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無線通信技術(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的帶寬遠(yuǎn)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(jìn)一步降低。擴(kuò)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(kuò)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(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，數(shù)據(jù)1就用“1”來表示，擴(kuò)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?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)頻因子還有另一個用途，那就是正交碼(OVSF: Orthogonal Variable Spreading Factor ，正交可變擴(kuò)頻因子)，通過OVSF可以獲得正交的擴(kuò)頻碼，擴(kuò)頻因子為4時有4個正交的擴(kuò)頻碼，正交的擴(kuò)頻碼可以讓同時傳輸?shù)臒o線信號互不干擾，也就是說，擴(kuò)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(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(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(jī)和接收機(jī)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(bào)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(jì)數(shù)器FhssPresentChannel(位于RegHopChannel)的讀數(shù)會增加，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，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(jī)就會開始上述跳頻過程，這時候，如果Header的CRC不正確，接收機(jī)會自動請求信道0(數(shù)據(jù)包重發(fā)機(jī)制)，并重新開始Check前導(dǎo)碼。