مفتاح إزاحة التردد


تُعدّ تقنية تعديل التردد ( FSK ) إحدى تقنيات تعديل التردد ، حيث تُشفّر المعلومات الرقمية على إشارة حاملة عن طريق تغيير ترددها دوريًا بين عدة ترددات منفصلة. [ 1 ] تُستخدم هذه التقنية في أنظمة الاتصالات مثل القياس عن بُعد ، وأجهزة رصد الطقس بالبالونات ، ومعرف المتصل ، وأجهزة فتح أبواب المرآب ، والبث الإذاعي منخفض التردد في نطاقي VLF و ELF . أبسط أنواع FSK هو FSK الثنائي ( BFSK ، والذي يُشار إليه أيضًا باسم 2FSK أو 2-FSK )، حيث تُغيّر الإشارة الحاملة بين ترددين منفصلين لنقل معلومات ثنائية (أصفار وواحدات). [ 2 ]
التعديل وإزالة التعديل
توجد تطبيقات مرجعية لأجهزة مودم FSK موثقة بالتفصيل. [ 3 ] يمكن فك تشفير إشارة FSK الثنائية باستخدام خوارزمية Goertzel بكفاءة عالية، حتى على وحدات التحكم الدقيقة منخفضة الطاقة. [ 4 ]
الاختلافات
مفتاح إزاحة التردد ذو الطور المستمر
من حيث المبدأ، يمكن تطبيق تقنية FSK باستخدام مذبذبات حرة التشغيل مستقلة تمامًا، والتبديل بينها في بداية كل فترة رمزية. عمومًا، لن تكون المذبذبات المستقلة بنفس الطور، وبالتالي بنفس السعة، لحظة التبديل، مما يتسبب في انقطاعات مفاجئة في الإشارة المرسلة.
عمليًا، تستخدم العديد من أجهزة إرسال FSK مذبذبًا واحدًا فقط، وتحافظ عملية التبديل إلى تردد مختلف في بداية كل فترة رمزية على الطور. ويؤدي التخلص من الانقطاعات في الطور (وبالتالي التخلص من التغيرات المفاجئة في السعة) إلى تقليل طاقة النطاق الجانبي ، مما يقلل التداخل مع القنوات المجاورة.
مفتاح إزاحة التردد الغاوسي
بدلاً من تعديل التردد مباشرةً باستخدام رموز البيانات الرقمية، وتغيير التردد "فورياً" في بداية كل دورة رمز، يقوم تعديل إزاحة التردد الغاوسي ( GFSK ) بتصفية نبضات البيانات باستخدام مرشح غاوسي لجعل الانتقالات أكثر سلاسة. يتميز هذا المرشح بتقليل طاقة النطاق الجانبي ، وتقليل التداخل مع القنوات المجاورة، على حساب زيادة التداخل بين الرموز . يُستخدم هذا التعديل في بروتوكول الطبقة الثانية المحسّن (ISL2 ) ، وDECT ، و Bluetooth ، و Cypress WirelessUSB ، و Nordic Semiconductor ، و Texas Instruments ، و IEEE 802.15.4 ، وأجهزة Z-Wave و Wavenis ، وفي أنماط FT8 الرقمية الشائعة الاستخدام في هواة الراديو كما هو مُطبق في برنامجي WSJT-X و PSK Reporter . بالنسبة لتقنية Bluetooth ذات معدل البيانات الأساسي ، يبلغ الحد الأدنى للانحراف 115 كيلوهرتز.
يختلف مُعدِّل GFSK عن مُعدِّل إزاحة التردد البسيط في أنه قبل دخول موجة النطاق الأساسي (بمستويات -1 و+1) إلى مُعدِّل FSK، تمر عبر مُرشِّح غاوسي لجعل الانتقالات أكثر سلاسةً والحد من عرض الطيف. يُعد الترشيح الغاوسي طريقةً قياسيةً لتقليل عرض الطيف، ويُطلق عليه في هذا التطبيق اسم تشكيل النبضة .
في نظام FSK العادي غير المُصفّى، عند الانتقال من -1 إلى +1 أو من +1 إلى -1، يتغير شكل الموجة المُعدّلة بسرعة، مما يُؤدي إلى ظهور طيف كبير خارج النطاق. إذا تم تغيير النبضة عند الانتقال من -1 إلى +1 على النحو التالي: -1، -0.98، -0.93، ...، +0.93، +0.98، +1، واستُخدمت هذه النبضة الأكثر سلاسة لتحديد تردد الموجة الحاملة ، فسيتم تقليل طيف خارج النطاق. [ 8 ]
مفتاح الإزاحة الأدنى
تُعدّ تقنية إزاحة التردد الأدنى (MSK) شكلاً فعالاً طيفياً من أشكال تقنية إزاحة التردد المتماسكة (FSK). في هذه التقنية، يكون الفرق بين التردد الأعلى والتردد الأدنى مساوياً لنصف معدل البت. وبالتالي، يختلف شكل الموجة الذي يُمثل البت 0 عن البت 1 بمقدار نصف دورة الموجة الحاملة تماماً. يبلغ أقصى انحراف للتردد δ = 0.25 f<sub> m</sub> ، حيث f<sub> m</sub> هو أقصى تردد للتضمين. ونتيجةً لذلك، يكون معامل التضمين m مساوياً لـ 0.5. وهذا هو أصغر معامل تضمين يُمكن اختياره في تقنية FSK بحيث يكون شكل الموجة للبتين 0 و1 متعامداً .
مفتاح الإزاحة الأدنى الغاوسي
يتم استخدام نوع مختلف من MSK يسمى Gaussian minimum-shift keying ( GMSK ) في معيار الهاتف المحمول GSM .
مفتاح إزاحة التردد الصوتي
تُعدّ تقنية تعديل تردد الصوت (AFSK) أسلوبًا لتضمين البيانات الرقمية ، حيث تُمثَّل البيانات بتغييرات في تردد ( حدة ) نغمة صوتية ، مما ينتج عنه إشارة مشفرة مناسبة للإرسال عبر الراديو أو الهاتف . عادةً، يتناوب الصوت المرسل بين نغمتين: الأولى، "العلامة"، تُمثِّل الرقم واحد في النظام الثنائي ؛ والأخرى، "الفراغ"، تُمثِّل الرقم صفر في النظام الثنائي.
تختلف تقنية AFSK عن تقنية تعديل إزاحة التردد التقليدية في إجراء التعديل عند ترددات النطاق الأساسي . في تطبيقات الراديو، تُستخدم الإشارة المعدلة بتقنية AFSK عادةً لتعديل موجة حاملة بترددات الراديو (باستخدام تقنية تقليدية، مثل AM أو FM ) للإرسال.
لا يُستخدم تعديل AFSK دائمًا في اتصالات البيانات عالية السرعة، نظرًا لانخفاض كفاءته في استهلاك الطاقة وعرض النطاق الترددي مقارنةً بمعظم أنماط التعديل الأخرى. [ 9 ] ومع ذلك، فإنه بالإضافة إلى بساطته، يتميز AFSK بميزة مرور الإشارات المشفرة عبر وصلات التيار المتردد ، بما في ذلك معظم المعدات المصممة أصلاً لنقل الموسيقى أو الكلام.
يتم استخدام نظام AFSK في نظام التنبيه في حالات الطوارئ الموجود في الولايات المتحدة لإخطار المحطات بنوع حالة الطوارئ والمواقع المتأثرة ووقت الإصدار دون سماع نص التنبيه فعليًا.
مفتاح إزاحة التردد متعدد المستويات
تستخدم أجهزة الراديو من المرحلة الأولى في نظام المشروع 25 تقنية إزاحة التردد ذات 4 مستويات (4FSK). [ 10 ] [ 11 ]
التطبيقات
في عام 1910، ابتكر ريجينالد فيسيندين طريقة ثنائية النغمة لنقل شفرة مورس. استُبدلت النقاط والشرطات بنغمات مختلفة متساوية الطول. [ 12 ] وكان الهدف هو تقليل وقت الإرسال.
استخدمت بعض أجهزة الإرسال المبكرة ذات الموجة المستمرة (CW) محولًا قوسيًا لم يكن من السهل تشغيله . فبدلًا من تشغيل القوس وإيقافه، كان المفتاح يُغير تردد جهاز الإرسال تغييرًا طفيفًا، وهي تقنية تُعرف باسم طريقة موجة التعويض . [ 13 ] لم تُستخدم موجة التعويض في جهاز الاستقبال. استهلكت أجهزة الإرسال الشرارية المستخدمة في هذه الطريقة نطاقًا تردديًا كبيرًا وتسببت في تداخل، لذا تم التخلي عنها بحلول عام 1921. [ 14 ]
استخدمت معظم أجهزة مودم خطوط الهاتف القديمة تقنية تعديل تردد الصوت (AFSK) لإرسال واستقبال البيانات بمعدلات تصل إلى حوالي 1200 بت في الثانية. وقد استخدم مودما Bell 103 و Bell 202 هذه التقنية. [ 15 ] وحتى اليوم، لا يزال نظام تحديد هوية المتصل في أمريكا الشمالية يستخدم تقنية AFSK بسرعة 1200 باود وفقًا لمعيار Bell 202. كما استخدمت بعض الحواسيب الصغيرة القديمة شكلاً محددًا من تعديل AFSK، وهو معيار مدينة كانساس ، لتخزين البيانات على أشرطة الكاسيت الصوتية . [ 16 ] ولا تزال تقنية AFSK مستخدمة على نطاق واسع في هواية الراديو ، لأنها تتيح نقل البيانات عبر معدات نطاق الصوت دون تعديل.
يستخدم بروتوكول ترميز الرسائل في المناطق المحددة (SAME)، الأكثر شيوعًا في نظام الإنذار في حالات الطوارئ بالولايات المتحدة ، دفعات بيانات AFSK لنقل البيانات بمعدل 520 5/6 بت في الثانية . [ 17 ] وهذا يسمح لأجهزة الاستقبال اللاسلكية المزودة بتقنية SAME بالتنشيط عند فك تشفير معلومات الترويسة.
تبث محطة راديو الموجات القصيرة CHU في أوتاوا، أونتاريو ، كندا إشارة زمنية رقمية حصرية مشفرة باستخدام تعديل AFSK. [ 18 ]
معايير معرف المتصل والقياس عن بعد
تُستخدم تقنية إزاحة التردد (FSK) بشكل شائع عبر خطوط الهاتف لعرض أرقام المتصلين وتطبيقات القياس عن بُعد . وتوجد عدة أنواع مختلفة من هذه التقنية.
المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات
في بعض الدول الأوروبية ، تسمح معايير المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات (ETSI) رقم 200778-1 و-2 - التي حلت محل 300778-1 و-2 - بثلاث طبقات نقل مادية ( Telcordia Technologies (المعروفة سابقًا باسم Bellcore)، و British Telecom (BT)، و Cable Communications Association (CCA))، بالإضافة إلى تنسيقين للبيانات: تنسيق رسائل البيانات المتعددة (MDMF) وتنسيق رسائل البيانات الفردية (SDMF)، فضلًا عن نظام النغمة المزدوجة متعددة الترددات (DTMF) ووضع عدم الرنين لقراءة العدادات وما شابه. ويُعد هذا بمثابة اعتراف بوجود أنواع مختلفة من هذه الأنظمة أكثر من كونه محاولة لتعريف "معيار" واحد.
شركة تيلكورديا للتكنولوجيا
يُستخدم معيار Telcordia Technologies (المعروف سابقًا باسم Bellcore) في الولايات المتحدة وكندا (انظر أدناه) وأستراليا والصين وهونغ كونغ وسنغافورة . يرسل هذا المعيار البيانات بعد رنة الهاتف الأولى، ويستخدم تعديل النغمة Bell 202 بسرعة 1200 بت في الثانية . يمكن إرسال البيانات بتنسيق SDMF - الذي يتضمن التاريخ والوقت والرقم - أو بتنسيق MDMF، الذي يضيف حقل الاسم.
بريتيش تيليكوم
طوّرت شركة بريتيش تيليكوم (BT) في المملكة المتحدة معيارها الخاص، الذي يُفعّل الشاشة بعكس اتجاه الخط، ثم يرسل البيانات على شكل نغمات مودم CCITT v.23 بتنسيق مشابه لـ MDMF. تستخدمه BT، وشبكات لاسلكية مثل Ionica ( التي توقفت عن العمل )، وبعض شركات الكابلات. يمكن الاطلاع على التفاصيل في ملاحظات معلومات موردي BT (SINs) رقم 227 (مؤرشفة بتاريخ 26 يوليو 2014) على موقع Wayback Machine (الرابط معطل بتاريخ 21 يوليو 2014) ورقم 242 ( مؤرشفة بتاريخ 26 يوليو 2014) على موقع Wayback Machine (الرابط معطل بتاريخ 21 يوليو 2014). كما يُعدّ وثيقة "تصميم خدمة تعريف المتصل باستخدام XR-2211 لشركة BT" (مؤرشفة بتاريخ 6 مارس 2016) على موقع Wayback Machine من موقع EXAR الإلكتروني وثيقة مفيدة أخرى .
رابطة اتصالات الكابلات
طوّرت جمعية اتصالات الكابلات (CCA) في المملكة المتحدة معيارها الخاص الذي يرسل المعلومات بعد رنة أولى قصيرة، إما كنغمات Bell 202 أو V.23 . وقد طوّرت الجمعية هذا المعيار الجديد بدلاً من تغيير بعض صناديق التوزيع (المضاعفات) التي لم تكن متوافقة مع معيار BT. تستخدم صناعة الكابلات في المملكة المتحدة مجموعة متنوعة من المحولات: معظمها من نوع Nortel DMS-100، وبعضها من نوع System X و System Y و Nokia DX220. تجدر الإشارة إلى أن بعض هذه المحولات تستخدم معيار BT بدلاً من معيار CCA. يتشابه تنسيق البيانات مع تنسيق BT، لكن طبقة النقل أقرب إلى تقنية Telcordia Technologies، لذا من المرجح أن تتعرف عليها الأجهزة في أمريكا الشمالية أو أوروبا.
انظر أيضاً
- مفتاح إزاحة السعة (ASK)
- مفتاح إزاحة التردد ذو الطور المستمر (CPFSK)
- تقنية DTMF، وهي تقنية ترميز أخرى تمثل البيانات بأزواج من الترددات الصوتية.
- إشارات تغيير التردد
- مفتاح إزاحة التردد المتعدد (MFSK)
- تقنية الإرسال المتعدد بتقسيم التردد المتعامد (OFDM)
- مفتاح إزاحة الطور (PSK)
- المعيار الفيدرالي 1037C
- MIL-STD-188
- مفتاح إزاحة التردد المنتشر (S-FSK)
مراجع
- ↑ كينيدي، ج.؛ ديفيس، ب. (1992). أنظمة الاتصالات الإلكترونية ( الطبعة الرابعة). ماكجرو هيل إنترناشونال. ISBN 978-0-07-112672-4.، ص 509
- ↑ FSK: الإشارات وإزالة التضمين (ب. واتسون) http://www.xn--sten-cpa.se/share/text/tektext/digital-modulation/FSK_signals_demod.pdf مؤرشف بتاريخ 7 سبتمبر 2012 في أرشيف الإنترنت
- ↑ تدريس معالجة الإشارات الرقمية من خلال دراسة حالة عملية لجهاز مودم FSK (TI) http://www.ti.com/lit/an/spra347/spra347.pdf
- ↑ تعديل وإزالة تعديل FSK باستخدام المتحكم الدقيق MSP430 (TI) http://www.ti.com/lit/an/slaa037/slaa037.pdf مؤرشف بتاريخ 2012-04-06 في أرشيف الإنترنت
- ↑ ieeexplore.ieee.org ، سويني، د.؛ "مقدمة إلى تقنية البلوتوث: معيار للشبكات اللاسلكية قصيرة المدى" ، وقائع المؤتمر الدولي السنوي الخامس عشر لـ IEEE حول الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات/الأنظمة على رقاقة، روتشستر، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية، 25-28 سبتمبر 2002 ، الصفحات 474-475. 2002.
- ↑ شركة نورديك لأشباه الموصلات. المواصفات الأولية للمنتج nRF24LU1+ الإصدار 1.2. مؤرشفة بتاريخ 20 فبراير 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
- ↑ LPRF مؤرشف بتاريخ 4 يناير 2017 في Wayback Machine
- ↑ بهاجوات، برافين (10 مايو 2005). "البلوتوث: 1. التطبيقات والتكنولوجيا والأداء" . ص 21. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 مايو 2015 .
- ↑ سيسيورا، والتر (2004). سيسيورا، والتر س. (محرر). تكنولوجيا تلفزيون الكابل الحديثة: اتصالات الفيديو والصوت والبيانات . أمستردام ؛ بوسطن: دار نشر إلسيفير/مورغان كوفمان. ISBN 978-1-55860-828-3.
- ↑ عصام عطا الله وآخرون. "خطوة عملية نحو أجهزة إرسال الراديو المعرفة بالبرمجيات" . ص 1.
- ↑ ستيف فورد. "دليل ARRL الرقمي لترددات VHF" . 2008. ص 6-2.
- ↑ مورس 1925 ، ص 44 ؛ يستشهد مورس ببراءة الاختراع البريطانية 2617/11.
- ↑ مكتب المعايير 1922 ، الصفحات 415-416
- ↑ ليتل 1921 ، ص 125
- ↑ كينيدي وديفيس 1992 ، الصفحات 549-550
- ↑ بيشكه، مانفريد؛ بيش، فيرجينيا (24 ديسمبر 2016). "كانساس سيتي ستاندرد" . swtpc.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 ديسمبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 يناير 2023 .
- ↑ "47 CFR الجزء 11 الجزء الفرعي ب - متطلبات المعدات" . www.ecfr.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2026-01-04 .
- ↑ كندا، المجلس الوطني للبحوث (23 مارس 2019). "بث محطات الموجات القصيرة التابعة للمجلس الوطني للبحوث (CHU)" . nrc.canada.ca . تاريخ الاسترجاع: 9 أغسطس 2025 .
- مكتب المعايير (1922)، المبادئ الأساسية للاتصالات اللاسلكية (الطبعة الثانية )، فيلق الإشارة بالجيش الأمريكي، رقم ISBN 9781440078590كتيب الاتصالات اللاسلكية رقم 40
{{citation}}: عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة ) . تمت المراجعة في 24 أبريل 1921. - ليتل، دي جي (أبريل 1921)، "الاتصالات اللاسلكية ذات الموجة المستمرة" ، المجلة الكهربائية ، 18 : 124-129
- مورس، أ.هـ. (1925)، الراديو: الإرسال والبث ، لندن: إرنست بن المحدودة
روابط خارجية
- dFSK: تعديل إزاحة التردد الموزع في شبكات الاستشعار الكثيفة
- م. ناصري، ج. كيم، م. علم - وقائع المؤتمر السابع عشر للاتصالات والشبكات، 2014، حساب موحد للمقياس لتقنية MFSK غير المتماسكة المشفرة بالتوربو القائمة على أخذ العينات لقناة الهاتف المحمول
- ج. كيم، ب. راوران، م. ناصري، م. علم - وقائع الندوة السنوية السادسة والأربعين للمحاكاة، 2013، تحليل أداء ترميز NCQFSK القائم على أخذ العينات لنقل بيانات الصور
- هواة اللاسلكي
- معرف المتصل
- أنماط تعديل الراديو الكمي
