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【醫(yī)院呼叫器系統(tǒng)廠家】LoRa技術(shù)核心——Chirp調(diào)制

2023-10-21 09:27

 本書(shū)2.2.2小節(jié)也介紹了直接擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻、時(shí)間跳頻擴(kuò)頻、混合擴(kuò)頻等多種擴(kuò)頻技術(shù)。其中DSSS采用互相正交的偽噪聲序列(PN序列),在發(fā)送端,將待發(fā)送數(shù)據(jù)與PN序列相乘,生成擴(kuò)頻后的送信序列,在擴(kuò)大頻率范圍的同時(shí),降低信號(hào)的峰值;在接收端,通過(guò)與相同的PN序列相關(guān),將會(huì)恢復(fù)出原先的信號(hào)峰值,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效檢出。FHSS是將總的通信帶寬分成若干窄的頻帶,然后按預(yù)先設(shè)好的固定順序使用這些頻帶進(jìn)行通信。FHSS在各種低速通信,特別是利用公用頻段的通信中有廣泛的應(yīng)用。但是,無(wú)論是DSSS、還是FHSS都需要保證發(fā)送和接收雙方的設(shè)備嚴(yán)格的時(shí)間同步,同時(shí)在擴(kuò)頻序列或跳頻序列的使用上預(yù)先取得一致。在高速?gòu)?fù)雜的系統(tǒng)中,為此增加的開(kāi)銷不是問(wèn)題,但對(duì)于低速、低功耗的系統(tǒng)中,保持時(shí)間同步的開(kāi)銷就會(huì)顯得突出,在這個(gè)時(shí)候Chirp擴(kuò)頻調(diào)制的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)出來(lái)了。這也是物聯(lián)網(wǎng)的低速長(zhǎng)距離需求下LoRa技術(shù)選擇Chirp技術(shù)的原因。 一、線性調(diào)頻信號(hào)的表征與特性

       線性調(diào)頻(Linear Frequency Modulation,LFM)是一種不需要偽隨機(jī)編碼序列的擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)。因?yàn)榫€性調(diào)頻信號(hào)占用的頻帶寬度遠(yuǎn)大于信息帶寬,所以也可以獲得很大的系統(tǒng)處理增益。線性調(diào)頻信號(hào)也稱為鳥(niǎo)聲(Chirp)信號(hào),因?yàn)槠漕l譜帶寬落于可聽(tīng)范圍,聽(tīng)著像鳥(niǎo)聲(英文單詞Chirp為鳥(niǎo)叫的意思),所以又稱Chirp擴(kuò)展頻譜(Chirp Spread Spectrum,CSS)技術(shù)。LFM技術(shù)在雷達(dá)、聲吶技術(shù)中有廣泛應(yīng)用,例如在雷達(dá)定位技術(shù)中,它可用來(lái)增大射頻脈沖寬度、加大通信距離、提高平均發(fā)射功率,同時(shí)又保持足夠的信號(hào)頻譜寬度,不降低雷達(dá)的距離分辨率。

      1962年,M.R.Wiorkler將CSS技術(shù)用于通信,它以同一碼元周期內(nèi)不同的Chirp速率表達(dá)符號(hào)信息。研究表明,這種以Chirp速率調(diào)制的恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)抗干擾能力強(qiáng),能顯著減少多徑干擾的影響,有效地降低移動(dòng)通信帶來(lái)的快衰落影響,非常適合無(wú)線接入的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),將CSS技術(shù)用于擴(kuò)頻通信的研究發(fā)展日益活躍,尤其隨著超寬帶(UWB)技術(shù)的發(fā)展,將CSS技術(shù)與UWB的寬帶低功率譜相結(jié)合形成的Chirp-UWB通信,它利用Chirp技術(shù)產(chǎn)生超寬帶寬,具備二者優(yōu)勢(shì),增強(qiáng)了抗干擾與抗噪聲的能力。CSS技術(shù)已成為傳感網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15中物理層候選標(biāo)準(zhǔn)。

        圖2-39所示為FM、FSK和CSS的傳送信號(hào)、時(shí)域信號(hào)和頻率信號(hào)的對(duì)比。從圖中可以看出雖然同樣是數(shù)字調(diào)制,CSS信號(hào)與FSK無(wú)論是頻域還是時(shí)域差別都很大,反而與模擬調(diào)制的FM有幾分相似之處。

圖2-39    FM、FSK、CSS信號(hào)比較圖

 

       線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)是指瞬時(shí)頻率隨時(shí)間呈線性變化的信號(hào)。LFM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式可以寫(xiě)為(設(shè)振幅歸一化,初始相位為零)

式(2-25)的波形如圖2-40所示,其中圖2-40(a)為頻域信號(hào)圖,圖2-40(b)為時(shí)域波形。

圖2-40      線性跳頻信號(hào)圖

 

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