Перейти к содержанию

FSK и GFSK — частотная манипуляция

Большинство радиотрансиверов для микроконтроллеров — CC1101, SX1276, nRF24L01+ — передают данные сдвигом частоты: единица чуть выше несущей, ноль чуть ниже. Это FSK. Если сгладить переходы между частотами фильтром Гаусса, получится GFSK с более узким спектром.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

FSK (frequency-shift keying, частотная манипуляция) — модуляция, при которой символы передаются разными частотами вокруг несущей. В двоичной 2-FSK ноль — частота несущей минус девиация, единица — плюс девиация; в 4-FSK четыре частоты кодируют по два бита (CC1101, разд. 16.1, табл. 29). GFSK (Gaussian FSK) — 2-FSK, в которой поток данных перед модулятором сглаживается фильтром Гаусса.

Варианты

ВариантСимволыОсобенность
2-FSK0 → −dev, 1 → +devрезкие переходы, широкий спектр
GFSKкак 2-FSKфильтр Гаусса (у CC1101 BT = 0,5): меньше мощность в соседнем канале и уже занимаемая полоса
4-FSK01 → −dev, 00 → −dev/3, 10 → +dev/3, 11 → +devдва бита на символ; преамбула и синхрослово — 2-FSK
MSKфазовые переходы с постоянным временему CC1101 эквивалентна OQPSK с полусинусоидальной формой

Источник — CC1101, разд. 16.1–16.2. TI объясняет смысл фильтра так: при резком переключении частоты спектр по природе широкий, при «мягком» — заметно уже, поэтому в той же полосе GFSK передаёт быстрее.

Девиация на практике

Девиация должна совпадать у передатчика и приёмника: у CC1101 её задают регистром DEVIATN, и он же говорит приёмнику, какую девиацию ждать (разд. 16.1). У nRF24L01+ с GFSK девиация фиксирована: ±160 кГц на 250 кбит/с и 1 Мбит/с, ±320 кГц на 2 Мбит/с (спецификация, табл. 5).

FSK против других модуляций

  • Против OOK. FSK — модуляция с постоянной огибающей: передатчик всё время излучает одну мощность, а решение принимается по частоте, а не по уровню (AN1200.22, разд. 4.1.2).
  • Против LoRa. По данным Semtech, у FSK типично 50 дБ подавления соседнего канала и −6 дБ в канале, у LoRa — до 90 дБ и лучше 20 дБ; требуемое Eb/N0 когерентного FSK около 10 дБ, у LoRa примерно на 10 дБ лучше (AN1200.22, разд. 4.1.3 и 4.2). Подробнее — в термине «Chirp spread spectrum».

Чувствительность FSK сильно зависит от скорости: у CC1101 на 433 МГц −116 дБм при 0,6 кБод и −95 дБм при 250 кБод (табл. 7, PER 1 %). Почему так — в термине «Чувствительность приёмника»; выбор модулей — в статье «Радиомодули 433 и 868 МГц».

Частые вопросы

Чем GFSK отличается от FSK?

Формой переходов между частотами. В FSK частота переключается скачком, и спектр получается широким; в GFSK поток данных перед модулятором сглаживается фильтром Гаусса (у CC1101 с BT = 0,5), спектр сужается, и в той же полосе можно передавать быстрее (CC1101, разд. 16.1).

Что такое девиация частоты?

На сколько частота сигнала отклоняется от несущей для передачи единицы и нуля. У nRF24L01+ это ±160 кГц на 250 кбит/с и 1 Мбит/с и ±320 кГц на 2 Мбит/с. У CC1101 девиацию задают регистром DEVIATN, и у передатчика и приёмника она должна совпадать (разд. 16.1).

Можно ли принять FSK одного трансивера другим?

Только если совпадают модуляция, частота, девиация, скорость, преамбула, синхрослово и формат пакета. Даже при одной модуляции разные чипы несовместимы по протоколу: nRF24L01+ использует GFSK и Enhanced ShockBurst, и обычный FSK-трансивер его пакеты без подстройки всех параметров не разберёт (наш вывод).

Источники

  1. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver, SWRS061I (2013) — разд. 16.1: 2-FSK и 4-FSK, 2-FSK с фильтром Гаусса BT = 0,5 даёт GFSK — меньше мощность в соседнем канале и занимаемая полоса; при резком переключении частоты спектр широкий, при плавном — уже, и в той же полосе можно передать больше; девиация задаётся регистром DEVIATN и должна совпадать у передатчика и приёмника; табл. 29: 2-FSK — 0 = −девиация, 1 = +девиация, 4-FSK — 01 = −dev, 00 = −dev/3, 10 = +dev/3, 11 = +dev; у 4-FSK преамбула и синхрослово передаются 2-FSK; разд. 16.2: MSK; табл. 7: чувствительность на 433 МГц −116 дБм при 0,6 кБод и −95 дБм при 250 кБод, PER 1 %
  2. Nordic Semiconductor. nRF24L01+ Product Specification v1.0 (September 2008) — архивная копия официального файла; разд. 1: радиотракт использует GFSK, скорости 250 кбит/с, 1 и 2 Мбит/с; разд. 5.2, табл. 5: девиация ±160 кГц при 250 кбит/с и 1 Мбит/с, ±320 кГц при 2 Мбит/с
  3. Semtech. AN1200.22 LoRa Modulation Basics, Rev. 2 (May 2015) — архивная копия официального файла; разд. 4.1.2: LoRa, как и FSK, — модуляция с постоянной огибающей; разд. 4.1.3: у FSK типично 50 дБ подавления соседнего канала и −6 дБ в канале против 90 и лучше 20 дБ у LoRa; разд. 4.2: требуемое Eb/N0 когерентного FSK около 10 дБ, идеализированная полоса GFSK 1,5·B

Нашли ошибку?

Смотрите также