(1)(1.13) SiK无线电高级配置(七)

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前言

[17 技术细节](#17 技术细节)

[18 名词解释](#18 名词解释)


前言

本文提供 SiK 遥测无线电(SiK Telemetry Radio)的高级配置信息。它面向"高级用户"和希望更好地了解无线电如何运行的用户。


17 技术细节

在评估该无线电是否符合当地法规时,了解其使用的技术可能会有所帮助。

固件采用同步自适应时分复用(TDM)技术实现跳频扩频(FHSS)。

具体来说,无线电会将 MIN_FREQ+delta 和 MAX_FREQ-delta 之间的频率范围划分为NUM_CHANNELS 信道。"delta"值是一个保护范围,以确保我们远离允许频段的边缘。保护范围设置为半个通道宽度。通道宽度定义为:

channel_width = (MAX_FREQ - MIN_FREQ) / (NUM_CHANNELS+2)

此外,无线电会使用基于 NETID 的随机种子将基频偏移最多一个信道。这意味着使用不同 NETID 编号的两个无线电使用的频率会略有不同。

无线电使用 GFSK(高斯频移键控)在特定频率上进行传输。

TDM 的工作原理是根据 16 微秒刻度的倍数将时间分成若干个片段。时间切分的目的是使任何频率的最长停留时间为 0.4 秒(这符合美国的规定)。TDM 算法的工作原理如下:

  • EEPROM 参数决定了一组 TDM 参数,特别是发送窗口和静音周期,两者都以 16 微秒为单位。你可以使用 ATI6 查看结果;
  • 传输窗口按比例调整,以便传输 3 个全尺寸数据包;
  • 对于给定的数据速率,静默期等于数据包延迟的两倍;
  • 两个无线电设备通过在所有数据包中添加 13 比特的时间戳信息来自动同步时钟。时间戳以 16 微秒为单位;
  • 每台无线电设备只有在 "轮到自己 "时才会发射信号。因此,一台无线电会有一个发射窗口的时间,然后会有一段静默期,此时两台无线电都不发射,然后轮到另一台无线电。我们从未遇到过两台无线电同时发射的情况;
  • 发送通道根据 NETID 编排成随机序列;
  • 在每个完整的 TDM 轮次中,频率会在静音期间两次切换到下一个信道;
  • 不传输数据时,通过串行端口输入的数据在 2048 字节缓冲器中缓冲;
  • 为防止缓冲区获得过多数据(增加延迟并有溢出风险),无线电设备会向连接设备发送缓冲区已满的信息。ArduPilot 会调整少量遥测速率,以保持合理的缓冲数据量;
  • TDM 算法也是自适应的,也就是说,当轮到无线电 A 发送信息时,它可以向无线电 B 发送一个小标记,表示"我现在不需要发送任何信息,你可以使用我剩余的时间片"。这就是链路自动平衡非对称负载的方式;
  • 在最初搜索另一部无线电设备时,以及在失去链路的任何时候,无线电设备都会进入一种模式,即接收频率移动非常缓慢,但发射频率以正常速率移动。这样,两台无线电设备就能找到对方,实现初始时钟同步。这需要多长时间取决于信道数、空中数据速率和数据包丢失率。

在某些地区,你可能需要了解每个信道内辐射能量的分布情况。这取决于多种因素,但主要是 GFSK 调制所使用的频率偏差。下面的公式可以估算出频率偏差:

frequency_deviation = air_data_rate * 1.2 min freq deviation = 40 max freq deviation = 159

其中,频率偏差以千赫为单位,空气数据速率以千位/秒为单位。

18 名词解释

FHSS,跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum)在同步、且同时的情况下,接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号,对于一个非特定的接受器,FHSS 所产生的跳动讯号对它而言,也只算是脉冲噪声。FHSS 所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或 One-to-Many 的非重复的频道,并且这些跳频讯号必须遵守 FCC 的要求,使用 75 个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为 400ms。

在现有的 DS/CDMA 系统中,远近效应是一个很大的问题。由于大功率信号只在某个频率上产生远近效应,当载波频率跳变到另一个频率时则不受影响,因此跳频系统没有明显的远近效应,这使得它在移动通信中易于得到应用和发展。在数字蜂窝移动通信系统中,如果链路间采用相互正交的跳频图案同步跳频,或者采用低互相关的跳频图案异步跳频,可以使得链路间的干扰完全消除或基本消除,对提高系统的容量具有重要意义。此外,跳频是瞬时窄带系统,其频率分配具有很大的灵活性,在现有频率资源十分拥挤的条件下,这一点具有重要意义。

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