En la modulación digital , la manipulación por desplazamiento mínimo ( MSK ) es un tipo de manipulación por desplazamiento de frecuencia de fase continua que fue desarrollada a finales de la década de 1950 por los empleados de Collins Radio Melvin L. Doelz y Earl T. Heald. [1] Similar a OQPSK , MSK se codifica con bits que se alternan entre componentes de cuadratura , con el componente Q retrasado a la mitad del período del símbolo .
Sin embargo, en lugar de pulsos cuadrados como usa OQPSK, MSK codifica cada bit como una semisinusoide . [2] [3] Esto resulta en una señal de módulo constante (señal de envolvente constante), que reduce los problemas causados por la distorsión no lineal. Además de ser visto como relacionado con OQPSK, MSK también se puede ver como una señal modificada por desplazamiento de frecuencia de fase continua ( CPFSK ) con una separación de frecuencia de la mitad de la tasa de bits.
En MSK, la diferencia entre la frecuencia más alta y la más baja es idéntica a la mitad de la tasa de bits. En consecuencia, las formas de onda utilizadas para representar un 0 y un 1 bit difieren exactamente en la mitad de un período de portadora. Por tanto, la desviación de frecuencia máxima es δ = 0,5 f m donde f m es la frecuencia de modulación máxima. Como resultado, el índice de modulación m es 0,5. Este es el índice de modulación FSK más pequeño que se puede elegir de modo que las formas de onda para 0 y 1 sean ortogonales . En el estándar de telefonía móvil GSM se utiliza una variante de MSK denominada codificación de desplazamiento mínimo gaussiano (GMSK) .
Representación matemática
La señal resultante está representada por la fórmula: [3] [ verificación fallida ]
dónde y codificar la información par e impar respectivamente con una secuencia de pulsos cuadrados de duración 2T . tiene sus bordes de pulso en y en . La frecuencia portadora es.
Usando la identidad trigonométrica , esto se puede reescribir en una forma donde la modulación de fase y frecuencia sea más obvia,
donde b k (t) es +1 cuando y -1 si son de signos opuestos, y es 0 si es 1, y de lo contrario. Por lo tanto, la señal se modula en frecuencia y fase, y la fase cambia de forma continua y lineal.
Propiedades
Dado que la distancia mínima del símbolo es la misma que en la QPSK , [7] [8] se puede utilizar la siguiente fórmula para el límite teórico de la tasa de errores en los bits :
dónde es la energía por bit, es la densidad espectral del ruido, denota la función Q ydenota la función de error complementaria .
Tecla de desplazamiento mínimo gaussiano
La codificación de desplazamiento mínimo gaussiano, o GMSK, es similar a la codificación de desplazamiento mínimo estándar (MSK); sin embargo, el flujo de datos digitales se configura primero con un filtro gaussiano antes de aplicarse a un modulador de frecuencia, y normalmente tiene ángulos de desplazamiento de fase mucho más estrechos que la mayoría de los sistemas de modulación MSK. Esto tiene la ventaja de reducir la potencia de banda lateral , lo que a su vez reduce la interferencia fuera de banda entre portadoras de señal en canales de frecuencia adyacentes. [10]
Sin embargo, el filtro gaussiano aumenta la memoria de modulación en el sistema y causa interferencia entre símbolos , lo que dificulta la diferenciación entre diferentes valores de datos transmitidos y requiere algoritmos de ecualización de canal más complejos, como un ecualizador adaptativo en el receptor. GMSK tiene una alta eficiencia espectral , pero necesita un nivel de potencia más alto que QPSK , por ejemplo, para transmitir de manera confiable la misma cantidad de datos .
GMSK se utiliza principalmente en el Sistema Global de Comunicaciones Móviles (GSM), en el Bluetooth , en las comunicaciones por satélite, [11] [12] y el Sistema de Identificación Automática (AIS) para la navegación marítima.
Ver también
- Diagrama de constelación utilizado para examinar la modulación en el espacio de la señal (no en el tiempo)
- Modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana
Referencias
- ^ ML Doelz y ET Heald, Sistema de comunicación de datos de turno mínimo , Patente de EE. UU. 2977417, 1958, http://www.freepatentsonline.com/2977417.html
- ^ Anderson JB, Aulin T., Modulación de fase digital Sundberg CE. - Springer Science & Business Media, 2013. - p.49–50
- ↑ a b Proakis, John G. (2001). Comunicación digital (4 ed.). McGraw-Hill Inc. pp. 196 -199.
- ^ Comunicaciones digitales de Proakis JG. 1995 // McGraw-Hill, Nueva York. - pag. 126-128
- ^ Anderson JB, Aulin T., Modulación de fase digital Sundberg CE. - Springer Science & Business Media, 2013. - p. 49-50
- ^ Análisis de presupuesto de enlace: Modulación digital-Parte 2-FSK (Atlanta RF)
- ^ Haykin, S., 2001. Sistemas de comunicación, John Wiley & Sons. Inc. - pág. 394
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- ^ Haykin, S., 2001. Sistemas de comunicación, John Wiley & Sons. Inc. - pág. 398
- ^ Poole, Ian. "¿Qué es la modulación GMSK - Modulación de desplazamiento mínimo gaussiano" . RadioElectronics.com . Consultado el 23 de marzo de 2014 .
- ^ Rice, M., Oliphant, T. y Mcintire, W. (2007). Técnicas de estimación de GMSK utilizando detectores lineales en comunicaciones por satélite. Transacciones IEEE sobre sistemas electrónicos y aeroespaciales, 43 (4).
- ^ Wong, Yen F., et al. "Un concepto de comunicación espacio-tierra óptimo para la plataforma CubeSat que utiliza la red espacial de la NASA y la red cercana a la tierra". (2016).
- Pasupatía Subbarayan, Tecla de cambio mínimo: una modulación espectralmente eficiente , IEEE Communications Magazine, 1979
- R. de Buda, Fast FSK Signals and their Demodulation , Can. Elec. Ing. J. Vol. 1, número 1, 1976
- F. Amoroso, manipulación de pulsos y espectros en el formato de modulación por desplazamiento mínimo (frecuencia) (MSK) , IEEE Trans.
- Documento de la Universidad de Hull que ofrece una descripción detallada de GMSK
- Análisis de presupuesto de enlace: Modulación digital-Parte 2-FSK (Atlanta RF)
- Elnoubi, S., Chahine, SA y Abdallah, H. (2004, marzo). Rendimiento BER de GMSK en canales de desvanecimiento Nakagami. En Radio Science Conference, 2004. NRSC 2004. Proceedings of the Twenty-First National (págs. C13-1). IEEE.
- Feher, K. (julio de 1993). FQPSK: Una propuesta de amplificación de RF de potencia de modulación eficiente para una mayor eficiencia y capacidad espectral GMSK y estándar PHY compatible con Π / 4-QPSK. En los métodos de acceso inalámbrico IEEE 802.11 Phys. Especificación de capa. Doc.