Перейти к содержанию

FHSS — скачкообразная перестройка частоты

Полосы 433 и 868 МГц делят между собой пульты, счётчики, датчики и метеостанции. Узкополосный передатчик на одной частоте рискует попасть на чужую передачу или в провал замирания. Скачкообразная перестройка частоты — FHSS — распределяет передачу по многим каналам, чтобы помеха на одном не обрывала связь.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

FHSS (frequency-hopping spread spectrum, скачкообразная перестройка частоты) — способ передачи, при котором передатчик и приёмник синхронно переключают рабочую частоту по заранее известной псевдослучайной последовательности каналов. Каждый отдельный пакет узкополосный, но во времени передача распределена по многим каналам.

Зачем

TI рекомендует FHSS или многоканальный протокол для полос 315, 433, 868 и 915 МГц: их делят многие системы в промышленности, офисах и домах, и частотное разнесение делает связь устойчивее к помехам от соседей; кроме того, FHSS борется с многолучёвыми замираниями (CC1101, разд. 28.2). Semtech описывает то же со стороны канала: узкополосные системы применяют перестройку частоты, чтобы не работать подолгу на занятом канале и обходить плоские замирания (AN1200.22, разд. 5.2 и 5.4).

Цена скачка: калибровка синтезатора

Частоту задаёт синтезатор с ФАПЧ, и после смены частоты его нужно перекалибровать. У CC1101 три варианта (разд. 28.2; кварц 26 МГц, TEST0 = 0x09/0x0B):

СпособВремя калибровкиПауза между скачками
Калибровка на каждом скачке712/724 мкс787/799 мкс
Значения FSCAL3/2/1 сохранены в памяти МК при запуске— (включение PLL около 75 мкс)около 75 мкс
Калибровка без тока накачки заряда145/157 мкс220/232 мкс

Второй способ самый быстрый, но требует памяти под калибровки каждой частоты и стабильных питания и температуры; третий даёт паузу на 567 мкс короче первого.

Минусы

Semtech перечисляет проблемы узкополосной перестройки (AN1200.22, разд. 5.4):

  • Синхронизация. Последовательность скачков псевдослучайная — так обычно требуют нормы, — и если передатчик или приёмник попал на занятый канал, теряется пакет, а с ним и синхронизация; устройствам приходится заново искать друг друга.
  • Накладные расходы. На каждом канале система остаётся лишь несколько миллисекунд, и заголовок приходится повторять, чтобы приёмник понял, что пакет для него; при низкой скорости доля служебных данных растёт.

Альтернатива — широкополосная модуляция с расширением спектра, например LoRa на ЛЧМ-сигналах, которая занимает всю полосу канала и подавляет узкополосные помехи за счёт выигрыша обработки. Ещё одна мера против коллизий — проверка занятости канала перед передачей. Модули для 433 и 868 МГц — в статье «Радиомодули 433 и 868 МГц».

Частые вопросы

Сколько времени занимает скачок частоты у CC1101?

Зависит от способа калибровки синтезатора. С калибровкой на каждом скачке пауза между скачками — 787/799 мкс, с заранее сохранёнными значениями FSCAL — около 75 мкс, с калибровкой без тока накачки — 220/232 мкс (CC1101, разд. 28.2; кварц 26 МГц, TEST0 = 0x09/0x0B).

Чем FHSS отличается от LoRa?

FHSS — узкополосный сигнал, который прыгает по каналам; LoRa — широкополосный ЛЧМ-сигнал, который занимает всю полосу канала и устойчив к помехам за счёт выигрыша обработки. Semtech отмечает, что модуляцию LoRa можно использовать и в узкополосных системах с перестройкой частоты (AN1200.22, разд. 4.1.1).

Какие минусы у перестройки частоты?

Сложность синхронизации и накладные расходы. Передатчик и приёмник должны прыгать по одной последовательности; если один из них попал на занятый канал, пакет и синхронизация теряются, и приходится заново искать друг друга. Кроме того, на каждом канале приходится повторять заголовок, что увеличивает избыточность (AN1200.22, разд. 5.4).

Источники

  1. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver, SWRS061I (2013) — разд. 28.2: полосы 315, 433, 868 и 915 МГц делят многие системы в промышленности, офисах и домах — рекомендуется FHSS или многоканальный протокол, частотное разнесение повышает устойчивость к помехам, FHSS борется и с многолучёвыми замираниями; калибровку ГУН и накачки заряда нужно получить для каждой частоты, три способа: 1) калибровка на каждом скачке — 712/724 мкс, пауза между скачками 787/799 мкс (кварц 26 МГц, TEST0 = 0x09/0x0B); 2) калибровка при запуске и запись FSCAL3, FSCAL2, FSCAL1 из памяти МК — включение PLL около 75 мкс, пауза около 75 мкс, нужно больше памяти и стабильные питание и температура; 3) калибровка без тока накачки — 145/157 мкс, пауза 220/232 мкс, на 567 мкс меньше способа 1
  2. Semtech. AN1200.22 LoRa Modulation Basics, Rev. 2 (May 2015) — архивная копия официального файла; разд. 4.1.1: LoRa годится и для узкополосной перестройки частоты, и для широкополосного прямого расширения; разд. 5.2: узкополосные FSK-системы борются с плоскими замираниями частотным разнесением — перестройкой частоты; разд. 5.4: узкополосные системы применяют частотную гибкость против помех; псевдослучайная последовательность скачков, как обычно требуют нормы, может привести к потере пакета и синхронизации при попадании на занятый канал; перестройка увеличивает избыточность — заголовок повторяют; системы обычно остаются на канале лишь несколько миллисекунд

Нашли ошибку?

Смотрите также