หลักการของการสื่อสารสเปกตรัมแบบกระโดดความถี่ LoRa (FHSS)

เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สาย: หลักการของสเปกตรัมสเปกตรัม LoRa แบบกระโดดความถี่ (FHSS)

　　 การสื่อสารแบบสเปกตรัมกระจาย หรือเทคโนโลยีการสื่อสารแบบสเปกตรัมแบบกระจาย (Spread Spectrum Communication) โดยมีลักษณะพื้นฐานคือแบนด์วิดท์ของสัญญาณที่ใช้ในการส่งข้อมูลมีขนาดใหญ่กว่าแบนด์วิดท์ของข้อมูลเองมาก

　　 การเพิ่มแบนด์วิดท์สัญญาณสามารถลดความต้องการอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน เมื่อเพิ่มแบนด์วิดท์ถึงระดับหนึ่ง อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนจะลดลงอีก การสื่อสารแบบกระจายสเปกตรัมคือการใช้เทคโนโลยีการส่งผ่านบรอดแบนด์เพื่อแลกกับประโยชน์ของอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน ซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐานและพื้นฐานทางทฤษฎีของการสื่อสารแบบกระจายสเปกตรัม

ทําไมเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายจึงใช้เทคโนโลยีสเปกตรัมแบบกระจาย:

　　 1. ขยายแบนด์วิดท์และลดการรบกวน

เมื่อค่าการกระจายเป็น 1 ข้อมูล 1 จะแทนด้วย "1" และเมื่อค่าการกระจายเป็น 4 "1011" อาจใช้แทน 1 เพื่อให้อัตราความผิดพลาดของบิต หรืออัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน ลดลงในระหว่างการส่งข้อมูล แต่ข้อมูลจริงที่สามารถส่งได้จะลดลง ดังนั้น ยิ่งค่าการกระจายตัวมากเท่าไร จํานวนข้อมูลที่ส่งก็จะน้อยลงเท่านั้น

　　 2. ตามความต้องการที่แตกต่างกันของอัตรา จะมีการจัดสรรช่องรหัสจํานวนที่แตกต่างกันเพื่อปรับปรุงอัตราการใช้จ่าย

ปัจจัยการกระจายมีวัตถุประสงค์อีกอย่างหนึ่ง คือ รหัสตั้งฉาก (OVSF: Orthogonal Variable Spreading Factor, orthogonal variable spreading factor) รหัสการกระจายแบบตั้งฉากสามารถรับได้ผ่าน OVSF เมื่อปัจจัยการแพร่กระจายเท่ากับ 4 จะมีรหัสการกระจายแบบตั้งฉากสองรหัส รหัสการกระจายแบบตั้งฉากสามารถทําให้สัญญาณไร้สายที่ส่งพร้อมกันไม่รบกวนกัน กล่าวคือ เมื่อปัจจัยการกระจายเป็น 4 ข้อมูลของบุคคล 4 คนสามารถส่งพร้อมกันได้ ความต้องการอัตราข้อมูลของบริการเสียงและข้อมูลแตกต่างกัน ดังนั้นปัจจัยการกระจายข้อมูลจึงแตกต่างกัน

เทคโนโลยี FHSS หรือ Frequency-Hopping Spread Spectrum (Frequency-Hopping Spread Spectrum) เป็นเทคโนโลยีซิงโครไนซ์และในขณะเดียวกันก็รับสัญญาณทั้งสองด้านเพื่อส่งสัญญาณที่มีคลื่นพาหะแคบชนิดเฉพาะ สําหรับเครื่องรับที่ไม่เฉพาะเจาะจง FHSS จะเกิดการกระโดด สัญญาณเป็นเพียงสัญญาณรบกวนจากอิมพัลส์เท่านั้น

　　 เมื่อเวลาแพ็กเก็ตข้อมูลหนึ่งชุดเกินเวลาพักในช่องสัญญาณสูงสุดที่กฎหมายและข้อบังคับที่เกี่ยวข้องอนุญาต จะใช้เทคโนโลยี FHSS การเปิดโหมด frequency hopping ใน LoRa จะทําให้รีจิสเตอร์ RegHopPeriod และ FreqHoppingPeriod ทํางานได้ค่าที่ไม่เป็นศูนย์

　　 หลักการของ LoRa สําหรับการสื่อสารสเปกตรัมแบบกระโดดความถี่ (FHSS):

หลักการทํางานของระบบสเปกตรัมการกระโดดความถี่ FHSS คือ: ส่วนหนึ่งของเนื้อหาในแต่ละแพ็กเก็ตข้อมูล LoRa จะถูกส่งผ่านช่องทางการกระโดดความถี่ที่ตั้งโดยฝ่ายบริหาร MCU และความถี่ที่จะ "กระโดด" (ตามตารางค้นหาความถี่) จะถูกส่งออกในรอบการกระโดดความถี่ที่กําหนดไว้ล่วงหน้า หลังจากสิ้นสุด ตัวส่งและตัวรับจะสลับไปยังช่องถัดไปในรายการกระโดดความถี่ที่กําหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อส่งและรับส่วนถัดไปของแพ็กเก็ตข้อมูลต่อไป

　　 เวลาที่อยู่อาศัยในแต่ละช่องจะถูกกําหนดโดย FreqHoppingPeriod และค่าจะเป็นจํานวนเต็มของความยาวสัญลักษณ์

　　 กระบวนการส่งและรับผ่านการกระโดดความถี่เริ่มต้นจากช่อง 0 . ดังนั้นส่วนคํานําและส่วนหัวเรื่องจะถูกส่งไปที่ช่อง 0 ก่อน ทุกครั้งที่คุณเริ่มส่งแพ็กเก็ตข้อมูล การอ่านของตัวนับช่องสัญญาณ FhssPresentChannel (ซึ่งอยู่ใน RegHopChannel) จะเพิ่มขึ้น และจะมีการสร้างสัญญาณขัดจังหวะ FhssChangeChannel เพื่อให้เกิดการกระโดดความถี่

　　 ต้องตั้งค่าความถี่ใหม่ภายในช่วงเวลาการกระโดดความถี่เพื่อให้แน่ใจว่าความถี่ใหม่จะถูกครอบคลุมเมื่อมีการกระโดดความถี่ครั้งถัดไป

การรับสัญญาณของ FHSS มักจะเริ่มจากช่อง 0 หลังจากตรวจสอบคํานําแล้ว เครื่องรับจะเริ่มกระบวนการกระโดดความถี่ข้างต้น ในขณะนี้ หาก CRC ของ Header ไม่ถูกต้อง ตัวรับจะร้องขอช่อง 0 (กลไกการส่งแพ็กเก็ตข้อมูลซ้ํา) โดยอัตโนมัติ และจะเริ่มคํานําตรวจสอบใหม่