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无线通信技术:扩频 LoRa跳频扩频通信(FHSS)的原理

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LoRa的扩频技术LoRa是基于扩频的调制方案,通过扩频将信号扩展到宽带噪声,以获得扩频增益。


扩频的概念和原理

扩频通信(SSC)或扩频通信技术具有其用于传输信息的信号带宽远远大于其本身带宽的基本特征。信号带宽较大可以降低信噪比的要求。如果带宽增加到一定水平,则可进一步降低信噪比。扩频通信的优点是利用宽带传输技术交换信噪比,是扩频通信的基本思想和理论基础。



扩频技术是将信息信号的带宽进行多次扩展来进行通信的技术。传输信号的带宽远大于信息信号的带宽。例如,如果发送64Kbps的数据流,则基带带宽约为64KHz,但是在使用扩频技术的情况下,它占用的信道带宽可以被增加到5MHz和10MHz以上。同时,发射到宇宙的无线功率谱(单位带宽内的功率)也大幅度减少。

扩频信号的解扩过程
扩频信号的解扩过程

信息的频谱扩展过程
信息的频谱扩展过程

常规数字数据通信的原理是使用适配于数据率的最小可能的带宽。这是因为带宽数量有限,很多用户共享。扩频通信的原理是尽可能多地使用最大带宽,并且相同能量分布在宽带宽上。


另外,扩频通信具有以下特征


扩频通信的优点


LoRa跳频通信(FHSS)原理


FHSS跳频方式的工作原理是,各LoRa分组的内容的一部分在MCU管理中设定的跳频信道中发送,而所需的“跳频”频率(基于跳频表)在规定的跳频周期中发送。前导码和报头部分首先在信道0上发送。每次开始发送包时,信道计数器fhsspresentchannel(reghopchannel)的读取值增加,生成实现跳频的中断信号FhssChangeChannel。

当与FHSS、跳频spreadspectrum同步时,两端都是在特定类型的窄带载波上传输信号的。由FHSS产生的用于未指定接收器的跳频仅具有脉冲噪声。


为什么使用扩频技术?


1.扩大带宽和减少干扰


当扩展系数为1时,数据1由“1”表示,并且当扩展系数为4时,数据由“1011”表示,因此,错误率(即信噪比)可以在传输时间段中减少,但是能够传输的实际数据减少,因此,扩展系数越大,传输数据的数据速率越低。


第二,根据不同的请求给不同数量的码信道分配速率,以提高利用率


扩频率有正交码(OVSF:正交可变扩频率,正交可变扩频率),可以用OVSF来获得。取得正交扩频码。在扩展系数为4时,有4个正交扩展码。正交扩频码可使同时所传送的无线信号不彼此干扰,即,扩频因子可为4。可以同时发送4个人的信息。因为语音服务和数据服务的数据速率要求不同,所以扩展系数不同。



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