无线通信技术:扩频 LoRa跳频扩频通信(FHSS)的原理
行业新闻 | 2019-01-31 06:46:10
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。
为何使用扩频技术
一、扩大带宽、减少干扰
当扩频因子为1时，数据1就用“1”来表示，扩频因子为4时，可能用“1011”来表示1，这样传输的时候可以降低误码率也就是信噪比，但是却减少了可以传输的实际数据，所以，扩频因子越大，传输的数据数率就越小。
二、根据对速率的不同要求分配不同数量的码道，提高利用率
扩频因子还有另一个用途，那就是正交码(OVSF: Orthogonal Variable Spreading Factor ，正交可变扩频因子)，通过OVSF可以获得正交的扩频码，扩频因子为4时有4个正交的扩频码，正交的扩频码可以让同时传输的无线信号互不干扰，也就是说，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率要求不一样，所以他们扩频因子不一样。
FHSS，跳频扩频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum)在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。
当单个数据包时间可能超过相关法规允许的最大信道停留时间，则会用FHSS技术。在LoRa中开启跳频模式，是操作RegHopPeriod和FreqHoppingPeriod寄存器设为非零值。
LoRa进行跳频扩频通信(FHSS)的原理
FHSS跳频扩频方案的工作原理为：每个LoRa数据包的部分内容通过MCU管理设置的跳频信道，既所要“跳”的频率(根据频率查询表)发送出去，在预定的跳频周期结束后，既该部分数据发送完成，则发射机和接收机切换到跳频预定义列表的下一个信道，以便继续发送和接受数据包的下一部分内容。
在任一信道内的驻留时间由FreqHoppingPeriod来决定，该值为符号长度的整数倍。
通过跳频发送和接受的过程从信道0开始。。所以前导码和报头部分首先会在信道0发送。每次开始发送数据包时，信道计数器FhssPresentChannel(位于RegHopChannel)的读数会增加，并产生中断信FhssChangeChannel以实现跳频。
必须在跳频周期内设定新的频率，以 保证下次跳频时，会覆盖该新频率。
FHSS接收通常从信道0开始，在Check完前导码后，接收机就会开始上述跳频过程，这时候，如果Header的CRC不正确，接收机会自动请求信道0(数据包重发机制)，并重新开始Check前导码。
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- 无线通信技术,扩频,LoRa扩频原理
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