Gmsk Nedir?

[Constantin]

GMSK NEDİR?
GMSK, (Gaussian Minimum Shifting Keying) sayısal iletişimde bant genişliğini optimize eden bir binary(ikili) iletişim metodudur.

En basit ikili iletişim metodu FSK dır. ASK, elektronik uygulaması nispeten basit olsa bile pratik kullanım açısından fazla tercih edilmez. ASK, faz modülasyonu ile birlikte kullanılır(QAM).

FSK ve PSK . ikili sistemin 1 ve 0 (mark ve space) durumlarını frekansa veya faza modüle ederek sayısal iletişimi sağlarlar. Bu tür bir iletimde, en yüksek bant genişliği 101010 katarının gönderilmesi esnasında gerçekleşir. Elektriksel açıdan bu katar bir kare dalgadır ve frekansı sistemin taşıyabileceği en yüksek frekanstır. Bilgi sinyali modüle edildiğinde, kendi spektrumu, taşıyıcı frekansı merkez alacak şekilde kayar. Yani mesaj sinyalinin spektrumu, taşıyıcı sinyalinin bantta işgal edeceği bant genişliğini belirler Karedalganın iletilebilmesi için, teorik olarak sonsuz bantgenişliğine ihtiyaç vardır. Karedalganın fourier açılımına göz atıldığında, bir sinX/X zarfı içerisinde sonsuz sayıda harmonik olduğu görülür. Pratikte çok yüksek frekanslı bileşenlere gerek yoktur. Karedalga, kabul edilebilir bir bozulma ile iletilebilir. Hiçbir sistem sonsuz bant genişliğine sahip değildir, yani istesek de istemesek de karedalganın ancak sınırlı sayıda bileşenini iletebiliriz
http://www.geocities.com/semihaltunay/teces_174.gif
Temel modülasyon spektrumu

Bir karedalganın iletilebilmesi için gerekli miktarda harmoniği belirlediğimizde bile, hiçbirzaman bandımızdaki tüm harmoniklerin aynı zayıflama ile iletileceğini garanti edemeyiz. Herzaman, orta ve düşük frekanslı harmoniklerin iletilme şansı, nispeten yüksek frekanslı harmoniklerin iletilme şansından yüksektir. Kare dalgamızı, ikili iletişim sisteminden iletirken, zayıflatılacağını bildiğimiz harmoniklerin iletilmesi için çabalamak boşunadır. Buradan yola çıkılarak, iletilme ihtimallerine göre harmonikleri filtreleyen bir filtre tasarlanmıştır.
http://www.geocities.com/semihaltunay/simps1.gif
Gauss Dağılım Fonksyonu

Filtreminiz transfer fonksyonunu gauss dağılımı* biçiminde tasarladığımızda, geçme ihtimali en yüksek harmonikleri iletir, düşük olanları iletmeyiz veya zayıflatarak iletiriz. Böylece, zaten yok olarak işlev yapamayacak olan yüksek harmonikleri iletmez, bu sayede bant genişliğimizi boşyere arttırmayız. Bunun diğer bir söylenişi, aynı bant genişliği kullanılarak daha yüksek hızda 101010 bilgi katarı gönderebiliriz.

http://www.geocities.com/semihaltunay/gmsk3.gif
GMSK blok şeması

GMSK tekniği ile sıradan dar bantlı telsiz kanallarında onlarca kata varan kapasite artışı sağlayabiliriz. Elbette GMSK nın da bazı şartları vardır. En önemlisi, VCO'nun frekans ve faz tepkisi lineer olmalıdır. Gauss filtresi, sayısal elektriksel sinyali şekillendirirken ISI (Inter symbol interference) oluşturur. Sebebi, filtreye giren bir bit henüz çıkmadan yeni bir bitin girmesidir. Sistemin geri kalanında meydana gelecek hatalar, ISI hatasını arttırarak GMSK verimini düşürür.

GMSK tekniğinde önemli bir parametre de BT dir. B, gauss filtresinin bant genişliğidir. T ise sayısal verinin bit peryodudur. Tipik BT değerleri 0.5 ve 0.3 dür. BT çarpımının yüksek değeri için veri hızı düşük ancak ISI daha azdır. Düşük BT, S/N oranı yüksek ve hata olasılığı düşük kanallarda tercih edilir.

GMSK üretmek için, Gauss filtresinden geçirilmiş sayısal veri bir VCO ya uygulanabilir. Basit görünen bu metodun dezavantajı VCO nun imalat güçlüğüdür. VCO nun modülasyon indeksi 0.5 düzeyinde olmalı ve kesinlikle sapmamalıdır. Pratikte modülatörün türüne göre az yada çok index kayması meydana gelecektir.

Değer bir metod, blok şemada görülen IQ modülasyon tipidir. I harfi "in phase", Q harfi "quadrature" kelimelerinin baş harfleridir. Sinyalin kendisi (I) ve 90 derece (dik açı-quadrature) faz kaydırılmış hali toplanır. Trigonometrik olarak bu toplamanın sonucu, faz açısı eklenmiş bir sinusoid olarak yazılabilir. Detaylı hesaplar birçok haberleşme kitabından mevcuttur. Bu metotla çok daha kesin bir modülasyon indexi yakalanabilir. Bu metod, GMSK entegrelerinde uygulanmaktadır.

GMSK üretmek için teorisini bilmek gereklidir, ancak yeterli değildir. Bize gereken CML microsystems şirketinin CMX589 ve CMX909 entegreleri. Bu iki IC, birkaç farklı özellikle birlikte temelde aynı işi yapıyorlar. GMSK ile ilgili tüm işlemleri gerçekleştirdikleri gibi CRC, FEC, Paket protokolü gibi çok kullanışlı özellikleri de eklenmiş. Entegreler Türkiyede EMPA tarafından dağıtılıyor.

Kablosuz sayısal haberleşmenin gelişen bir trend olduğu günümüzde, sınırlı bant genişliklerinden maksimum verim elde etmemiz gerekiyor. GMSK ve benzeri teknikler, matematiğin gücünü teknolojiyle birleştiriyor.