مفتاح تحويل التردد الغاوسي GFSK

يتم تقديم أداة إزالة تشكيل مفتاح تحويل التردد “GFSK” ذات الوضع المختلط بكفاءة مع دائرة إلغاء إزاحة التردد، والهيكل مناسب لمستقبل “Bluetooth” منخفض “IF” ويمكن أيضاً تطبيقه على أجهزة استقبال أخرى تتضمن إشارات مفتاح إزاحة الطور المستمر “CPSK”، كما يُعد تنفيذ مزيل التشكيل قوياً لتحمل تغيرات العملية دون الحاجة إلى المعايرة.

ما هو مفتاح تحويل التردد الغاوسي GFSK

مفتاح تحويل التردد الغاوسي “GFSK”: نوع من تعديل “FSK” يستخدم مرشح غاوسي لتشكيل النبضات قبل تشكيلها، وهذا يقلل من عرض النطاق الطيفي والطيف خارج النطاق لتلبية متطلبات نبذ قدرة القناة المجاورة.

يمكن لـ “GFSK” تتبع وإلغاء إزاحة تردد المذبذب المحلي المتغير بمرور الوقت بين المرسل والمستقبل خلال فترة الاستقبال بأكملها، كما تم تصنيع الرقاقة في عملية رقمية “CMOS” بحوالي “0.35 ميكرومتر” حيث تستهلك “3 مللي أمبير” من مصدر طاقة “3 فولت”، وتحتل مساحة “0.7 مم” من منطقة السيليكون.

كما يتم الحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء إدخال تبلغ “16.2 ديسيبل” لتحقيق معدل خطأ بت “0.1%” كما هو محدد في مواصفات Bluetooth، حيث تبلغ نسبة نبذ التداخل في نفس القناة حوالي “11 ديسيبل”، حيث تتوافق النتائج النظرية والتجريبية بشكل جيد.

• “GFSK” هي اختصار لـ “Gaussian Frequency Shift Keying”.

• “CPSK” هي اختصار لـ “Coherent Phase-Shift Keying”.

• “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.

• “CMOS” هي اختصار لـ “Complementary metal–oxide–semiconductor”.

• “FSK” هي اختصار لـ “Frequency-shift keying”.

ما هو مُعدِّل GFSK

يتألف مُعدِّل “GFSK” من:

1- وحدة تعويض أولية

وتم تكوينها لاستقبال إشارة نبضة “GFSK” وتطبيق تعويض السعة الأول وتعويض التأخير الأول لإشارة نبض “GFSK”، وذلك لتوليد أول إشارة تحكم تعويض الإشارة.

2- وحدة تعويض ثانية

• تم تكوينها لاستقبال إشارة نبضة “GFSK”.

• تطبق تعويض السعة الثاني وتعويض التأخير الثاني لإشارة نبض “GFSK”، وذلك لتوليد إشارة تحكم تعويضية ثانية.

3- وحدة “PLL” ذات الحلقة المغلقة

بما في ذلك “PLL” ذات الحلقة المغلقة والتي تم تكوينها لاستقبال واستخدام إشارات التحكم الأولى والثانية المعوّضة لتوليد إشارة معدلة.

• “PLL” هي اختصار لـ “phase lock loop”.

مبدأ عمل GFSK

يستخدم تعديل “GFSK” على نطاق واسع في أجهزة الإرسال مثل أجهزة إرسال الاتصالات اللاسلكية الرقمية المحسنة، كما يعتمد مُعدِّل “GFSK” التقليدي على حلقة قفل طور الحلقة المفتوحة “PLL”، ومع ذلك عادةً ما تحتوي “PLLs” ذات الحلقة المفتوحة على تحول في التردد يمكن أن يتسبب في زيادة تشكيل التردد المتبقي ويزيد من استقرار نظام الاستقبال.

يمكن لمعدِّل “GFSK” أن يحد جيداً من تعديل التردد المتبقي مع عدم وجود انحراف للتردد إلى حد كبير وبالإضافة إلى ذلك يتمتع مُعدِّل GFSK باستقرار مُرضٍ، ويمكن أن يكون مفيداً لتقليل استهلاك الطاقة، كما أنّ تغييرات التردد مع “GFSK” ليست تغييرات حادة، حيث تتطلب تغييرات التردد اللحظية مكونات إلكترونية أكثر تكلفة وقدرة أعلى.

كما تسمح التغييرات التدريجية في التردد بمعدات منخفضة التكلفة مع تسرب أقل للترددات اللاسلكية كما أنّ المحور الرأسي هو تردد الإرسال، وعندما يتم إرسال 1 ويرتفع التردد إلى التردد المركزي بالإضافة إلى التخالف، وعندما يتم إرسال “0” ينخفض ​​التردد بنفس الإزاحة.

أمّا المحور الأفقي في لرسم البياني لتمثيل “GFSK” الذي يمثل الوقت ومقسم إلى فترات رمز، وفي منتصف كل فترة يقيس المستقبِل تردد الإرسال ويترجم هذا التردد إلى رمز، وفي أنظمة القفز الترددي “802.11” يتم خلط البيانات ذات المستوى الأعلى قبل الإرسال، وبالتالي فإن تسلسل البتات المُرسَل إلى محطة النظير يختلف عن تسلسل البتات عبر الهواء.

مستوى GFSK

يُطلق على تطبيق “GFSK” الأساسي اسم “GFSK” ذي المستويين “2GFSK”، كما يتم استخدام ترددين مختلفين اعتماداً على ما إذا كانت البيانات التي سيتم إرسالها هي 1 أو 0، ولإرسال 1 يتم زيادة تردد الموجة الحاملة بانحراف معين، كما يتم ترميز الصفر عن طريق تقليل التردد بنفس الانحراف، وفي أنظمة العالم الحقيقي تكون انحرافات التردد عن الموجة الحاملة أصغر بكثير وتم تضخيم الرقم عمداً لإظهار كيفية عمل الترميز.

معدل إرسال البيانات من خلال النظام هو معدل الرموز، ونظراً لأنّ الأمر يستغرق عدة دورات لتحديد تردد الموجة الحاملة الأساسية وما إذا كان قد تم إرسال 1 أو 0، فإنّ معدل الرمز هو جزء صغير جداً من تردد الموجة الحاملة، وعلى الرغم من أنّ تردد الموجة الحاملة يبلغ حوالي “2.4 مليار دورة في الثانية”، فإنّ معدل الرمز هو 1 أو 2 مليون رمز فقط في الثانية.

محول مفاتيح تحويل التردد الغاوسي لاتصالات النطاق العريض ISM

يتم توفير جهاز إرسال واستقبال لاسلكي “GFSK” لاتصالات النطاق العريض الصناعية والعلمية والطبية “ISM”، كما يشتمل جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي “GFSK” على جهاز إرسال لتعديل الإشارة المرسلة إلى إشارة “RF” وجهاز استقبال لإزالة تشكيل الإشارة المستلمة إلى شكل رقمي.

ويشتمل المرسل على “VCO” لتوليد إشارة متذبذبة تعمل كإشارة حاملة في المرسل وأول إشارة تذبذب محلية في المرسل، ومضخم قدرة متغير الكسب قادر على أن يكون قابلاً للتعديل بين قيمتي كسب لتضخيم إشارة التردد اللاسلكي.

يشتمل المستقبل على جهاز مزج لتحويل الإشارة المستقبلة إلى إشارة “IF” الأولى باستخدام أول إشارة تذبذب محلية من جهاز الإرسال، ومزيل تشكيل “IF” لتحويل إشارة “IF” الأولى إلى إشارة “IF” ثانية باستخدام إشارة متذبذبة محلية ثانية تم إنشاؤها محلياً، كما يمكن أن يعمل جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي “GFSK” إمّا في الوضع أحادي الاتجاه أو وضع الازدواج الكامل في نظام الإرسال المزدوج بتقسيم الوقت “TDD” من خلال عناصر التحكم في المعالجات الدقيقة.

وعلاوةً على ذلك فإنّه يستخدم مضخم طاقة متغير الكسب يمكنه تحسين عيوب التداخل والاستهلاك العالي للطاقة، ويستخدم كذلك نطاقاً عريضاً واحداً “VCO” لتوليد إشارة متذبذبة يمكن استخدامها على حد سواء كإشارة الناقل في جهاز الإرسال وأول إشارة تذبذب محلية لجهاز الاستقبال، كما يسمح ذلك بتنفيذ جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي “GFSK” بعدد أقل من “VCOs”، وبالتالي تقليل تكلفة التصنيع.

• “VCO” هي اختصار لـ “Voltage-Controlled Oscillators”.

• “TDD” هي اختصار لـ “Time division duplex”.

• “RF” هي اختصار لـ “radio frequency”.

• “ISM” هي اختصار لـ “Industrial, Scientific, and Medical”.

معدل البيانات على أساس تعديل غوسيان لمفتاح التحول الأدنى GMSK ومرسل البيانات

يُعتبر بأنّه وحدة بيانات تعتمد على تعديل غوسيان لمفتاح التحول الأدنى “GMSK” وجهاز إرسال البيانات بما في ذلك نفس الشيء، والذي يشتمل فيه مُعدِّل البيانات على جدول ذاكرة للقراءة فقط “ROM” يخزن بيانات تعديل “GMSK” فيما يتعلق بتات المعلومات، ومرشح تمرير منخفض يقوم بتصفية بيانات تعديل “GMSK” الأولى والتي يتم إخراجها من جدول “ROM” بناءً على تدفق بتات الإدخال المحدد مسبقاً.

وإخراج بيانات تعديل “GMSK الثانية” ومُعدِّد إرسال يقوم باختيار وإخراج بيانات التشكيل “GMSK” الأولى أو بيانات تعديل “GMSK” الثانية بناءً على إشارة تحكم محددة مسبقاً، كما يقوم مُعدِّل البيانات بترشيح انتقائي لإشارة تشكيل “GMSK” وفقاً لحالة القناة، وبالتالي يتحكم بشكل فعال في المفاضلة بين التداخل بين الرموز وتداخل القناة المجاورة وفقاً لحالة القناة.

• “ROM” هي اختصار لـ “Read-only memory”.