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無線射頻的一些概念和調製方式

射頻、中頻、基帶

射頻訊號指無調製發射發射載波訊號;中頻訊號指射頻訊號經外差變換後的較低的中頻訊號,採用中頻的目的是便於在接收機放大調製訊號;基帶訊號即基本的訊號,指發射機調製之前或接收機調製之後的訊號。

零中頻

傳統的調製解調方式是無線電訊號RF(射頻)進入天線,轉換為IF(中頻),再轉換為基帶(I,Q訊號)。而零中頻就是訊號直接由RF變到基帶,不經過中頻的調製解調方法。

擴頻因子

當擴頻因子為1時,傳輸的時候資料1就用一個1來表示,擴頻因子為8時,可以用11111111來表示1,這樣傳輸的時候可以降低誤位元速率也就是信噪比,但是卻減少了可以傳輸的實際資料,所以,擴頻因子越大,傳輸的資料數率就越小。

如果擴頻就這點作用,那可能就不會有這個技術的存在了,擴頻因子還有另一個用途,那就是正交碼,通過ovsf可以獲得正交的擴頻碼,擴頻因子為4時有4個正交的擴頻碼,正交的擴頻碼可以讓同時傳輸的無線訊號在解擴時互不干擾,也就是說,擴頻因子為4時,可以同時傳輸4個人的資訊,也就是我們說的碼道,同理擴頻因子為16時有16個擴頻碼,即16個碼道。

整體來說,擴頻因子的大小決定了一個使用者的實際資料數率的大小(注意,這裡說的是實際資料,例如大家都傳輸11111111這個資料,A用11表示1,那麼他的實際資料是1111,而B用1111表示1,那麼他的實際資料為11,這樣B的出錯概率就比A小,但他的資料數率也比A小)但是因為正交碼的存在,從基站上看,提高擴頻因子,對某一使用者的實際資料數率降低了,但同時的可用使用者數多了(擴頻碼)整體的實際資料數率卻沒變。

二進位制頻移鍵控(2-FSK)

二進位制頻移鍵控4-FSK

二進位制相移鍵控2-PSK

二進位制振幅鍵控2-ASK

 二進位制啟閉鍵控(OOK)

OOK是ASK調製的一個特例,把一個幅度取為0,另一個幅度為非0,就是OOK。二進位制啟閉鍵控(OOK:On-Off Keying)又名二進位制振幅鍵控(2ASK),它是以單極性不歸零碼序列來控制正弦載波的開啟與關閉。

高斯頻移鍵控(GFSK)

高斯頻移鍵控(GFSK - Gauss frequency Shift Keying) ,是在調製之前通過一個高斯低通濾波器來限制訊號的頻譜寬度。GFSK 高斯頻移鍵控調製是把輸入資料經高斯低通濾波器預調製濾波後,再進行FSK調製的數字調製方式。它在保持恆定幅度的同時,能夠通過改變高斯低通濾波器的3dB頻寬對已調訊號的頻譜進行控制,具有恆幅包絡、功率譜集中、頻譜較窄等無線通訊系統所希望的特性。如2-GFSK、4-GFSK。

碼片

◇ 系統通過擴頻把位元轉換成碼片。

◇ 一個數據信號(如邏輯1或0)通常要用多個編碼訊號來進行編碼,那麼其中的一個編碼訊號就稱為一個碼片。

◇ 如果每個資料訊號用10個碼片傳輸,則碼片速率是資料速率的10倍,處理增益等於10。◇ 碼片相當於模擬調製中的載波作用,是數字訊號的載體。

◇ 要理解“碼片”一詞,先需要對擴頻通訊有所瞭解,我們的資訊碼,每一個數字都是攜帶了資訊的,具有一定頻寬。擴頻通訊就是用一串有規則的比資訊碼流頻率高很多的碼流來調製資訊碼,也就是說原來的“1”或“0”被一串碼所代替。

◇ 由於這一串碼才能表示一位資訊,因此不能說成bit(bit是資訊基本單位),所以找了個名詞叫chip,這一串碼的每一位碼字就是一個chip,比如cdma的碼片速率就是1.2288Mchip/s。碼片數率是指擴頻調製之後的資料數率,用cps表示(chip per-second)。

編碼速率

在很多解調晶片中,它的解碼器很多使用LDPC解碼器( LDPC decoder)。在datasheet中,會對它標明所支援的code rate,即編碼速率,如montage的m88ds3103,其LDPC Decoder支援的code rate有:1/4、1/3、2/5、3/5、1/2、2/3、3/4、4/5、5/6、8/9和9/10。那麼編碼速率code rate是什麼意思?有什麼用呢?

code rate,指的是編碼速率。1/4 code rate即進去1個碼出來4個碼。編碼速率越大,效率越高。當通道質量比較差的時候,需要增加更多的冗餘資訊來保證接收端能夠正確解調訊號,更多的冗餘資訊意味著低的編碼速率,最低編碼速率是一個碼需要增加3個冗餘碼,即1/4編碼。當通道質量好的時候,需要很少的冗餘校驗位就能解調,就可以提高編碼速率了。系統可以根據通道的變化選擇合適的編碼速率,這樣可以使得通道質量好的使用者獲得更高的速率,提高平均吞吐率。

鏈路預算

為了有效地對比不同技術之間傳輸範圍的表現,我們使用一個叫做“鏈路預算”的定量指標。鏈路預算包括影響接收端訊號強度的每一變數,在其簡化體系中包括髮射功率加上接收端靈敏度。

AngelBlocks的發射功率為100mW(20dBm),接收端靈敏度為-129dBm,總的鏈路預算為149dB。比較而言,擁有靈敏度-110dBm(這已是其極好的資料)的GFSK無線技術,需要5W的功率(37dBm)才能達到相同的鏈路預算值。在實踐中,大多GFSK無線技術接收端靈敏度可達到-103dBm,在此狀況下,發射端發射頻率必須為46dBm或者大約36W,才能達到與LoRa類似的鏈路預算值。

因此,使用LoRa技術我們能夠以低發射功率獲得更廣的傳輸範圍和距離,這種低功耗廣域技術正是我們所需的