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無(wú)線通信技術(shù):擴(kuò)頻 LoRa跳頻擴(kuò)頻通信(FHSS)的原理

行業(yè)新聞 | 2019-01-31 06:46:10
  擴(kuò)頻通信,即擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)(Spread Spectrum Communication),它的基本特點(diǎn)是其傳輸信息所用信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬。

  增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)信噪比的要求,當(dāng)帶寬增加到一定程度,允許信噪比進(jìn)一步降低。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處,這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。

無(wú)線通信技術(shù)

  為何使用擴(kuò)頻技術(shù)
 

  一、擴(kuò)大帶寬、減少干擾
 

  當(dāng)擴(kuò)頻因子為1時(shí),數(shù)據(jù)1就用“1”來(lái)表示,擴(kuò)頻因子為4時(shí),可能用“1011”來(lái)表示1,這樣傳輸?shù)臅r(shí)候可以降低誤碼率也就是信噪比,但是卻減少了可以傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù),所以,擴(kuò)頻因子越大,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)率就越小。
 

  二、根據(jù)對(duì)速率的不同要求分配不同數(shù)量的碼道,提高利用率
 

  擴(kuò)頻因子還有另一個(gè)用途,那就是正交碼(OVSF: Orthogonal Variable Spreading Factor ,正交可變擴(kuò)頻因子),通過(guò)OVSF可以獲得正交的擴(kuò)頻碼,擴(kuò)頻因子為4時(shí)有4個(gè)正交的擴(kuò)頻碼,正交的擴(kuò)頻碼可以讓同時(shí)傳輸?shù)臒o(wú)線信號(hào)互不干擾,也就是說(shuō),擴(kuò)頻因子為4時(shí),可以同時(shí)傳輸4個(gè)人的信息。語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)臄?shù)率要求不一樣,所以他們擴(kuò)頻因子不一樣。
 

  FHSS,跳頻擴(kuò)頻技術(shù) (Frequency-Hopping Spread Spectrum)在同步、且同時(shí)的情況下,接受兩端以特定型式的窄頻載波來(lái)傳送訊號(hào),對(duì)于一個(gè)非特定的接受器,F(xiàn)HSS所產(chǎn)生的跳動(dòng)訊號(hào)對(duì)它而言,也只算是脈沖噪聲。
 

  當(dāng)單個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)間可能超過(guò)相關(guān)法規(guī)允許的最大信道停留時(shí)間,則會(huì)用FHSS技術(shù)。在LoRa中開(kāi)啟跳頻模式,是操作RegHopPeriod和FreqHoppingPeriod寄存器設(shè)為非零值。

LoRa擴(kuò)頻技術(shù)

  LoRa進(jìn)行跳頻擴(kuò)頻通信(FHSS)的原理
 

  FHSS跳頻擴(kuò)頻方案的工作原理為:每個(gè)LoRa數(shù)據(jù)包的部分內(nèi)容通過(guò)MCU管理設(shè)置的跳頻信道,既所要“跳”的頻率(根據(jù)頻率查詢表)發(fā)送出去,在預(yù)定的跳頻周期結(jié)束后,既該部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送完成,則發(fā)射機(jī)和接收機(jī)切換到跳頻預(yù)定義列表的下一個(gè)信道,以便繼續(xù)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)包的下一部分內(nèi)容。
 

  在任一信道內(nèi)的駐留時(shí)間由FreqHoppingPeriod來(lái)決定,該值為符號(hào)長(zhǎng)度的整數(shù)倍。
 

  通過(guò)跳頻發(fā)送和接受的過(guò)程從信道0開(kāi)始。。所以前導(dǎo)碼和報(bào)頭部分首先會(huì)在信道0發(fā)送。每次開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí),信道計(jì)數(shù)器FhssPresentChannel(位于RegHopChannel)的讀數(shù)會(huì)增加,并產(chǎn)生中斷信FhssChangeChannel以實(shí)現(xiàn)跳頻。
 

  必須在跳頻周期內(nèi)設(shè)定新的頻率,以 保證下次跳頻時(shí),會(huì)覆蓋該新頻率。
 

  FHSS接收通常從信道0開(kāi)始,在Check完前導(dǎo)碼后,接收機(jī)就會(huì)開(kāi)始上述跳頻過(guò)程,這時(shí)候,如果Header的CRC不正確,接收機(jī)會(huì)自動(dòng)請(qǐng)求信道0(數(shù)據(jù)包重發(fā)機(jī)制),并重新開(kāi)始Check前導(dǎo)碼。

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