• FSK – управление сдвигом частоты;
• MFSK – (multilevel) управление многоуровневым сдвигом частоты (количество частот 4,8, …);
• CPFSK – сдвиг частоты с непрерывной фазой;
• MSK – минимальный сдвиг частоты;
• GMSK – минимизированный по Гауссу сдвиг частоты;
• TFM – модуляция частоты временем;
• PSK – фазовый сдвиг;
• QPSK – квадратурный фазовый сдвиг;
• DQPSK – дифференциальный квадратурный фазовый сдвиг;
• p /4 DQPSK – дифференциальный квадратурный фазовый сдвиг со значением сдвига p /4;
• QAM – квадратурная амплитудная модуляция.

FSK сигнал

Передача “0” на частоте f₁ и “1” на f₂

Рисунок 13

Переход с “1” на “0” и “0” на “1” приводит к разрыву фазы сигнала, что в свою очередь приводит к неоправданному расширению спектра сигнала. Подобные методы модуляции используются только низкоскоростными системами передачи данных, например, в системе ГМССБ (Глобальная международная система спасения бедствующих) где передача идет со скоростью 300 Бод с частотой f₁=1750 Гц и f₂=1080 Гц.

CPFSC сигнал

По сравнению с FSC является более выгодным (с позиции спектра сигнала) поскольку непрерывная фаза предполагает незначительное расширение спектра выходного сигнала.

Рисунок 14

Но непосредственная модуляция частот ВЧ колебаний с другой стороны требует непосредственного вмешательства в работу передатчика с необходимостью калибровок модуляционной характеристики, соответственно передатчик должен быть специализированным.

MSC сигнал

где D f=f₁-f₂;

Рисунок 15

Как видно на рисунке 15 произошло слитие фаз за счет кратности частот. В отличие от сигналов FSC и CPFSC где колебания f₁ и f₂ и входной модулирующий сигнал были абсолютно не симметрированы в MSK модуляции необходимо обеспечить жесткую синхронность входной последовательности данных и формируемых колебаний с частотами f₁ и f₂ значения которых приведены в таблице (выше). Только в этом случае синусоиды с различными частотами оказываются “сшитыми” в точках перехода напряжения через 0. При этом скачки фазы отсутствуют и спектр такого сигнала оказывается ограниченным, и можно считать, что ширина спектра » скорости передачи.

Формировать MSC колебания можно только с применением цифровых методов. Примерная структура формирователя MSC сигнала изображена на рисунке 16. Счетчик двоичный суммирующий осуществляет перебор своих состояний по линейно нарастающему закону, который с помощью дополнительной ПЗУ может быть преобразован в синусоидальный. Логическая схема, входящая в состав счетчика формирует сигнал синхронизации, который может быть сформирован либо по окончанию периода счета счетчика, для частоты f₂ (нижней частоты) либо по окончанию двух периодов для частоты f₁ (верхняя частота), только наличие импульсов синхронизации обеспечивает синхронную возможность изменения модулирующего уровня, что в конечном счете приводит к формированию колебаний с нулевым фазовым сдвигом. Фильтр НЧ (на схеме не показан) включенный на выходе ЦАП устраняет ВЧ составляющие спектра, обеспечивая получения сигнала, близкого к синусоидальному.

Рисунок 16

Демодуляция MSK сигнала

Основная проблема демодуляции MSK сигналов заключена в том, что необходимо принимать решения о передаче “0” или “1” за половину периода следования сигнала MSC, что исключает принцип включения в тракт демодуляции узкополосных фильтров, выделяющих частоты f₁ и f₂, амплитудные детекторы и т.д. Т.к. введение узкополосного фильтра предполагает наличие в сигнале квазистационарного процесса (100 … 1000 периодов) поэтому только цифровые методы анализа сигналов, использующие распознавание перехода через 0 входного сигнала в состоянии решить эту проблему.

Рисунок 17

Обозначение на рисунке 17:

• Ф1 – входной полосовой фильтр, выделяющий сигналы в полосе частот MSK сигнала, тем самым искусственно повышается отношение сигнал/шум;
• ДП0 – детектор перехода через 0. Фиксирует переход через 0 входной последовательности MSK сигнала, формируя на выходе запускающие импульсы для ждущего мультивибратора;
• ЖМВ – ждущий мультивибратор;
• ВД – временной дискриминатор, распознающий длительности импульсов;
• Ф2 – фильтр НЧ, отсекающий ВЧ составляющие спектра;
• К1 – компаратор, формирующий выходные данные;
• СП – счетчик переходов;
• И – интегратор;
• К2 – компаратор, формирующий сигнал CD (carrier detect – обнаружение несущей);
• ЦФАПЧ – цифровая схема фазовой автоподстройки частоты;
• ТЗ – триггер – защелка.

Каждый импульс, запускающий ЖМВ, формирует на выходе импульс сторого определенной длительности которая зависит от скорости передачи (1200, 2400, 4800). Причем каждый импульс запускает ЖМВ по новой, отменяя предыдущее состояние. Т.е. если передается одна последовательность MSK сигнала с большим периодом следования, то на выходе ЖМВ наблюдаются переходы в 0 с периодом следования импульсов, равным полу периоду НЧ-ого MSC сигнала. Если на входе демодулятора присутствует ВЧ MSK сигнал, то импульсы следую очень часто, каждый раз запуская ЖМВ заново в результате переходов через 0 на выходе ЖМВ не наблюдается соответственно можно принять решение о передаче другого символа. ФНЧ (Ф2) и компаратор К1 решают эту задачу формируя на выходе “0” в первом случае и “1” во втором.

На выходе компаратора К1 имеется асинхронная последовательность данных, обусловленная тем, что на вход устройства помимо MSK сигнала воздействуют также различные шумы и помехи. Если эту последовательность данных подать на ЦФАПЧ можно получить стабильные во времени импульсы синхронизации, и с помощью триггера-защелки получить таким образом синхронную последовательность данных DATA-S. Особое место в в демодуляторе сигналов занимает процесс распознания несущей CD. Счетчик переходов подсчитывает все переходы через 0 на некотором временном интервале, формируя на выходе напряжение, пропорциональное количеству подсчитанных переходов. Интегратор усредняет это напряжение и компаратор К2 принимает решение по этому сигналу, формируя на выходе логическую единицу если количество переходов близко к ожидаемому. Либо формирует логический ноль, если число переходов значительно больше, в случае воздействия шумов, либо существенно меньше, в случае отсутствия MSC сигнала. Сигнал CD необходим для подтверждения достоверности детектируемых данных, если сигнал CD не активен, то выходные данные воспринимаются как воздействие шумов. При активном сигнале CD данные считаются достоверными. Сигнал CD может также использоваться для активизации всей системы обработки данных, которая по соображениям энергосбережения может быть переведена в режим ожидания (SLEEP, STANDBY).

Формирование минимизированной по Гауссу последовательности (GMSK)

Рисунок 18

Передавать цифровые данные по радиоканалу можно подавая непосредственно последовательность цифровых данных на модулятор ЧМ передатчика, однако даже при малой девиации частоты, которая составляет несколько Гц, спектр сформированного колебания будет крайне широк, это обусловлено крутыми фронтами переходов из одного логического состояния в другое. Управлять частотой задающего генератора можно только пропустив входную последовательность данных через фильтр, нормирующий спектр. В качестве такого фильтра используется Гауссовский фильтр.

Для определенности введено произведение ВТ, характеризующее частотные свойства фильтра:

В GMSK сигналах приняты следующие значения ВТ: 0,3 и 0,5.

Передача GMSK сигналов предполагает непосредственное воздействие прошедших через Гауссовский фильтр цифровых сигналов на частотно-задающие схемы. Передатчик не может быть стандартным. При этом к тракту передачи (приема) выдвигаются дополнительные требования:

• полоса пропускания тракта модуляции должна быть расширена вниз вплоть до постоянного тока, что затрудняет построение усилительных трактов, предъявляет повышенные требования к стабильности и линейности ЧМ и ЧД, характеристики которых должны быть строго нормированы. Любые несоответствия частот приема и передачи приводят к появлению ошибок. АЧХ и ФЧХ тракта передачи и тракта УПЧ должны быть линейны.

Одним из способов решения проблемы передачи НЧ составляющих является рандомизация сигнала:

Рисунок 19

ПСП – генератор псевдослучайной последовательности. Сигнал, передаваемый по каналу связи свободен от постоянной составляющей, поскольку даже последовательность 11111111111…. После сложения по модулю 2 с сигналом ПСП становиться случайным, восстановить исходную последовательность можно сложив по модулю 2 принятую последовательность с точно таким же сигналом ПСП. Основная проблема состоит в синхронизации генератора ПСП. Схемное решение представленное на рисунке 19 позволяет получить самосинхронизирующуюся псевдослучайную последовательность на приемном конце т.к. ядро генератора ПСП в обоих точках одинаково. Важно при этом, чтобы тактирующие импульсы в обоих точках следовали с одинаковой частотой. На приемном конце тактирующие импульсы вырабатываются цифровыми системами ФАПЧ по аналогии с демодуляторами MSC рассмотренными ранее.