惊讶不已,无线通信技术:扩频 LoRa跳频扩频通信(FHSS)的原理     DATE: 2022-09-22 08:14

  扩频通信,即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication),它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。

  增加信号带宽可以降低对信噪比的要求,当带宽增加到一定程度,允许信噪比进一步降低。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处,这就是扩频通信的基本思想和理论依据。


无线通信技术

为什么要使用扩频技术?

第一,扩展带宽,减少干扰

当扩频因子为1时,数据1用1表示,当扩频因子为4时,1可以用1011表示,这样可以降低误码率,也就是信噪比,但是减少了实际可以传输的数据。因此,扩频因子越大,数据速率就越小。

其次,根据速率的不同要求,分配不同数量的码道,提高利用率。

扩频因子还有一个用途,就是正交扩频因子(正交可变扩频因子)。通过OVSF,可以获得正交扩频码。当扩频因子为4时,有4个正交扩频码,正交扩频码可以使同时发射的无线信号互不干扰。也就是说,当扩频因子为4时,可以同时传输4个人的信息。语音和数据业务传输的数据速率要求不同,所以它们的扩频因子也不同。

FHSS(跳频扩频)在同步和同时的条件下用特定类型的窄频载波接收来自两端的信号。对于非特定接收机,FHSS产生的跳频信号只能视为脉冲噪声。

当单个数据包的时间可能超过相关法律法规允许的最大通道停留时间时,将使用FHSS技术。在LoRa中开启跳频模式是将RegHopPeriod和FreqHoppingPeriod寄存器设置为非零值。


LoRa扩频技术

LoRa跳频扩频通信(FHSS)原理

FHSS跳频扩频方案的工作原理是:每个LoRa数据包的部分内容通过MCU管理和设置的跳频信道发送出去,即要跳频的频率(根据频率查找表)。在预定的跳频周期结束后,即发送完这部分数据后,发送端和接收端切换到预定义的跳频列表中的下一个信道,继续发送和接收下一部分数据包。

任何通道中的驻留时间由FreqHoppingPeriod决定,它是符号长度的整数倍。

通过跳频发送和接收的过程从信道0开始。。因此,前同步码和报头部分将首先在信道0上传输。每发送一个包,信道计数器FhssPresentChannel(位于RegHopChannel)的读数就会增加,并产生一个中断信号FhssChangeChannel,实现跳频。

跳频周期内必须设置新的频率,以保证新的频率在下一次跳频中被覆盖。

FHSS接收通常从0频道开始。在检查前同步码之后,接收机将开始上述跳频过程。此时,如果报头的CRC不正确,接收器将自动请求信道0(分组重传机制)并再次开始检查前同步码。


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