінің нұсқаулық іске асырылымдары бар және олар толыққанды сипатталған. Бинарлы FSK сигналын демодуляциялау Goertzel алгоритмін қолдану арқылы, тіпті аз қуатты микроконтроллерлерде де өте тиімді жүзеге асырылуы мүмкін.
Гаусс жиілік ауысуын кілттеу
Цифрлық дерек символдарымен жиілікті тікелей модуляциялаудың орнына, әрбір символ кезеңінің басында жиілікті "бірден" өзгертудің орнына, Гаусс жиіліктерінің ауысуы (GFSK) дерек импульстарын Гаусс сүзгісінен өткізеді, бұл көшулерді тегіс етеді. Бұл сүзгінің артықшылығы – жақтағы жолақтың қуатын азайту, көршілес арналарға кедергіні азайту, бірақ символдар арасындағы кедергіні арттыру. Ол Improved Layer 2 протоколында, DECT, Bluetooth, Cypress WirelessUSB, Nordic Semiconductor, Texas Instruments, IEEE 802.15.4, Z Wave және Wavenis құрылғыларында қолданылады. Bluetooth негізгі дерек жылдамдығы үшін ең төменгі ауытқу 115 кГц құрайды. GFSK модуляторы қарапайым жиілік ауысу модуляторынан негіздік жолақтың толқын формасы (деңгейлері −1 және +1) FSK модуляторына түсетінен бұрын Гаусс сүзгісінен өтетіндігімен ерекшеленеді, бұл көшулерді тегіс етуге және спектрлік енді шектеуге мүмкіндік береді. Гаусс сүзгісі – спектрлік енді азайтудың стандартты тәсілі; бұл қолданбада импульстік пішіндеу деп аталады. Қарапайым, сүзгіленбеген FSK-да −1-ден +1-ге немесе +1-ден −1-ге секірген кезде модуляцияланған толқын формасы тез өзгереді, бұл үлкен жолақтың сыртындағы спектрді тудырады. Егер импульс −1-ден +1-ге −1, −0.98, −0.93, , +0.93, +0.98, +1 ретімен өзгертілсе және бұл тегіс импульс тасымалдаушы жиілікті анықтау үшін қолданылса, жолақтың сыртындағы спектр азаяды.
Ең төменгі ауысымды қосу
Минималды жиілік модуляциясы немесе минималды ауысуы (MSK) – когерентті FSK-ның спектральдық тиімді түрі. MSK-да жоғары және төменгі жиіліктер арасындағы айырмасы бит ағымының жартысына тең. Осының салдарынан, 0 және 1 биттерді көрсететін толқын пішіндері дәл жарты толқын ұзындығымен ерекшеленеді. Максималды жиілік ауытқуы δ = 0,25 fm, мұнда fm – максималды модуляциялық жиілік. Осыған байланысты, модуляция индексі m 0,5-ке тең. Бұл 0 және 1 биттерге арналған толқын пішіндері ортогональды болатындай таңдалатын ең кіші FSK модуляция индексі.
Гаусс минималды ауысуын теру
Гаусстың ең аз жиілікті модуляциясы (GMSK) деп аталатын MSK-ның бір түрі GSM ұялы телефон стандартында қолданылады.
Аудио жиілік ауысуын теру
Аудио жиіліктік модуляция (AFSK) – цифрлық деректерді аудио тонның жиілігінің (биіктігінің) өзгеруі арқылы көрсететін модуляция техникасы, бұл радио немесе телефон арқылы беруге қолайлы кодталған сигналды қамтамасыз етеді. Әдетте, берілетін аудио екі тон арасында ауысады: бірі, "марка", екілік бірді білдіреді; екіншісі, "бос орын", екілік нөлді білдіреді. AFSK, базалық жолақты жиіліктерде модуляцияны жүзеге асыру арқылы, стандартты жиіліктік модуляциядан ерекшеленеді. Радио қолданбаларында AFSK модуляцияланған сигналы әдетте, RF тасымалдаушысын модуляциялау үшін қолданылады (AM немесе FM сияқты дәстүрлі техниканы пайдалана отырып) беру мақсатында. AFSK көбінесе жоғары жылдамдықты деректерді беру үшін қолданылмайды, себебі ол қуат және жолақ ені тұрғысынан көптеген басқа модуляция түрлеріне қарағанда әлдеқайда тиімсіз. Дегенмен, қарапайымдылығынан басқа, AFSK кодталған сигналдардың AC байланыс тізбектері арқылы өтуіне мүмкіндік береді, соның ішінде бастапқыда музыка немесе сөйлеу үшін жасалған көптеген құралдар. AFSK АҚШ-тағы Төтенше жағдайлар жүйесінде стансаларды төтенше жағдайдың түрі, зардап шеккен аймақтар және ескерту мәтінін тікелей оқымай-ақ хабарлау үшін қолданылады.
Көп деңгейлі жиілік ауысуы
25-жоба жүйесіндегі 1-кезең радиолары 4 деңгейлі жиілік модуляциясын (4FSK) пайдаланады.
Қолданбалар
1910 жылы Реджинальд Фессенден Морзе кодын таратудың екі тонды әдісін ойлап тапты. Нүктелер мен сызықтар тең ұзындықтағы әртүрлі дыбыстармен алмастырылды. Мақсаты – хабар тарату уақытын қысқарту болды. Кейбір ерте үздіксіз толқын (CW) таратушылары ыңғайлы түрде кілттеуге келмейтін доғалық түрлендіргішті қолданды. Доғаны қосу-өшірудің орнына, кілт компенсациялық толқын әдісі деп аталатын техникамен таратушының жиілігін сәл өзгертті. Компенсациялық толқын қабылдағышта қолданылмады. Бұл әдісте қолданылатын ұшқынды таратушылар көп жиілік диапазонын пайдаланды және кедергі тудырды, сондықтан 1921 жылы осы әдістен бас тартылды. Телефон желілерінің алғашқы модемдері аудио жиіліктік модуляцияны (AFSK) секундына шамамен 1200 битке дейін деректерді жіберу және қабылдау үшін қолданды. Bell 103 және Bell 202 модемдері осы техниканы қолданды. Күні бүгінге дейін Солтүстік Америкада абоненттің нөмірін анықтау үшін 1200 бодты AFSK, Bell 202 стандартының түрінде қолданылады. Кейбір алғашқы микрокомпьютерлер аудиокассеталарда деректерді сақтау үшін AFSK модуляциясының нақты түрін, Канзас-Сити стандартын қолданды. AFSK әлі де әуесқой радиода кеңінен қолданылады, себебі ол деректерді өңделмеген дауыс жолақты жабдықтары арқылы таратуға мүмкіндік береді. AFSK АҚШ-тың Төтенше жағдайлар ескерту жүйесінде ескерту туралы ақпаратты тарату үшін де қолданылады. Ол АҚШ-тағы NOAA Weatheradio-да Weathercopy үшін жоғары жылдамдықтарда қолданылады. Канаданың Онтарио штатындағы Оттава қаласындағы CHU қысқа толқын радиостанциясы AFSK модуляциясымен кодталған эксклюзивті цифрлық уақыт сигналын таратуда.
The CHU shortwave radio station in Ottawa, Ontario, Canada broadcasts an exclusive digital time signal encoded using AFSK modulation.
Шақырушыны анықтау және қашықтан өлшеу стандарттары
Жиілік модуляциясы (FSK) телефон желілерінде абоненттің нөмірін анықтау (абонент нөмірін көрсету) және қашықтықтан есептеу жүйелерінде кеңінен қолданылады. Осы технологияның бірнеше түрі бар.
Еуропалық телекоммуникациялық стандарттар институты
Еуропаның кейбір елдерінде Еуропалық телекоммуникациялық стандарттар институтының (ETSI) 200 778 1 және 2 стандарттары, 300 778 1 және 2 стандарттарын алмастыра отырып, 3 физикалық тасымалдау қабатын (Telcordia Technologies (бұрынғы Bellcore), British Telecom (BT) және Cable Communications Association (CCA)) және 2 дерек форматын – Көп дерек хабарламасы форматы (MDMF) мен Бір дерек хабарламасы форматы (SDMF) – біріктіреді. Сонымен қатар, екі жиілікті тонды (DTMF) жүйесі және есептегішті оқу сияқты мақсаттар үшін қоңыраусыз режим де қолданылады. Бұл, жалғыз "стандартты" анықтауға талпынудан гөрі, әртүрлі типтердің бар екенін мойындауға жақын.
Telcordia Technologies компаниясы
Telcordia Technologies (бұрын Bellcore) стандарты АҚШ, Канада (бірақ төменде қараңыз), Австралия, Қытай, Гонконг және Сингапурда қолданылады. Ол бірінші қоңырау тонынан кейін деректерді жібереді және секундына 1200 бит жылдамдығымен Bell 202 тондық модуляциясын пайдаланады. Деректер SDMF түрінде – күнді, уақытты және нөмірді қамтиды – немесе MDMF түрінде жіберілуі мүмкін, ол NAME өрісін қосады.
Британдық телекоммуникация
Ұлыбританиядағы British Telecom (BT) өз стандартын әзірледі, ол дисплейді сызықтарды кері тіркеу арқылы оятып, содан кейін деректерді CCITT v.23 модем үнділері ретінде MDMF-ке ұқсас форматта жібереді. Оны BT, Ionica сияқты сымсыз желілер және кейбір кабельдік компаниялар қолданады. Толық мәліметтер BT жеткізушілеріне арналған ақпараттық хабарламаларда (SIN) 227 (сілтеме 28/7/21 күні бұзылды) және 242 (сілтеме 28/7/21 күні бұзылды) табылады; тағы бір пайдалы құжат – EXAR веб-сайтынан BT үшін XR 2211 қолданып, қоңырау шалушының идентификациясын жобалау.
Кабельді байланыс қауымдастығы
Ұлыбританияның Кабельді байланыс қауымдастығы (CCA) өзінің жеке стандартын әзірледі, ол ақпаратты қысқа алғашқы сигналдан кейін Bell 202 немесе V.23 үні ретінде жібереді. Олар BT стандартына сәйкес келмейтін "көшедегі құрылғыларды" (мультиплексорларды) өзгертудің орнына жаңа стандартты жасады. Ұлыбританияның кабельдік индустриясы әртүрлі коммутаторларды пайдаланады: көбісі Nortel DMS 100, ал кейбіреулері System X, System Y және Nokia DX220. Атап айтқанда, олардың кейбіреулері CCA стандартының орнына BT стандартын қолданады. Дерек форматы BT форматына ұқсас, бірақ тасымалдау қабаты Telcordia Technologies стандартына жақын, сондықтан Солтүстік Америка немесе Еуропалық жабдықтар оны анықтауы мүмкін.