2021-03-24 链路预算-编码速率

链路预算

为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现，我们使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量，在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。

如B41链路的发射功率为100mW（20dBm），接收端灵敏度为-129dBm，总的链路预算为149dB。比较而言，拥有灵敏度-110dBm（这已是其极好的数据）的GFSK无线技术，需要5W的功率（37dBm）才能达到相同的链路预算值。在实践中，大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm，在此状况下，发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W，才能达到与LoRa类似的链路预算值

编码速率

在很多解调芯片中，它的解码器很多使用LDPC解码器（ LDPC decoder）。在datasheet中，会对它标明所支持的code rate，即编码速率，如montage的m88ds3103，其LDPC Decoder支持的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。那么编码速率code rate是什么意思？有什么用呢？

code rate，指的是编码速率。1/4 code rate即进去1个码出来4个码。编码速率越大，效率越高。当信道质量比较差的时候，需要增加更多的冗余信息来保证接收端能够正确解调信号，更多的冗余信息意味着低的编码速率，最低编码速率是一个码需要增加3个冗余码，即1/4编码。当信道质量好的时候，需要很少的冗余校验位就能解调，就可以提高编码速率了。系统可以根据信道的变化选择合适的编码速率，这样可以使得信道质量好的用户获得更高的速率，提高平均吞吐率。

二进制启闭键控(OOK)

OOK是ASK调制的一个特例，把一个幅度取为0，另一个幅度为非0，就是OOK。二进制启闭键控（OOK：On-Off Keying）又名二进制振幅键控（2ASK），它是以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭。

高斯频移键控(GFSK)

高斯频移键控(GFSK - Gauss frequency Shift Keying) ，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度。GFSK 高斯频移键控调制是把输入数据经高斯低通滤波器预调制滤波后，再进行FSK调制的数字调制方式。它在保持恒定幅度的同时,能够通过改变高斯低通滤波器的3dB带宽对已调信号的频谱进行控制，具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等无线通信系统所希望的特性。如2-GFSK、4-GFSK。

码片

◇ 系统通过扩频把比特转换成码片。

◇ 一个数据信号（如逻辑1或0）通常要用多个编码信号来进行编码，那么其中的一个编码信号就称为一个码片。

◇ 如果每个数据信号用10个码片传输，则码片速率是数据速率的10倍，处理增益等于10。◇ 码片相当于模拟调制中的载波作用，是数字信号的载体。

◇ 要理解“码片”一词，先需要对扩频通信有所了解，我们的信息码，每一个数字都是携带了信息的，具有一定带宽。扩频通信就是用一串有规则的比信息码流频率高很多的码流来调制信息码，也就是说原来的“1”或“0”被一串码所代替。

◇ 由于这一串码才能表示一位信息，因此不能说成bit（bit是信息基本单位），所以找了个名词叫chip，这一串码的每一位码字就是一个chip，比如cdma的码片速率就是1.2288Mchip/s。码片数率是指扩频调制之后的数据数率,用cps表示（chip per-second)。

扩频因子

当扩频因子为1时，传输的时候数据1就用一个1来表示，扩频因子为8时，可以用11111111来表示1，这样传输的时候可以降低误码率也就是信噪比，但是却减少了可以传输的实际数据，所以，扩频因子越大，传输的数据数率就越小。

如果扩频就这点作用，那可能就不会有这个技术的存在了，扩频因子还有另一个用途，那就是正交码，通过ovsf可以获得正交的扩频码，扩频因子为4时有4个正交的扩频码，正交的扩频码可以让同时传输的无线信号在解扩时互不干扰，也就是说，扩频因子为4时，可以同时传输4个人的信息，也就是我们说的码道，同理扩频因子为16时有16个扩频码，即16个码道。

整体来说，扩频因子的大小决定了一个用户的实际数据数率的大小（注意，这里说的是实际数据，例如大家都传输11111111这个数据，A用11表示1，那么他的实际数据是1111，而B用1111表示1，那么他的实际数据为11，这样B的出错概率就比A小，但他的数据数率也比A小）但是因为正交码的存在，从基站上看，提高扩频因子，对某一用户的实际数据数率降低了，但同时的可用用户数多了（扩频码）整体的实际数据数率却没变。

2.****调制信号

　信号调制的目的

1）便于无线发射，减少天线尺寸；

2）频分复用，提高通信容量；

3）提高信号抗干扰能力。为了充分利用信道容量，满足用户的不同需求，通信信号采用了不同的调制方式。随着电子技术的快速发展，以及用户对信息传输要求的不断提高，通信信号的调制方式经历了由模拟到数字，由简单到复杂的发展过程。

　　模拟信号

模拟信号是指在信号随时间连续变化，在模拟信号中，不同时间点位置的信号值可以是连续变化的。与数字信号相比，模拟信号的处理方法简单，不需要专门的信号处理器，且具有更高的分辨率和信息密度，不存在量化误差，因此可以利用模拟信号较为准确地描述自然界物理量的值。模拟信号的主要缺点是容易受到噪声干扰，特别是当信号被多次转发，或进行长距离传输之后，这些随机噪声的影响可能会变得十分显著。

　　幅度调制原理

信号的幅度调制是指基带信号的变化去控制载波的振幅变化。幅度调制分为：调幅（AM），它携带载频信号；双边带调制（DSB），抑制载波的双边带调制；单边带调制（SSB），单边带调制又分上边带调制和下边带调制。

　　频率调制原理

频率调制（FM）是角度调制的一种，指的是使载波频率随着调制信号变化的调制方式，即已调信号的瞬时角频率随基带信号的改变而变化的调制过程。和AM不同，FM属于非线性调制，其己调信号频谱是调制信号频谱的非线性变换。

　　调制信号和载波的关系

信号调制，就是一个数学运算，载波是一个正弦波，它有几个参数，幅度、频率、相位。我们把一个携带信息的信号去改变载波的某一个或几个参数，信号就这么调制到载波上了。信息波叫做调制波，载波就是一个正弦波，已调制波就不同了，它已经携带了调制信号的信息。载波是振荡器产生的。

---