无线通信中常见的抗干扰方法

无线跳频技术介绍一、使用无线跳频技术的意义

 

无线通信的鲁棒性来自两个挑战:外部干扰和多径衰落。

外部干扰

在ISM公共频段,频率是非常宝贵的资源。 如下图所示,2.4GHz频段包括WiFi、蓝牙和ZigBee,还有无绳电话、微波炉等,因此需要避免同频干扰。

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多径衰落

在实际的通信环境中,墙壁、门、移动的人、树木和建筑物都可能引起无线信号的反射。 如下图所示,除了直线路径Pd之外,来自其他反射路径(Pm1和Pm2)的信号也会叠加。 这些混合信号可能使接收设备无法解码,这称为多径衰落。

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多径衰落是一个复杂的问题,因为几乎不可能分析其所有影响因素。 下图是一个典型的实验:在X轴长度20cm和Y轴长度35cm上分别安装接收器和发射器,每次移动其中一个设备1cm,统计通信成功率。

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从以上结果可以看出,即使频率仅移动1cm,多径衰落也可能导致通信成功率从100%下降到0%; 而同一地点改变频率后,通信成功率也可能从0%提高到0%。 100%,这就是跳频通信的好处。

跳频通信

解决“外部干扰”和“多径衰落”的技术是“跳频通信”,即每次通信都改变频率。 如下图所示,fb.17~fb.20处存在噪声干扰。 由于使用了跳频技术,因此可以在不干扰信道的情况下继续通信。

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1. 紫蜂

2.4G zigbee总共可以使用16个通道,频率从2405MHZ到2480MHZ。 Zigbee通常使用固定信道(频率保持不变)。 如果zigbee受到其他2.4G信号(蓝牙、WIFI等)的干扰,它会自动选择另一个干扰较小的信道使用。

ZigBee支持两种信道接入模式,一种是信标模式,另一种是非信标模式。

信标模式指定“超帧”格式。 信标帧在超帧的开头发送,其中包含一些定时和网络信息。 接下来是竞争访问期。 在此期间,各节点以竞争方式接入信道,随后是非竞争接入时段,此时节点采用时分复用方式接入信道,然后在非活跃时段,节点进入休眠状态等待在下一个超帧周期开始时再次发送信标帧。

非信标模式更加灵活。 节点竞争访问信道,不需要定期发送信标帧。

显然,在信标模式下,由于周期性的信标,整个网络中的所有节点都可以同步,但是这个同步网络的规模不会很大。 事实上,非信标模式可能更多地用在ZigBee中。

2.蓝牙

蓝牙采用AFH(自适应跳频)、LBT(先听后说)、功率控制等一系列独特措施来克服干扰、避免冲突。

AFH频率自适应控制在跳频通信过程中拒绝使用那些已使用但未能成功传输的频率,从而可以在无干扰且可用的频率上进行跳频通信,从而大大提高了跳频通信的性能。 接收信号的质量。

蓝牙采用跳频扩频(FHSS)技术,使用79个信道,每个信道占用1MHz。 信号以 1600Hz 的速率在 79 个调频点之间连续随机跳跃。 蓝牙信号实际上占用的是79MHz频段。

3.无线网络

WiFi采用DSSS,每个信道的带宽为22MHz,并采用随机退避的方法来竞争信道的使用。

4.全球移动通信系统

GSM的空中接口采用时分多址技术。 GSM 基于窄带 TDMA 标准,允许在一个射频上同时进行八个呼叫。 GSM目前使用的跳频方法的特点是在每个突发间隔改变信道的频率,但在整个突发的传输过程中频率保持不变。 其跳频约为217跳/秒。 ,间隔为每 TDMA 帧 4.615ms。

5. 码分多址

CDMA系统是一种基于码分技术(扩频技术)和多址技术的通信系统。 系统为每个用户分配自己特定的地址代码。 地址码彼此准正交并且可以在时间、空间和频率上重叠。 例如,将带宽想象成一座大房子,而只有一座所有的人都会进入的大房子。 如果他们说一种完全不同的语言,他们就可以清楚地听到同伴的声音,而只会受到其他人谈话的一些干扰。

6.LoRaWAN的跳频算法

为了提高通信可靠性,避免“外部干扰”和“多径衰落”,LoRaWAN采用8通道跳频技术。 每个数据帧随机使用不同的频率,其频率范围如下:

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