Дата последнего обновления файла 25.07.2012

Быстрая частотная модуляция (FFSK)

Несколько лет назад возникла проблема, связанная с необходимостью передачи огромного потока данных по радиоканалу и отсутствием специализированной аппаратуры передачи данных. В то же время уже имелся парк радиостанций, предназначенных для передачи аналоговых сигналов в канале тональной частоты 0,3 ... 3,4 кГц.

Решением проблемы стало применение цифровых модемов, работающих на поднесущей частоте. Основным требованием к таким радиомодемам стало условие формирования сигнала со спектром, лежащим в диапазоне частот от 300 Гц до 3,4 кГц.

Это привело к созданию двух стандартов модуляции поднесущей MSK для каналов тональной частоты, которые получили отдельное название — FFSK. Для скорости передачи 1200 бит/с частота передачи нуля выбрана 1200 Гц, частота передачи единицы выбрана 1800 Гц. Временные диаграммы сигнала FFSK приведены на рисунке 1.

Временные диаграммы сигнала FFSK 1200
Рисунок 1. Временные диаграммы сигнала FFSK 1200

Как было определено в предыдущем разделе, это эквивалентно модуляции поднесущей частоты 1500 Гц с девиацией ±300 Гц. Для определения спектра данного сигнала можно представить его как сумму двух амплитудно-модулированных сигналов с центральными частотами 1200 и 1800 Гц. Как известно, спектр (16) таких колебаний описывается формулой sin(x)/x. Спектры АМ сигналов с центральными частотами 1200 и 1800 Гц со скоростью передачи 1200 бит/с, а также сумма этих спектров в линейном масштабе, приведены на рисунке 2.

Формирование спектра FFSK 1200
Рисунок 2. Формирование спектра FFSK 1200

На этом же рисунке штриховой линией приведен график суммы данных сигналов. Как видно из рисунка, спектры суммируются в диапазоне частот от 1200 до 1800 Гц, достигая максимума на центральной частоте 1500 Гц. В остальном диапазоне частот спектральные составляющие вычитаются. Это обеспечивает большую скорость спада боковых лепестков спектра (12 дБ/окт). Результирующий энергетический спектр сигнала FFSK 1200 в логарифмическом масштабе приведен на рисунке 3.

Спектр сигнала FFSK 1200 в логарифмическом масштабе
Рисунок 3. Спектр сигнала FFSK 1200 в логарифмическом масштабе

Как видно из рисунка 3, основная энергия сигнала (98%) сосредоточена в полосе частот 900 ... 2100 Гц, что уже полосы частот канала в полосе частот канала тональной частоты 0,3 ... 3,4 кГц. Поэтому сигнал FFSK 1200 проходит через радиотракты обычных аналоговых радиостанций практически без искажений.

Для скорости передачи 2400 бит/с частота передачи нуля выбрана 1200 Гц, а частота передачи единицы выбрана 2400 Гц. Как было определено в предыдущем разделе, это эквивалентно модуляции поднесущей частоты 1800 Гц с девиацией частоты ±600 Гц. Временные диаграммы модулирующего сигнала и, соответствующего ему сигнала FFSK-2400, приведены на рисунке 4.

Временные диаграммы сигнала FFSK 2400
Рисунок 4. Временные диаграммы сигнала FFSK 2400

Спектры АМ сигналов с центральными частотами 1200 и 2400 Гц со скоростью передачи 2400 бит/с, а также сумма этих спектров в линейном масштабе, приведены на рисунке 5, а результирующий энергетический спектр сигнала FFSK 2400 в логарифмическом масштабе — на рисунке 6.

Формирование спектра FFSK 2400
Рисунок 5. Формирование спектра FFSK 2400
Спектр сигнала FFSK 1200 в логарифмическом масштабе
Рисунок 6. Спектр сигнала FFSK 1200 в логарифмическом масштабе

Как видно из рисунка 6, основная энергия сигнала (95%) сосредоточена в полосе частот канала тональной частоты 0,3 ... 3,4 кГц. Поэтому сигнал FFSK 2400 проходит через радиотракты обычных аналоговых радиостанций практически без искажений.

Конкретный выбор частот, кратных скорости передачи данных позволил осуществлять формирование отрезков синусоид с непрерывной фазой просто из табличных значений. Для этого не требуется большая производительность процессора, поэтому не обязательно в качестве FFSK модуляторов и демодуляторов использовать сигнальные процессоры. В радиотехнических устройствах с FFSK сигнализацией часто для этой цели используются платы с применением обычных микроконтроллеров.

Литература:

  1. Structure, optimization, and realization of FFSK trellis codes (англ.)
  2. Effect of Noisy Phase References on Coherent Detection of FFSK Signals (англ.)
  3. 1200/2400/4800 Baud FFSK Modem
  4. Описание модема FFSK (англ.)

Вместе со статьей "Быстрая частотная модуляция (FFSK)" читают:

MSK-модуляция частотная с минимальным сдвигом по частоте
http://digteh.ru/UGFSvSPS/modul/MSK/

GMSK-модуляция частотная модуляция с минимальным сдвигом по частоте, сглаженная Гауссовским фильтром
http://digteh.ru/UGFSvSPS/modul/GMSK/

Двухпозиционная фазовая модуляция (BPSK)
http://digteh.ru/UGFSvSPS/modul/BPSK/

QPSK-модуляция четырехпозиционная фазовая модуляция
http://digteh.ru/WLL/QPSK.php

Дифференциальная квадратурная фазовая модуляция (DQPSK)
http://digteh.ru/UGFSvSPS/modul/QPSK/


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Rambler's Top100