Click here to load reader

FSK – DISKRETNA MODULACIJA FREKVENCIJE

  • View
    1.373

  • Download
    16

Embed Size (px)

DESCRIPTION

FSK – DISKRETNA MODULACIJA FREKVENCIJE

Text of FSK – DISKRETNA MODULACIJA FREKVENCIJE

SVEUILITE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU ELEKTROTEHNIKI FAKULTET

TOMISLAV KREZO I ZORISLAV KVESI

FSK DISKRETNA MODULACIJA FREKVENCIJESEMINARSKI RAD

OSIJEK, 2008

SADRAJ1. UVOD.2 2. FSK DISKRETNA MODULACIJA FREKVENCIJE...3 3. PODVRSTE DISKRETNE MODULACIJE FREKVENCIJE7 3.1 FDM - FREQUENCY DIVISION MULTIPLEX7 3.2 DFSK - DOUBLE FREQUENCY SHIFT KEYING...8 3.3 AFSK - AUDIO FREQUENCY SHIFT KEYING...9 3.4 MFSK - MULTI FREQENCY SHIFT KEYING...10 3.5 MSK - MINIMUM SHIFT KEYING I GMSK - GAUSSIAN MINIMUM SHIFT KEYING.12 4. FSK DEMODULACIJA.14 4.1 FM DETEKTOR DEMODULACIJA..14 4.2 FILTER TYPE DEMODULACIJA.15 5. PRIMJENE FSK MODULACIJE.16 5.1 PRIMJENA U GSM SUSTAVU16 5.2 PRIMJENA U PRIJENOSU INFORMACIJA ELEKTRINOM MREOM...17 5.3 MODEM..19 5.3.1 Modulacija kod modema...20 6. ZAKLJUAK..21 LITERATURA....22

2

1.UVODKomunikacija kod elektronike opreme odvija se razliitim vrstama modulacija signala. Razliitim nainima pokuava se doi do sve veih brzina prijenosa podataka, a na prvom mjestu su modulacije signala. Modulacija signala je nain prenoenja podataka kroz odreeni medij i o njoj ovisi brzina prijenosa. Tema ovog seminarskog rada je FSK (eng. frequency shift keying) modulacija signala koja je zastarjela, ali obraene su i neke vrste modulacija koje su nastale da bi otklonile nedostatke FSK modulacije .

3

2. FSK - DISKRETNA MODULACIJA FREKVENCIJEFSK diskretna modulacija frekvencije je tipina modulacija koja se koristi za slanje digitalnih informacija izmeu digitalne opreme kao to su printeri, raunala itd Ovaj se modulacijski postupak temelji na tome da se svakom stanju binarnog digitalnog signala dodijeli jedna diskretna frekvencija digitalnog signala. Obino se stanju 1 dodijeli frekvencija f1, a stanju 0 frekvencija f0 pri emu je: f1>f0.

Slika 2.1. Oblik signala kod FSK modulacije.

Slika 2.2. Parametri kod FSK signala Indeks modulacije m = f/fm Devijacija frekvencije f = (f2-f1)/2

4

Faktor m odreuje zauzetost irine pojasa. Signali sa m1 nazivaju su irokopojasni. Npr. FM radio je irokopojasan prema svojoj definiciji. Slika 2.2 pojanjava parametre signala kod FSK. Svako stanje 1 ili 0 ima odreeno vremensko trajanje. Uobiajena vrijednost trajanja binarne jedinice ili nule je 5 do 22 ms. Bitska brzina jednaka je 1/vrijeme trajanja 1 ili 0 u sekundama. Primjer 1. Ako je brzina trajanja 20ms, dobijemo da je bitska brzina 50 Baud-a (1/20ms=50Bd). Kod FSK pozornost se obraa na promjenu frekvencije u odnosu na frekvenciju vala nosioca signala. Razlika u frekvenciji izmeu binarne jedinice ili nule je obino u rasponu od 50 do 1000Hz. Frekvencija vala nosioca je tono na sredini izmeu frekvencije 0 i 1. Devijacija je jednaka razlici frekvencija izmeu srednje frekvencije i frekvencije binarne jedinice ili nule. Devijacija je numeriki gledano jedinice. Primjer 2. Ako je frekvencija vala nosioca 100Hz, a devijacija 8Hz. Za frekvencije binarne jedinice f1 i binarne nule f0 dobivamo: f1 = 100+8=108Hz f2 = 100-8=92Hz. Kada se modulacija ne vri idealnim pravokutnim impulsom, promjena frekvencije na prijelazu dva stanja, nee izazvati diskontinuitet faze (Sl.2.3a). Kontinuirana promjena frekvencije, pa prema tome i kontinuirana promjena faze, smanjuje broj spektralnih komponenti moduliranog signala. Ovo je prisutno kada radimo sa jednim oscilatorom koji ne mijenja frekvenciju skokovito. Ovu pojava se danas esto koristi, a modulacijski postupak kojim se dobiju najbolji rezultati naziva se GMSK. Ako imamo dva oscilatora koja naizmjence generiraju frekvencije f1 i f0, imat emo i diskontinuitet faze (Sl.2.3b) razlike frekvencije binarne nule i

5

a)

b)

Slika 2.3. Kontinuitet faze 3a, diskontinuitet faze 3b. Kod FSK se koristi mnogo naina kodiranja prenoenih podataka. Mogu se podijeliti u dvije grupe: satom. Nesinkronizirani prijenos podataka ne zahtjeva referentni sat, ali zahtjeva kontrolu vremena tijekom dekodiranja. sinkronizirane, nesinkronizirane.

Sinkronizirani prijenos ima trajanje binarne jedinice i binarne nule odreeno referentnim

Slika 2.4. Sinkronizirani prijenos 4a, nesinkronizirani prijenos 4b.

6

3. PODVRSTE DISKRETNE MODULACIJE FREKVENCIJE3.1 FDM - FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXNekoliko FSK signala moe se prenositi istodobno tako da se odredi nekoliko razliitih frekvencija nasivog vala (srednja frekvencija) za svaki FSK signal. Metode istodobnog (simultanog) prijenosa se naziva FDM. U radio spektru nekoliko audio FSK signala je obino kombinirano za prijenos pomou ogranienog primopredajnika. Ovakav oblik FDM-a obino se naziva VFT (Voice freqvency Telegrafh). Da bi smanjili irinu pojasa odreenog FSK kanala koristimo uzak razmak izmeu binarne jedinice i nule izmeu 50 i 200 Hz. Tipini FDM sistem je prikazan na slici 3.1.1.

Slika 3.1.1. Tipini FDM signal. Visoko frekventni radio sistemi obino odailju 16 kanala, ali bilo bi mogue 24 i vie da su omeeni sa 3 kHz. Telefonski standard je 12 i 24 kanala po 3 kHz.

7

3.2 DFSK - DOUBLE FREQUENCY SHIFT KEYINGDFSK ili DFS je nain prijenosa 2 nezavisno binarna podatka X i Y pomou stanja koji se sastoji od 4 diskretne frekvencije. Tablica 3.2.1. pokazuje konvertiranja 2 binarna bita u 4 mogua izlazna stanja. Tablica 3.2.1. Prikazuje mogua izlazna stanja sa dva binarna koda.

Primjer: Ako su bit X i bit Y binarna jedinica i nula izlazno stanje je C. Ovo je takav oblik FSK kod kojeg moemo prenijeti bilo koja dva bita pomou jednog stanja. Slika 3.2.1. pokazuje tipini DFSK signal.

Slika 3.2.1. DFSK signal. Digitalni kanal X (a) i Y (b) kombinirani u jedan DFSK signal (c).

8

Zato to su 2 kanala nezavisna, oni mogu sadravati bilo koju kombinaciju sinkroniziranih ili nesinkroniziranih signala. Na slikama 6 i 7 izlazna stanja A, B, C i D su prikazana frekvencijama f1 do f4. Imamo 24 razliita naina kojima 4 stanja mogu biti dobivena pomou 4 frekvencije. 4! = 1x2x3x4=24

3.3

AFSKAFSK (engl. - Audio Frequncy Shift Keying) je jedna od podvrsta FSK modulacije.

Razlikuje se od FSK tehnike modulacije u tome to se kod ove vrste modulacije primjenjuju audio tonovi odreenih frekvencija. Princip rad gotovo je istovjetan FSK modulaciji s razlikom to su ureaji koji primaju odnosno odailju, takav signal generirali kao dva razliita tona (jedan za binarnu jedinicu "1" i drugi za binarnu nulu "0"). Kao i kod FSK modulacije ton vie frekvencije predstavlja binarnu jedinicu "1", a ton nie frekvencije predstavlja binarnu nulu "0". AFSK je modulacijska tehnika kod koje se podatak (odnosno binarne jedinice i nule) predstavlja kao promjene frekvencije audio tona time omoguavajui koritenje preko radio aparata ili telefona. Obino se promjene dogaaju unutar odreenog frekvencijskog pojasa u kojem su odreeni tonovi koji pak unutar tog frekvencijskog pojasa predstavljaju binarne jedinice i binarne nule. Za razliku od standardne FSK modulacije AFSK modulacija se izvodi na frekvenciji osnovnog frekvencijskog pojasa. U radio tehnologiji se obino AFSK modulirani signal koristi za moduliranje radio-frekvencijskog vala nosioca za prijenos. Tako je ova vrsta modulacije pronala primjenu u radijskim tehnologijama kao to su primjerice amaterski radio, prvi modemi, pohrana podataka na magnetsku traku, daljinsko upravljanje modelima letjelica, brodova i slino no zbog svoje smanjene uinkovitosti u odnosu na ostale vrste modulacijskih tehnika posebno kod veih brzina prijenosa. Na ovoj modulacijskoj tehnici bili su zasnovani prvotni modemi. Kao to je ve spomenuto, ovakvom modulacijskom tehnikom nije bilo mogue postii velike brzine te su prvotni modemi temeljeni na Bell 103 standardu dostizali brzine prijenosa samo do 300 b/s. Kod ovog standarda izvorine i odzivna stanica koristile su dva razliita para frekvencija za

9

prijenos informacija (odredina stanica - 1270 Hz za "1" i 1070 Hz za "0" te odzivna stanica 2225 Hz za "1" i 2025 Hz za "0")Kasniji modemi koristili su kombinacije vie tehnika modulacije te su postizali vee brzine prijenosa.

3.4

MFSKMFSK (engl. - Multi Frequency Shift Keying) je takoer jedna od podvrsta FSK

modulacije koja se vremenom razvila. Za razliku od FSK modulacije koja radi na dvije frekvencije, ova vrsta modulacije koristi vie frekvencija - od 4 do 64 najee. Svaki ton se generira odnosno prenosi kao npr. toka Morseove abecede ali tonovi slijede jedan za drugim bez pauze na blago razliitim frekvencijama. To je tehnika kod koje individualni impulsi razliitih radio frekvencija nose informaciju i preneseni podaci ovise o frekvenciji impulsa. Obino se koristi nekoherentna detekcija te se smjeta to je vie mogue tonova to je meusobno blie mogue. Time se postie da se ograniava irina prijenosnog kanala. Na slici 3.4.1 moemo vidjeti primjer simulacijskog blok dijagrama za MFSK kojim su studenti sa sveuilita Hull u Engleskoj izveli eksperiment u kojem su ispitivali FSK i MFSK signale.

Slika 3.4.1 Blok dijagaram simulacijskog sklopa za FSK i MFSK modulaciju Upotrebom Bernoulli generatora generirani su binarni brojevi koji su tada primjenom modulatora i demodulatora u konanici prikazani na displeju i osciloskopu te su analizom signala utvrdili razlike izmeu efikasnosti FSK i MFSK signala. Te razlike najbolje se mogu vidjeti na slici 3.4.2 ispod.

10

Slika 3.4.2 Dijagram usporedbe FSK i MFSK modulacije obzirom na gubitak podataka u odnosu na smetnje Iz tog dijagrama vidljivo je kako i jedna i druga modulacijska tehnika zadravaju zadovoljavajuu koliinu podataka do odreene snage smetnje. No vidljivo je kako je prag podnoenja smetnje za simulirani sluaj kod FSK bio 6dB dok je kod MFSK on 7,6dB. Vremenom su se razvile vie naina ove modulacije i najee se koriste u kratkovalnim komunikacijama. Piccolo je prva vrsta MFSK modulacije koju je razvijala Britanska vlada te se uglavnom koristila u svrhe komunikacije za vojne potrebe. Ubrzo su se razvile