다중 주파수 이동 키잉

다중 주파수 편이(MFSK)는 3개 이상의 주파수를 사용하는 주파수 편이(FSK)의 변형이다. MFSK는 M-ary 직교 변조의 일종으로, 각 기호는 직교 파형의 알파벳에서 하나의 요소로 구성된다. 알파벳의 크기인 M은 보통 두 개의 검정력이어서 각 기호가 logM₂ 비트를 나타낸다.

M은 보통 4에서 64사이에 있다.
오류 수정도 일반적으로 사용된다.

기초

MFSK와 같은 M-ary 신호 시스템에서는 M 톤의 "알파벳"이 설정되고 송신기는 전송을 위해 알파벳에서 한 번에 하나의 톤을 선택한다. M은 보통 2의 전력이기 때문에 알파벳에서 보내는 각각의 톤 전송은₂ 로그 M 데이터 비트를 나타낸다.

MFSK는 수신기의 각 M 톤 감지 필터는 톤에만 반응하고 다른 필터에는 전혀 반응하지 않기 때문에 M-ari 직교 신호 체계로 분류된다. 이러한 독립성은 직교성을 제공한다.

다른 M-ary 직교 체계와 마찬가지로, 다중섬볼 일관성 검출 없이 M이 증가함에 따라 주어진 오류 확률에 필요한 E_b/N₀ 비율이 감소한다. 실제로 M이 무한대에 접근함에 따라 필요한 E_b/N₀ 비는 섀넌 한계치 -1.6dB까지 점증적으로 감소한다. 그러나 이러한 감소는 M이 증가함에 따라 더디며, 필요한 대역폭의 기하급수적인 증가 때문에 큰 값은 비현실적이다. 실습의 대표적인 값은 4부터 64까지이며, MFSK는 또 다른 전진 오류 보정 체계와 결합되어 추가적인 (시스템적) 코딩 이득을 제공한다.

MFSK 변조 체계의 스펙트럼 효율은 변조 순서 M:^[1]의 증가에 따라 감소한다.

$\rho ={\frac {2\log_{2}M}$

위상이나 주파수에서만 변화하는 단일 RF 톤을 전송하는 다른 형태의 각도 변조처럼, MFSK는 일정한 엔벨롭을 생성한다. 이렇게 하면 RF 파워앰프의 설계가 상당히 완화되어 선형 앰프보다 변환 효율이 더 높다.

투톤 MFSK

링크의 처리량을 높이기 위해 두 개의 MFSK 시스템을 결합하는 것이 가능하다. 아마도 가장 널리 사용되는 2톤 MFSK 시스템은 AT&T 상표인 "터치 톤"으로 더 잘 알려진 듀얼 톤 다중 주파수(DTMF)일 것이다. 또 다른 것은 20세기 동안 전화 교환 사이의 트렁크에서 대역 내 신호 전달을 위해 사용된 다중 주파수(MF) 체계다. 둘 다 대역 내 신호방식(in-band signaling schempting schemes), 즉 사용자의 통신 채널을 공유하는 사례다.

DTMF와 MF 알파벳의 기호는 톤 쌍으로 전송되며, DTMF는 "하이" 그룹과 "로우" 그룹에서 한 톤을 선택하고, MF는 공통 집합에서 두 톤을 선택한다. DTMF와 MF는 최종 사용자가 사무실 간 신호에 간섭하지 않도록 크게 다른 톤 주파수를 사용한다. 1970년대에 MF는 디지털 대역 외 신호로 대체되기 시작했는데, 이는 부분적으로 전화 교환이라고 알려진 최종 사용자에 의한 MF 신호의 광범위한 부정 사용에 의해 동기부여가 되었다.

이러한 신호는 음악적 품질에 가까운 음색 쌍의 빠른 연속으로서 유리하게 수신되었을 때 구별된다.^[2]

RF에서 직접 두 톤의 동시 전송은 단일 톤 시스템의 지속적 개발 특성을 상실한다. 두 개의 동시 RF 톤은 사실 선형성 및 상호변조 왜곡 측정을 위한 RF 파워앰프의 고전적인 "스트레스 테스트"이다. 그러나, 기존의 일정한 개발형 FM RF 캐리어에서 두 개의 오디오 톤을 동시에 전송할 수 있지만, 수신기에서 FM 신호를 일관성 없이 감지하면 멀티톤 구성이 가질 수 있는 신호 대 잡음 비 이점이 파괴될 수 있다.

HF 통신의 MFSK

고주파 대역의 스카이웨이브 전파는 일반적으로 시간과 주파수 모두에 따라 변하는 무작위 왜곡을 도입한다. 이러한 장애를 이해하는 것은 왜 MFSK가 HF에서 효과적이고 인기 있는 기술인지 이해하는 데 도움이 된다.

지연 확산 및 일관성 대역폭

다중 경로라고 알려진 조건인 송신기에서 수신기로의 여러 개별 경로가 존재할 때, 그들은 거의 같은 길이를 가지지 않기 때문에 거의 동일한 전파 지연을 나타내지 않는다. 작은 지연 차이 또는 지연 확산은 인접한 변조 기호를 함께 얼룩지게 하고 원치 않는 심볼 간 간섭을 유발한다.

지연 확산은 주파수 영역 상대인 일관성 대역폭에 반비례한다. 이것은 채널 이득이 비교적 일정하게 나타나는 주파수 범위다. 이는 두 개 이상의 경로를 서로 다른 지연으로 합치면 개별 경로가 평탄한 주파수 응답을 가졌을 때에도 빗 필터(bolb filter)가 생성되기 때문이다.

일관성 시간 및 도플러 스프레드

페이딩은 시간에 따른 경로 이득의 변화(보통 무작위적이고 원하지 않는)이다. 최대 페이드 레이트는 자유 전자가 형성되어 전리층에 재결합되는 속도와 전리층 내에 충전된 입자 구름 속도와 같은 채널의 물리학에 의해 제한된다. 채널 이득이 눈에 띄게 변경되지 않는 최대 간격은 일관성 시간이다.

페이딩 채널은 신호에 원하지 않는 무작위 진폭 변조를 효과적으로 부과한다. 의도적인 AM의 대역폭이 변조 속도에 따라 증가하듯이, 페이딩은 페이딩 속도에 따라 증가하는 주파수 범위에 신호를 확산시킨다. 이것은 일관성 시간의 주파수 영역 상대인 도플러 확산이다. 일관성이 있는 시간이 짧을수록 도플러의 확산은 커지며 그 반대의 경우도 마찬가지다.

HF용 MFSK 설계

MFSK는 적절한 매개변수를 선택하면 특히 전방 오류 보정으로 증강된 경우 상당한 도플러 또는 지연 확산을 허용할 수 있다. (대량의 도플러와 지연 스프레드를 완화시키는 것이 훨씬 더 어렵지만, 여전히 가능하다.) 도플러 확산이 거의 없는 긴 지연 확산은 비교적 긴 MFSK 기호 기간으로 완화하여 채널이 각각의 새로운 기호를 시작할 때 빠르게 "설정"할 수 있도록 할 수 있다. 긴 기호는 주어진 송신기 전력에 대해 짧은 것보다 더 많은 에너지를 포함하기 때문에 검출기는 충분히 높은 신호 대 잡음 비(SNR)에 더 쉽게 도달할 수 있다. 결과적으로 처리량 감소는 큰 톤 세트로 부분적으로 보상될 수 있어 각 기호가 몇 개의 데이터 비트를 나타내도록 한다; 긴 기호 간격은 직교성을 유지하면서 이러한 톤을 주파수로 더 가깝게 포장할 수 있다. 이는 데이터 비트/심볼의 수와 함께 톤 세트 크기의 기하급수적인 증가에 의해 제한된다.

반대로 도플러 스프레드가 큰 반면 지연 스프레드가 작은 경우, 더 짧은 기호 기간은 일관성 있는 톤 감지를 허용할 수 있으며, 직교성을 유지하기 위해 톤의 간격을 더 넓게 두어야 한다.

가장 어려운 경우는 지연과 도플러 확산이 모두 큰 경우, 즉 일관성 대역폭과 일관성 시간이 모두 작은 경우다. 이는 HF보다 오로라 채널과 EME 채널에서 더 흔하지만 발생할 수 있다. 정합성이 짧은 시간은 기호 시간 또는 더 정확히 말하면 수신기의 최대 정합성 검출 간격을 제한한다. 기호 에너지가 적절한 심볼 당 감지 SNR에 비해 너무 작을 경우, 한 가지 대안은 일관성 시간보다 긴 기호를 전송하지만 전송된 기호와 일치하는 것보다 훨씬 넓은 필터를 사용하여 기호를 검출하는 것이다. (필터는 대신 수신기에서 예상되는 톤 스펙트럼과 일치해야 한다.) 이것은 도플러의 확산에도 불구하고 상징 에너지의 많은 부분을 차지하겠지만, 반드시 비효율적으로 그렇게 할 것이다. 더 넓은 톤 간격, 즉 더 넓은 채널이 필요하다. 이 경우에는 특히 전진 오류 보정이 도움이 된다.

HF를 위한 MFSK 계획

HF에서 발견되는 다양한 조건 때문에, 그 중 일부는 실험적인 MFSK 체계가 HF용으로 개발되었다. 그 중 일부는 다음과 같다.

MFSK8
MFSK16
올리비아 MFSK
코클렛
피콜로
ALE(MIL-STD 188-141)
도미노F
도미노EX
욱신욱신
CIS-36 MFSK 또는 CLUAD-36
XPA, XPA2

피콜로는 외교 및 영연방 사무소(DWS)의 해롤드 로빈, 도널드 베일리, 데니스 랠프스가 영국 정부 통신을 위해 개발한 최초의 MFSK 모드였다. 1962년에 처음 사용되었고 1963년에 IEE에 발표되었다. 현행 사양인 "피콜로 마크 4"는 1990년대 후반까지 영국 정부가 주로 포인트 투 포인트 군사 무선 통신용으로 제한적으로 사용하고 있었다.^[4]^[5]

코클렛은 프랑스 정부가 유사한 응용을 위해 개발한 유사한 변조 시스템이다.^[3]

MFSK8과 MFSK16은 Murray Greenman, ZL1BPU가 HF에서 아마추어 무선 통신을 위해 개발했다. 올리비아 MFSK도 아마추어 무선 모드다. 그린맨은 상위 MF와 하위 HF 주파수(1.8–7.3 MHz)에 NVIS 무선 통신을 위한 DominoF와 DominoEX도 개발했다.

자동연계장치(ALE)는 미군이 개발한 프로토콜로 주로 라디오 간 자동신호시스템으로 사용된다. 그것은 전세계 군사 및 정부 통신과 라디오 아마추어들에 의해 광범위하게 사용된다.^[6]^{[clarification needed]}구형 MIL-STD-188-141A를 계승한 ^[7]MIL-STD-188-141B로 표준화되어 있다.

"CIS-36 MFSK" 또는 "CROWD-36"(러시아어: срарарарара)^[8]은 구소련에서 군사 통신을 위해 개발된 피콜로와 유사한 시스템을 서양식으로 명명한 것이다. ^[9] ^[10]

'XPA'와 'XPA2'는 다음파 전송을 위한 ENIGMA-2000 지정으로 러시아 정보부와 외무부 방송국에서 발원한 것으로 알려졌다.^[12]^[13] 최근 이 시스템은 또한 "MFSK-20"으로 설명되었다.

VHF & UHF 통신

VHF, UHF 통신에 사용되는 MFSK 모드:

DTMF
FSK441
JT6M
JT65
PI4

FSK441, JT6M, JT65는 한계 전파 조건에서 장거리 아마추어 무선 VHF 통신을 위해 K1JT, 조 테일러에 의해 개발된 WSJT 계열 또는 무선 변조 시스템의 일부다. 이러한 전문화된 MFSK 변조 시스템은 대류역학, EME(지구-지구) 및 기상학 무선 경로에 사용된다.

PI4는^[14] VUSHF 비콘 및 전파 연구를 위해 특별히 설계된 디지털 모드다. 이 모드는 OZ7에서 가장 오래된 아마추어 비콘이 사용하는 차세대 비콘 프로젝트의 일환으로 개발되었다.IGY. PI4용 디코더는 OZ1CKG의 Poul-Eric Hansen이 개발한 PI-RX 프로그램에서 이용할 수 있다.

DTMF는 처음에 전화선 신호를 위해 개발되었다. VHF 및 UHF 음성 채널을 통한 텔레콤맨드(원격 제어) 애플리케이션에 자주 사용된다.

참고 항목

PSK31
방사형
주파수 호핑 확산 스펙트럼은 또한 많은 다른 주파수를 사용하며, 각 기호는 하나의 주파수만 사용한다.
DTMF
올리비아 MFSK
ALE(MIL-STD 188-141)
WSJT

참조

^ 헤이스킨, 2001년 통신 시스템, 존 와일리 & 샌즈 주식회사 - 402페이지
^ Scalsky, S.; Chace, M. (1999). "Digital Signals Frequently Asked Questions (Version 5), Section 1-D". World Utility Network (WUN). Retrieved 2012-11-27.
^ ^a ^b Greenman, M.; ZL1BPU (2005). "The World of Fuzzy and Digital Modes". Archived from the original on April 24, 2009. Retrieved 2008-01-06.
^ Klingenfuss, J. (2003). Radio Data Code Manual (17th Ed.). Klingenfuss Publications. p. 163. ISBN 3-924509-56-5.
^ Cannon, Michael (1994). Eavesdropping on the British Military. Dublin, Eire: Cara Press. pp. 103–104.
^ Klingenfuss, J. (2003). Radio Data Code Manual (17th Ed.). Klingenfuss Publications. pp. 72–78. ISBN 3-924509-56-5.
^ "MIL-STD 188-141B" (PDF). US Government.
^ Klingenfuss, J. (2003). Radio Data Code Manual (17th Ed.). Klingenfuss Publications. p. 91. ISBN 3-924509-56-5.
^ Scalsky, S.; Chace, M. (1999). "Digital Signals Frequently Asked Questions (Version 5), Table 5-E". World Utility Network (WUN). Retrieved 2012-11-27.
^ Ian Wraith (2012-06-29). "CROWD36". Retrieved 2017-07-30.
^ ENIGMA 및 ENIGMA-2000에 대한 자세한 내용은 문자 비콘의 참고 및 참조 섹션을 참조하십시오.
^ Beaumont, P. (May 2008). "Undiminished (Atencion Uno Dos Tres)". Monitoring Monthly. 3 (5): 69. ISSN 1749-7809.
^ Beaumont, P. (July 2008). "Russian Intel (Atencion Uno Dos Tres)". Monitoring Monthly. 3 (7): 69. ISSN 1749-7809.
^ PI4

추가 읽기

Dehio, Leif. "MFSK-systems (Multi Frequency Shift Keying)". Retrieved 2008-02-21.: 다양한 MFSK 신호의 샘플.
Ford, S.; WB8IMY (2001). ARRL's HF Digital Handbook. ARRL. ISBN 0-87259-823-3.
Greenman, M.; ZL1BPU (2002). Digital Modes for all Occasions. RSGB. ISBN 1-872309-82-8.
Greenman, M.; ZL1BPU (January 2001). "MFSK for the New Millennium". QST. ARRL: 12–14.
Greenman, M.; ZL1BPU (2005). "The World of Fuzzy and Digital Modes". Archived from the original on August 31, 2006. Retrieved 2008-01-06.
Klingenfuss, J. (2003). Radio Data Code Manual (17th Ed.). Klingenfuss Publications. ISBN 3-924509-56-5.
Ralphs, J.D. (1985). Principles and practice of multi-frequency telegraphy (IEE Telecommunications Series). Peter Peregrinus Ltd. ISBN 0-86341-022-7.
Scalsky, S.; Chace, M. (1999). "Digital Signals Frequently Asked Questions (Version 5)". World Utility Network (WUN). Retrieved 2008-01-06.
M Nasseri, J Kim, M Alam - 제17회 통신 및 네트워킹의 절차, 2014, 모바일 채널용 샘플링 기반 터보 코드 비일관 MFSK의 통합 메트릭 계산

[1] 헤이스킨, 2001년 통신 시스템, 존 와일리 & 샌즈 주식회사 - 402페이지

[2] Scalsky, S.; Chace, M. (1999). "Digital Signals Frequently Asked Questions (Version 5), Section 1-D". World Utility Network (WUN). Retrieved 2012-11-27.

[Greenman2005-3] Greenman, M.; ZL1BPU (2005). "The World of Fuzzy and Digital Modes". Archived from the original on April 24, 2009. Retrieved 2008-01-06.

[4] Klingenfuss, J. (2003). Radio Data Code Manual (17th Ed.). Klingenfuss Publications. p. 163. ISBN 3-924509-56-5.

[5] Cannon, Michael (1994). Eavesdropping on the British Military. Dublin, Eire: Cara Press. pp. 103–104.

[6] Klingenfuss, J. (2003). Radio Data Code Manual (17th Ed.). Klingenfuss Publications. pp. 72–78. ISBN 3-924509-56-5.

[7] "MIL-STD 188-141B" (PDF). US Government.

[8] Klingenfuss, J. (2003). Radio Data Code Manual (17th Ed.). Klingenfuss Publications. p. 91. ISBN 3-924509-56-5.

[9] Scalsky, S.; Chace, M. (1999). "Digital Signals Frequently Asked Questions (Version 5), Table 5-E". World Utility Network (WUN). Retrieved 2012-11-27.

[10] Ian Wraith (2012-06-29). "CROWD36". Retrieved 2017-07-30.

[11] ENIGMA 및 ENIGMA-2000에 대한 자세한 내용은 문자 비콘의 참고 및 참조 섹션을 참조하십시오.

[12] Beaumont, P. (May 2008). "Undiminished (Atencion Uno Dos Tres)". Monitoring Monthly. 3 (5): 69. ISSN 1749-7809.

[13] Beaumont, P. (July 2008). "Russian Intel (Atencion Uno Dos Tres)". Monitoring Monthly. 3 (7): 69. ISSN 1749-7809.

[14] PI4

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v t 아마추어 무선 디지털 모드
주파수 이동 키잉(FSK)	RTTY AMTOR / SITOR 팩토르 클로버2000 패킷 라디오 (벨 103호) 제202호)
다중 주파수 이동 키잉(MFSK)	올리비아 MFSK 콘테스티아 JT65 FSK441 JT6M WSPR FT8
위상 편이식(PSK)	PSK31 PSK63 Q15X25
COFDM	MT63(PSK 기준)
비전통 디지털 모드	헬슈라이버(펠드-헬) 온오프 키잉 연속파 변조 연속파 펄스 변조 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS) DSSSS(직접 시퀀스 확산 스펙트럼) AMPRNet

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