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無線通信技術(shù):擴頻 LoRa跳頻擴頻通信(FHSS)的原理

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

  增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求,當(dāng)帶寬增加到一定程度,允許信噪比進一步降低。擴頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來換取信噪比上的好處,這就是擴頻通信的基本思想和理論依據(jù)。

無線通信技術(shù)

  為何使用擴頻技術(shù)
 

  一、擴大帶寬、減少干擾
 

  當(dāng)擴頻因子為1時,數(shù)據(jù)1就用“1”來表示,擴頻因子為4時,可能用“1011”來表示1,這樣傳輸?shù)臅r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)膶嶋H數(shù)據(jù),所以,擴頻因子越大,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)率就越小。
 

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

  擴頻因子還有另一個用途,那就是正交碼(OVSF: Orthogonal Variable Spreading Factor ,正交可變擴頻因子),通過OVSF可以獲得正交的擴頻碼,擴頻因子為4時有4個正交的擴頻碼,正交的擴頻碼可以讓同時傳輸?shù)臒o線信號互不干擾,也就是說,擴頻因子為4時,可以同時傳輸4個人的信息。語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)臄?shù)率要求不一樣,所以他們擴頻因子不一樣。
 

  FHSS,跳頻擴頻技術(shù) (Frequency-Hopping Spread Spectrum)在同步、且同時的情況下,接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號,對于一個非特定的接受器,F(xiàn)HSS所產(chǎn)生的跳動訊號對它而言,也只算是脈沖噪聲。
 

  當(dāng)單個數(shù)據(jù)包時間可能超過相關(guān)法規(guī)允許的最大信道停留時間,則會用FHSS技術(shù)。在LoRa中開啟跳頻模式,是操作RegHopPeriod和FreqHoppingPeriod寄存器設(shè)為非零值。

LoRa擴頻技術(shù)

  LoRa進行跳頻擴頻通信(FHSS)的原理
 

  FHSS跳頻擴頻方案的工作原理為:每個LoRa數(shù)據(jù)包的部分內(nèi)容通過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)射機和接收機切換到跳頻預(yù)定義列表的下一個信道,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)的駐留時間由FreqHoppingPeriod來決定,該值為符號長度的整數(shù)倍。
 

  通過跳頻發(fā)送和接受的過程從信道0開始。。所以前導(dǎo)碼和報頭部分首先會在信道0發(fā)送。每次開始發(fā)送數(shù)據(jù)包時,信道計數(shù)器FhssPresentChannel(位于RegHopChannel)的讀數(shù)會增加,并產(chǎn)生中斷信FhssChangeChannel以實現(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,會覆蓋該新頻率。
 

  FHSS接收通常從信道0開始,在Check完前導(dǎo)碼后,接收機就會開始上述跳頻過程,這時候,如果Header的CRC不正確,接收機會自動請求信道0(數(shù)據(jù)包重發(fā)機制),并重新開始Check前導(dǎo)碼。

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