周波数偏移変調

周波数偏移変調(FSK、英語: frequency shift keying)は、デジタル情報を搬送波信号の離散的な周波数変化を利用して送信する周波数変調方式です。古い規格ながらも21世紀になっても様々なデーター通信で使用されています。 [1]この技術は、テレメトリ、気球ラジオゾンデ、電話番号通知 、ガレージドア開閉装置、ラジオテレタイプ 、ラジオファクシミリ、VLFおよびELF帯域での低周波無線送信などの通信システムに使用されます。最も単純なFSKはバイナリ周波数偏移変調(BFSK)です。 BFSKは、離散周波数のペアを使用して、バイナリ（0と1）情報を送信します。 [2]この方式では、「1」はマーク周波数と呼ばれ、「0」はスペース周波数と呼ばれます。

バイナリFSKの例
FSK-FMCW Principle.png

変調と復調編集

FSKモデムのリファレンス実装が存在し、詳細に文書化されています。[3] バイナリFSK信号の復調は、低電力マイクロコントローラでも、 Goertzelアルゴリズムを使用して非常に効率的に実行できます。[4]

バリエーション編集

連続位相周波数シフトキーイング編集

原則として、FSKは、完全に独立した自走発振器を使用し、各シンボル期間の開始時にそれらを切り替えることによって実装できます。一般に、独立した発振器は同じ位相ではないため、切り替えの瞬間に同じ振幅になり、送信信号に突然の不連続性が発生します。

実際には、多くのFSK送信機は単一の発振器のみを使用し、各シンボル期間の開始時に異なる周波数に切り替えるプロセスによって位相が保持されます。位相の不連続性を排除する（したがって、振幅の突然の変化を排除する）と、側波帯電力が減少し、隣接チャネルとの干渉が減少します。

ガウス周波数シフトキーイング編集

ガウス周波数シフトキーイング（GFSK）は、デジタルデータで周波数を直接変調し各ビット周期の開始時に周波数を瞬時に変更するのではなく、データパルスをガウスフィルターでフィルタリングして遷移をスムーズにします。このフィルターには、符号間干渉が増加する代わりに、側波帯電力が減少し、隣接チャネルとの干渉が減少するという利点があります。これは、改良されたレイヤー2プロトコル、 DECT 、 Bluetooth 、Cypress WirelessUSB 、 Nordic Semiconductor 、Texas Instruments LPRF 、 IEEE 802.15.4 、 Z-WaveおよびWavenisデバイスで使用されます。基本データレートBluetoothの場合、最小偏差は115 kHzです。

GFSK変調器は、ベースバンド波形（レベル-1および+1）がFSK変調器に入る前に、ガウスフィルターを通過して遷移を滑らかにし、スペクトル幅を制限するという点で、単純な周波数シフトキーイング変調器とは異なります。 。ガウスフィルタリングは、スペクトル幅を減らすための標準的な方法です。このアプリケーションでは、パルス整形と呼ばれます。

通常のフィルタリングされていないFSKでは、-1から+1または+1から-1にジャンプすると、変調された波形が急速に変化し、大きな帯域外スペクトルが発生します。パルスが-1から+1に変化し、-1、-0.98、-0.93、...、+ 0.93、+ 0.98、+ 1となると、このより滑らかなパルスを使用して、キャリア周波数、out-が決定されます。帯域外スペクトルが減少します。

最小シフトキーイング編集

最小周波数シフトキーイングまたは最小シフトキーイング（MSK）は、コヒーレントFSKの特定のスペクトル効率の高い形式です。 MSKでは、高い周波数と低い周波数の差はビットレートの半分と同じです。その結果、0ビットと1ビットを表す波形は、キャリア周期のちょうど半分だけ異なります。最大周波数偏差はδです = 0.25 F mが最大変調周波数f mの、。その結果、変調指数mは0.5になります。これは、0と1の波形が直交するように選択できる最小のFSK変調指数です。

ガウス最小シフトキーイング編集

GSM携帯電話規格では、ガウス最小偏移変調（ GMSK ）と呼ばれるMSKの変形が使用されています。

オーディオ周波数シフトキーイング編集

オーディオ周波数シフトキーイング（AFSK）は、デジタルデータをオーディオトーンの周波数（ピッチ）の変化で表す変調技術であり、ラジオや電話での送信に適したエンコードされた信号を生成します。通常、送信されるオーディオは2つのトーンを交互に繰り返します。1つは「マーク」で、バイナリトーンを表します。もう1つの「スペース」は、2進ゼロを表します。

AFSKは、ベースバンド周波数で変調を実行する点で通常の周波数シフトキーイングとは異なります。無線アプリケーションでは、AFSK変調信号は通常、送信用にRFキャリアを変調するために使用されます（ AMやFMなどの従来の技術を使用）。

AFSKは、他のほとんどの変調モードよりも電力と帯域幅の両方ではるかに効率が低いため、高速データ通信に常に使用されるとは限りません。[要出典]ただし、AFSKには、その単純さに加えて、音楽や音声を伝送するように設計されたほとんどの機器を含め、エンコードされた信号がAC結合リンクを通過するという利点があります。

AFSKは、米国を拠点とする緊急警報システムで使用され、警報のテキストを実際に聞くことなく、緊急事態の種類、影響を受ける場所、および問題の時刻をステーションに通知します。

連続4レベル変調編集

Project 25システムのフェーズ1無線は、連続4レベルFM（C4FM）変調を使用します。

アプリケーション編集

1910年、レジナルド・フェッセンデンはモールス信号を送信する2トーン方式を発明しました。ドットとダッシュは、同じ長さの異なるトーンに置き換えられました。その意図は、送信時間を最小限に抑えることでした。

初期のCW送信機の中には、便利なキー入力ができないアークコンバーターを採用しているものがありました。アークをオン/オフする代わりに、キーは補償波法として知られている技術で送信機の周波数をわずかに変更しました。補償波は受信機では使用されませんでした。この方法で使用される火花送信機は、多くの帯域幅を消費し、干渉を引き起こしたため、1921年までに推奨されませんでした。

大半の初期の電話回線モデムは、オーディオ周波数シフトキーイング（AFSK）を使用して、最大約1200bpsの通信速度でデータを送受信していました。ベル103とベル202モデムは、この技術を使用していました。今日でも、北米の発信者IDはボーAFSKベル202標準規格で1200bpsを使用しています。初期のマイクロコンピューターの中には、カンサスシティ標準である特定の形式のAFSK変調を使用して、カセットテープデータを保存するものがありました。[要出典] 。 AFSKは、変調されていない音声帯域機器を介したデータ送信を可能にするため、アマチュア無線で今でも広く使用されています。

AFSKは、警告情報を送信するために米国の緊急警報システムでも使用されています[要出典] 。これは、米国のNOAAによってWeatheradioで使用されるWeathercopyのより高いビットレートで使用されます。

カナダのオンタリオ州オタワにあるCHU短波ラジオ局は、 AFSK変調を使用してエンコードされた専用のデジタル時報を放送しています。[要出典]

電話番号通知編集

周波数偏移変調（FSK）は、電話回線を介してナンバーディスプレイ およびリモートメータリングアプリケーションに一般的に使用されます。この技術にはいくつかのバリエーションがあります。

欧州電気通信標準化機構編集

いくつかの国ではヨーロッパ、欧州電気通信標準化機構（ETSI）が標準規格200 778-1と-2 –変換規格300 778-1＆-2 –許可し3つの物理トランスポート層、テルコーディア・テクノロジーズ（旧：Bellcore）、ブリティッシュテレコム（BT）およびCableCommunications Association （CCA））、2つのデータ形式Multiple Data Message Format （MDMF）およびSingle Data Message Format （SDMF）、さらにDual-tone multi-frequency （DTMF）システムおよびメーター用のノーリングモードと組み合わせて統一された通信規格を定義しようとするよりも、さまざまな規格が存在しているという認識のほうが重要です。

テルコーディア・テクノロジーズ編集

テルコーディア・テクノロジーズ（旧：Bellcore）標準は、米国、カナダ（ただし、以下を参照）、オーストラリア、中国、香港、シンガポールで使用されています。最初の着信音の後にデータを送信し、1200bpsのベル202トーン変調を使用します。日付、時間及び数を含む– –又はNAMEフィールドを追加MDMF、データはSDMFに送信することができます。

ブリティッシュテレコム編集

ブリティッシュテレコム中（BT）イギリスでは、データを送信し、その後、ライン反転で表示を目覚め、自分の標準、開発CCITT MDMFと同様の形式でV.23モデムトーンを。 BT、故Ionicaのようなワイヤレスネットワーク、および一部のケーブル会社で使用されています。詳細は、BTサプライヤー情報ノート（SIN） 227および242に記載されています。もう1つの有用なドキュメントは、 EXARWebサイトのBT用XR-2211を使用した発信者識別配信の設計です。

ケーブル通信協会編集

英国のケーブル通信協会（CCA）は、ベル202またはV.23トーンのいずれかとして、短い最初の呼び出し音の後に情報を送信する独自の標準を開発しました。彼らは、BT標準に対応できないいくつかの「ストリートボックス」（マルチプレクサ）を変更するのではなく、新しい標準を開発しました。英国のケーブル業界では、さまざまなスイッチが使用されています。ほとんどがNortelDMS -100です。一部はシステムXです。システムY ;そして、ノキアDX220。これらの一部は、CCA標準ではなくBT標準を使用していることに注意してください。データ形式はBTのものに似ていますが、トランスポート層はTelcordia Technologiesに似ているため、北米またはヨーロッパの機器がそれを検出する可能性が高くなります。

関連項目編集

参考文献編集

  1. ^ Kennedy, G.; Davis, B. (1992). Electronic Communication Systems (4th ed.). McGraw-Hill International. ISBN 978-0-07-112672-4 , p 509
  2. ^ FSK: Signals and Demodulation (B. Watson)
  3. ^ Teaching DSP through the Practical Case Study of an FSK Modem (TI)
  4. ^ FSK Modulation and Demodulation With the MSP430 Microcontroller (TI)Archived 2012-04-06 at the Wayback Machine.

外部リンク編集

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