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  • 直接序列扩频和跳频扩频
  • 打破了传统的基于直序扩频数字水印算法的局限,创新性的提出了一种结合直序扩频(DS)和跳频(FH)技术的数字水印方案。考虑到系统的频带限制,实际操作中采用软扩频方法来代替直序扩频,跳频的频率范围在图像子块...
  • DSSS直序扩频和FHSS跳频扩频 现如今的无线网主要使用三种通信技术:红外线Infrared Ray、扩展频谱和窄带微波三种,其中扩展频谱就是本文要聊的主要内容。 在香农公式中,C = B × log2 (1 + S/N) ,其中C是信道容量...

    DSSS直序扩频和FHSS跳频扩频

    现如今的无线网主要使用三种通信技术:红外线Infrared Ray、扩展频谱和窄带微波三种,其中扩展频谱就是本文要聊的主要内容。

    在香农公式中,C = B × log2 (1 + S/N) ,其中C是信道容量,表示一种所期待的性能;B是信道带宽;S/N是信号噪声功率比信噪比,主要受周围环境和干扰影响,尤其是在干扰或噪声较大的环境下,信噪比较低。由公式可以推出C/B正相关于S/N,所以在信噪比较低的情况下想要维持较高的通信性能(信道容量),可以通过提高信道带宽B来实现。

    扩频其实就是使用一个伪随机序列对信号进行调制,以此来拓展信号的带宽,在接收端再使用相同的伪随机序列对信号进行恢复,如下图。扩频其实就是把通频带扩大,当通频带拓宽了,带宽也就增大了
    扩频模型

    1、FHSS跳频扩频

    跳频扩频(Frequency-Hopping Spread Spectrum)技术是伪随机序列来控制信息载波,使载波工作的中心频率不断跳跃改变。每一个分组都采用不同的频率传输,且每一跳只传送很短的分组。如下图,使用跳频模式来传输分组。这十个分组分别用f3、f4、f6、f2、f1、f4、f8、f2、f9、f3来表示。
    在这里插入图片描述
    在802.11.标准中,每一跳最长时间为400ms,分组长度为30ms,而且频点间隔为1MHz,当一个频点由于信号衰落而传输出错,400ms后将以不同频率重发数据。虽然在某一时刻频谱是窄带的,但在整个时间内,跳频系统在整个频带内跳变是宽带的,从而实现了扩频的目的。
    在这里插入图片描述

    FHSS通信的对应于PLCP帧格式上图所示,SYNC是0和1的序列,SFD(Start Frame Delimiter) 的位模式为0000110010111101,用作帧的起始界定符。
    (1)FHSS。对应于FHSS通信的PLCP帧格式如图5-13所示。SYNC是0和1的序列,PLW代表帧长度,共12位,帧最大长度可以达到4096字节。PSF用来标识不同的数据速率,起始数据速率为1Mbps,以0.5的步长递增,16位的CRC是为了保护PLCP头部,它能纠正2位错,而MPDU代表MAC 协议数据单元。

    2、DSSS直序扩频

    直序扩展频谱技术(Direct Sequence Spread Spectrum)是目前应用较广的一种扩频方式。直接序列扩频在扩展器上,将要发送的信息用伪随机码(PN码)扩展到一个很宽的频带上去,在接收端,用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理,恢复出发送的信息,信号源的每一位用码片的N个位来传输,因此DSSS信号的带宽是原来数据带宽的N倍。

    如下图,DSSS就算将信息流和随机位相异或,假如信息位是1,则其将随机码置反后传输;假如信息位为0,则随机码不变,经过处理后比原来的信息流具有更宽的带宽,如此例中使用4位码片来传输1位信息流。
    在这里插入图片描述
    如下图,在DSSS通信时帧格式中,SFD字段的位模式为1111001110100000。Signal字段表示数据速率,步长为100Kbps,比 FHSS的0.5M精确5倍。例如Signal字段=00001010时,10×100Kbps=1MbpsSignal字段=00010100时,20×100Kbps=2Mbps;Service字段保留未用。Length字段指MPDU 的长度,单位为us。
    DSSS

    3、FHSS和DSSS的对比与优点

    两种技术对比
    1、FHSS和DSSS都可以应用在2.4G的ISM频段,FHSS的中心频率间隔为1MHz,而DSSS为5MHz,且DSSS的传输高于FHSS。

    2、FHSS在很宽的频带范围上来传送非常短的脉冲信号,因此干扰影响很小,比DSSS的抗干扰性能更好。

    扩频技术优点
    抗干扰特性。因为干扰和阻塞信号不带有扩频因子,所以会被抑制掉。经过解扩处理后,只有包含扩频因子的信号会出现在接收器内;而不带有扩频因子的干扰信号在解扩后会被忽略。

    防信号拦截。未授权的用户不知道扩展原始信号的扩频因子,所以他们无法解码。没有正确的扩频因子,扩频信号就相当于噪声或者干扰。

    小tips:扩频不是一种调制方式,不应该同其他类型的调制相混淆。比如利用扩频技术发射一个经过FSK或BPSK调制的信号。扩频是宽带技术,但宽带技术不是扩频,宽带技术不一定包括扩频技术。

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  • lora是一种实现远距离低功耗的无线调制技术。实际测试,在深圳这种高楼林立的地方不加PA...而关于跳频和扩频很多人把他放在一起来说,让初接触者不免产生疑问,扩频和跳频到底有什么关系,为什么这两个特性可以提高传

    转至:https://www.eemaker.com/lora-kuopintiaopin.html

    lora是一种实现远距离低功耗的无线调制技术。实际测试,在深圳这种高楼林立的地方不加PA也可以达到上千米的传输距离。如果放在空旷没有什么障碍物的地方达到3-5km也是不成问题。

    那么lora相比于传统的无线调制之所有可以传输更远的距离,归功于lora使用了扩频、跳频、向前纠错等等关键特性。而关于跳频和扩频很多人把他放在一起来说,让初接触者不免产生疑问,扩频和跳频到底有什么关系,为什么这两个特性可以提高传输距离。下面就一起来梳理梳理:

    载波频率

    首先要明确一点,你要了解无线通信的基础知识,我们日长生活中接触到的各种无线通信都是把真实的有效信号和载波信号进行一个调制而发向空中的。这里关键地方就是弄清楚一个载波频率。比如现在的wifi路由器有2.4g的还有5g的,这里的2.4g和5g就是一个载波频率,而你上网的各种数据就乘坐2.4g或者5g的载波在路由器和手机之间来回穿梭。另一个例子就是在听收音机的时候,听到广播里播放:广大听众朋友好,这里是FM95.6。有木有很熟悉,这里的FM指的就是调制模式,而95.6呢就是载波频率,所以你听到的声音就是坐着95.6mhz的空中列车到达你的收音机,进而经过收音机的解调后播放出来。下面这张图是收音机无线信号调制的一个图:

    明白了基本无线通信的载波,我们再回归正题,继续探讨lora。lora同样也是把有效数据和载波进行调制而发送出去的。而lora的调制相比于上图所示的的AM调幅和FM调频就复杂很多,但是本质都是相同的,把真实信息放在载波频率上向空中发送或者接收空中的无线电波再进行解调。

    LORA跳频

    下面再聊本文的核心问题:跳频。而如果上面的基础知识弄明白了,跳频就很好理解,跳频就是不断的变换载波频率。lora芯片sx127x本身就是支持跳频的,它可以设定一个时间段,我们后面简称为t1。发送端在经过t1之后,载波频率就会切换到下一个设定的值,再经过t1之后,载波频率又会进行一次切换。而接收端就要和发送端约定好跳频的规律,也就是维护同一张跳频表,知道下一次该往哪个频率切换。

    如上图所示,在一开始lora使用的载波频率是433mhz,经过t1时间之后跳到435mhz,再经过t1后跳到431mhz……等等就这样一直变换发送的频率,这个就是lora的跳频。

    有同学可能会有疑问,这个跳频的频率设定要遵循什么规律吗,下次我该设定要跳到多少mhz呢?这个首先你要确定你使用的lora芯片是什么型号的,比如sx1276和1278支持的频率范围是不一样的,理论来说在lora芯片支持的频率范围内都可以跳,具体下次跳到哪一个都可以通过软件自己灵活配置。但是考虑实际情况,有些频率点就不建议设定,例如每个国家都是有无线电使用条例的,在某些频率是不允许发射无线电信号的,所以国家不允许的频率点是要规避的。还有要考虑到天线的匹配,你使用的天线在哪个频率范围更能发挥它的优势等等

    明白了跳频的概念,那么跳频的作用又是什么呢:

    • 增加抗干扰,比如现在空中的433mhz一直有数据在传送,你也使用433mhz的时候就产生干扰的可能性就比较大。所以跳频就可以跳到例如435mhz频段避免和其他人发送无线频率冲突
    • 有些国家有规定,在一个信道上(也就是一个频率点)发送的无线信号持续时间不能超过一定的时间。通俗来说就是你不能一直占用这个频率,所以这个时候跳频就可以发挥作用

    扩频

    关于扩频要明白和跳频是不同的概念。扩频和载波频率也没有直接的关系。

    不管是蓝牙,wifi,还是lora,载波上载的都是数字信号。也就是如果你把发送的无线信号进行拆分来看的话,也就是载的0 、1这种有效信号。你可以简单的理解为传输过程中某一种波形代表0,另一种波形代表1。如何区分0和1的信号这里不做深究,可自行参考资料。

    lora 调制传输中的0和1这种一位数据是用码片来代表的。码片你可以理解为在载波频率带宽等其他无线参数设定一致的情况下。发送一个码片的时间是固定的。而扩频扩的是什么呢,就是用多少个码片来代表一位数据。先看下图:

    在lora软件配置的过程中,有个参数叫做扩频因子,这个就是用来设定扩频相关的。一共有6-12七个等级,而我这里就列出来四个作为分析。如图所示,扩频因子最小设定值为6,这个时候就代表用64个码片来代表一位。当扩频因子设定为7时,就要用128个码片来代表一位。所以可以看到设定的扩频因子越大,对应的码片数量越多,这样传输一位的时间就会更长。扩频因子和对应的码片数量也是有一定关系,2的6次方是64,2的7次方是128……

    所以可以得出来结论,扩频因子的设定的越大,抗干扰能力会越强,但是传输速率就会降低。也就是牺牲了传输速度而换来了高抗干扰性。这样你也可以明白lora为什么不适合传输很大的数据量。

    展开全文
  • 通俗讲解LORA中的跳频和扩频 (转)

    千次阅读 2020-04-20 15:51:44
    通俗讲解LORA中的跳频和扩频 lora是一种实现远距离低功耗的无线调制技术。实际测试,在深圳这种高楼林立的地方不加PA也可以达到上...而关于跳频和扩频很多人把他放在一起来说,让初接触者不免产生疑问,扩频和跳频...

    通俗讲解LORA中的跳频和扩频

    lora是一种实现远距离低功耗的无线调制技术。实际测试,在深圳这种高楼林立的地方不加PA也可以达到上千米的传输距离。如果放在空旷没有什么障碍物的地方达到3-5km也是不成问题。

    那么lora相比于传统的无线调制之所有可以传输更远的距离,归功于lora使用了扩频跳频、向前纠错等等关键特性。而关于跳频扩频很多人把他放在一起来说,让初接触者不免产生疑问,扩频和跳频到底有什么关系,为什么这两个特性可以提高传输距离。下面就一起来梳理梳理:

    载波频率

    首先要明确一点,你要了解无线通信的基础知识,我们日长生活中接触到的各种无线通信都是把真实的有效信号和载波信号进行一个调制而发向空中的。这里关键地方就是弄清楚一个载波频率。比如现在的wifi路由器有2.4g的还有5g的,这里的2.4g和5g就是一个载波频率,而你上网的各种数据就乘坐2.4g或者5g的载波在路由器和手机之间来回穿梭。另一个例子就是在听收音机的时候,听到广播里播放:广大听众朋友好,这里是FM95.6。有木有很熟悉,这里的FM指的就是调制模式,而95.6呢就是载波频率,所以你听到的声音就是坐着95.6mhz的空中列车到达你的收音机,进而经过收音机的解调后播放出来。下面这张图是收音机无线信号调制的一个图:

    通俗讲解LORA中的跳频和扩频

    明白了基本无线通信的载波,我们再回归正题,继续探讨loralora同样也是把有效数据和载波进行调制而发送出去的。而lora的调制相比于上图所示的的AM调幅和FM调频就复杂很多,但是本质都是相同的,把真实信息放在载波频率上向空中发送或者接收空中的无线电波再进行解调。

    LORA跳频

    下面再聊本文的核心问题:跳频。而如果上面的基础知识弄明白了,跳频就很好理解,跳频就是不断的变换载波频率。lora芯片sx127x本身就是支持跳频的,它可以设定一个时间段,我们后面简称为t1。发送端在经过t1之后,载波频率就会切换到下一个设定的值,再经过t1之后,载波频率又会进行一次切换。而接收端就要和发送端约定好跳频的规律,也就是维护同一张跳频表,知道下一次该往哪个频率切换。

     

    如上图所示,在一开始lora使用的载波频率是433mhz,经过t1时间之后跳到435mhz,再经过t1后跳到431mhz……等等就这样一直变换发送的频率,这个就是lora的跳频。

    有同学可能会有疑问,这个跳频的频率设定要遵循什么规律吗,下次我该设定要跳到多少mhz呢?这个首先你要确定你使用的lora芯片是什么型号的,比如sx1276和1278支持的频率范围是不一样的,理论来说在lora芯片支持的频率范围内都可以跳,具体下次跳到哪一个都可以通过软件自己灵活配置。但是考虑实际情况,有些频率点就不建议设定,例如每个国家都是有无线电使用条例的,在某些频率是不允许发射无线电信号的,所以国家不允许的频率点是要规避的。还有要考虑到天线的匹配,你使用的天线在哪个频率范围更能发挥它的优势等等

    明白了跳频的概念,那么跳频的作用又是什么呢:

    • 增加抗干扰,比如现在空中的433mhz一直有数据在传送,你也使用433mhz的时候就产生干扰的可能性就比较大。所以跳频就可以跳到例如435mhz频段避免和其他人发送无线频率冲突
    • 有些国家有规定,在一个信道上(也就是一个频率点)发送的无线信号持续时间不能超过一定的时间。通俗来说就是你不能一直占用这个频率,所以这个时候跳频就可以发挥作用

    扩频

    关于扩频要明白和跳频是不同的概念。扩频和载波频率也没有直接的关系。

    不管是蓝牙,wifi,还是lora,载波上载的都是数字信号。也就是如果你把发送的无线信号进行拆分来看的话,也就是载的0 、1这种有效信号。你可以简单的理解为传输过程中某一种波形代表0,另一种波形代表1。如何区分0和1的信号这里不做深究,可自行参考资料。

    lora 调制传输中的0和1这种一位数据是用码片来代表的。码片你可以理解为在载波频率带宽等其他无线参数设定一致的情况下。发送一个码片的时间是固定的。而扩频扩的是什么呢,就是用多少个码片来代表一位数据。先看下图:

    通俗讲解LORA中的跳频和扩频

    在lora软件配置的过程中,有个参数叫做扩频因子,这个就是用来设定扩频相关的。一共有6-12七个等级,而我这里就列出来四个作为分析。如图所示,扩频因子最小设定值为6,这个时候就代表用64个码片来代表一位。当扩频因子设定为7时,就要用128个码片来代表一位。所以可以看到设定的扩频因子越大,对应的码片数量越多,这样传输一位的时间就会更长。扩频因子和对应的码片数量也是有一定关系,2的6次方是64,2的7次方是128……

    所以可以得出来结论,扩频因子的设定的越大,抗干扰能力会越强,但是传输速率就会降低。也就是牺牲了传输速度而换来了高抗干扰性。这样你也可以明白lora为什么不适合传输很大的数据量。

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  • 带通传输系统根据载波的不同参量可以分为:振幅键控(Amplitude Shift Keying,ASK)、频移键控(Frequency Shift Keying,FSK)相移键控(Phase Shift Keying,ASK)。 数字调制按照方法可以分为: (1)多进制幅....

    上一篇:基于Matlab-Simulink 的 2FSK 数字调制原理与仿真

    1.数字调制简介:

          带通传输系统根据载波的不同参量可以分为:振幅键控(Amplitude Shift Keying,ASK)、频移键控(Frequency Shift Keying,FSK)和相移键控(Phase Shift Keying,ASK)。

        数字调制按照方法可以分为:

    (1)多进制幅度键控(M-ASK)

    (2)正交幅度键控(QASK)

    (3)多进制频率键控(M-FSK)

    (4)多进制相位键控(M_PSK)

       数字调制包括数模转换和模拟调制两部分:

                                          数字调制过程

    2.扩频通信系统:

            数字扩频通信技术具有抗干扰能力强,信号发送功率低,以及多个用户可在同一信道内传输的优点。

        下图为数字扩频通信系统的框图。

                                                数字扩频通信系统基本框图

          为了正确地进行信号的扩频解扩处理,必须使接收机的本地PN序列与接收机信号中所包含的PN序列建立时间同步。(至于怎么同步,以后讲)

    扩频通信系统按照工作方式分为以下几种:

    1. 直接序列扩频系统
    2. 跳频扩频系统
    3. 跳时扩频系统
    4. 混合式扩频系统

          扩频系统中,信号频谱的扩展是通过扩频码(伪随机码/PN码)实现的。扩频码中使用最广泛的是 m序列(最大长度序列),还有Gold序列、L序列和霍尔序列。(这些序列的原理有些复杂,暂时不讲。)

    2.1直接序列扩频:

        公式太多,我就直接找资料截图了。

     

    2.2跳频扩频系统:

          跳频扩频系统将传输带宽W 分为很多互不重叠的频率点,按照信号的时间间隔在一个或多个频率点上发送信号,根据伪随机发生器的输出,传输的信号选择相应的频率点,即载波的频率在" 跳变" , " 跳变" 的规则由伪随机序列决定。跳频系统发射和接收部分框图如下图所示。跳频系统的数字调制方式可选择BFS K 或MFSK 。

        关于BFSK(2FSK)调制解调原理和Simulink仿真在之前文章已有介绍。以下做简要说明。

         如果采用BFSK(2FSK)调制方式,调制器在某一时刻选择f0和f1, 这对频率中的一个表示0 和1 进行传输, 合成州的BFSK(2FSK)信号发生器输出的载波频率为fc, 然后将这个频率变化的载波调制信号再送入信道。从P N 序列发生器中得到附个比特就可以通过频率合成器产生2^m-1 个不同频率的载波。

     

                                                   调频系统发射和接收部分框图

               在接收机有一个与发射部分相同的P N 序列发生器, 用于控制频率合成器输出的跳变载波与接收信号的载波同步。在混频器中将信号进行下变频完成跳频的解跳处理。中频信号通过FSK解调器解调输出信息序列。

           在无线信道情况下,要保持跳频频率合成器的频率同步和信道中产生的信号在跳变时的线性相位是很困难的。因此,跳频系统中通常选用非相干解调的FS K 调制。

          对于跳频通信系统的有效干扰之一则是部分边带干扰, 设干扰占据信道带宽的比值为α , 干扰机制可以选取一个α 值以实现最佳干扰,即误码率最大化。对于BFSK/FH 通信系统,最佳的干扰方案为:

     

    至于BFSK(2FSK)的跳频扩频系统的Simulink仿真框图如下

                                            BFSK/FH系统性能仿真框图

     

    3.总结:

       通过BFSK(2FSK)的跳频扩频系统框图,我们知道二进制的数字信号经过2FSK调制后,还需要再进行一次混频,而这次混频的载波是通过PN序列发生器而合成的频率。混频之后,理论上还有滤波,再经过功率放大器(PA),之后的高频信号才会通过天线辐射出去。

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  • 基于Matlab的直序列和跳频扩频通信系统仿真,需要的下载学习
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  • 扩频通信 直扩 跳频

    2011-01-11 15:53:28
    7.1.3 直接序列扩频跳频扩频的互补性 81 7.1.4 跳时系统的特点 82 7.1.5 混合式扩频系统的好处 82 7.2 几种主要的混合式扩展频谱系统 83 7.2.1 直接序列与跳频混合式扩频系统 83 7.2.2 直扩/跳时(DS/TH)系统 86 ...
  • 这些程序没有过多评论,但实际上非常简单直观,可以理解跳频和相关任务。 我制作了两个用于跳频的文件,其中一个没有显示 6 个适当的脉冲峰值,但其他程序实际上显示了它们,在 DSSS 中,我生成了 20 位,每个位长 6...
  • 跳频扩频通信系统的Matlab防真分析
  • 基于Simulink的跳频和直扩混合扩频信号源的仿真设计、电子技术,开发板制作交流
  • 也就是说用扩频码序歹0去进行频移键控调制 使载波频率不断跳变所以称为 跳频简单的频移键控如2FSK只有两个频率分别代表传号空号而跳频系 统则有几个几十个甚至上千个频率由所传信息与扩频码的组合去进行选择控 ...
  • 通过使用 MATLAB 对 BPSK 信号进行调制和解调来研究跳频扩频的概念
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    热门讨论 2012-09-27 15:51:02
    此系统是对跳频扩频系统所作的MATLAB仿真,取得了良好的效果.可作为毕业设计教学使用
  • 通信理论通信技术的研究,是围绕着通信系统的有效性可靠性这两个基本问题展开的,所以有效性可靠性是设计评价一个通信系统的主要性能指标。
  • 自述文件repeat_attack.py 用于记录、分析播放前导驱动的对 2.4 GHz 跳频扩频 (FHSS) 信号的重复攻击的程序。 有关脚本的详细信息,请参阅代码注释。
  • 扩频通信概述

    千次阅读 2019-08-29 19:36:35
    摘要:本应用笔记介绍了扩频原理,内容包括直序扩频和跳频扩频方式。所提供的理论公式可用于性能评估。本文还介绍了扩频技术在CDMA和TDMA中的应用,给出了码序发生器的结构以及直序扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)方式的...
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    千次阅读 2018-12-18 18:10:46
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空空如也

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