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了解LoRaWAN 基礎(chǔ)知識與關(guān)鍵技術(shù)

行業(yè)新聞 | 2018-11-02 10:24:51

  LPWAN與LoRaWAN的關(guān)系 LPWAN或稱LPN,全稱為Low Power Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一種無線網(wǎng)絡(luò)。這種無線網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)低功耗與遠(yuǎn)距離,通常用于電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)。

LoRaWAN
 

  概括來講,LPWAN具有如下特點(diǎn):
 

  •   雙向通信,有應(yīng)答
  •   星形拓?fù)?一般情況下不使用中繼器,也不使用Mesh組網(wǎng),以求簡潔)
  •   低數(shù)據(jù)速率
  •   低成本
  •   非常長的電池使用時間
  •   通信距離較遠(yuǎn)


  LPWAN適合的應(yīng)用:
 

  •   IoT,M2M
  •   工業(yè)自動化
  •   低功耗應(yīng)用
  •   電池供電的傳感器
  •   智慧城市,智慧農(nóng)業(yè),抄表,街燈控制等等


  LoRaWAN與LoRa的關(guān)系


  同樣是因?yàn)槊诸愃疲簧偃藢oRaWAN與LoRa兩個概念混淆。事實(shí)上LoRaWAN指的是MAC層的組網(wǎng)協(xié)議。而LoRa只是一個物理層的協(xié)議。雖然現(xiàn)有的LoRaWAN組網(wǎng)基本上都使用LoRa作為物理層,但是LoRaWAN的協(xié)議也列出了在某些頻段也可以使用GFSK作為物理層。從網(wǎng)絡(luò)分層的角度來講,LoRaWAN可以使用任何物理層的協(xié)議,LoRa也可以作為其他組網(wǎng)技術(shù)的物理層。事實(shí)上有幾種與LoRaWAN競爭的技術(shù)在物理層也采用了LoRa。

LoRaWAN技術(shù)


  LoraWAN的主要競爭技術(shù):


  市場上存在多個同樣使用LoRa作為物理層的LPWAN技術(shù),許多LoRaWAN下不可能的應(yīng)用因此可以實(shí)現(xiàn)。


  Sigfox使用慢速率的BPSK(300bps),也有一些較有前景的應(yīng)用案例。


  NB-IoT(Narrow Band-IoT)是電信業(yè)基于現(xiàn)有移動通信技術(shù)的IoT網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是使用現(xiàn)有的蜂窩通信硬件與頻段。不管是電信商還是硬件商,對這項技術(shù)熱情很高。


  LoRaWAN的核心技術(shù)是LoRa。LoRa是一種Semtech的私有調(diào)制技術(shù)(2012收購CycleoSAS公司得來)。為了便于不熟悉數(shù)字通信技術(shù)的讀者理解,先介紹兩個常見的調(diào)制技術(shù)FSK與OOK。


  OOK全稱為On-Off Keying。核心思想是用有載波表示一個二進(jìn)制值(一般是1,也可能反向表示0),無載波表示另外一個二進(jìn)制值(正向是0,反向是1)。


  在0與1切換時也會插入一個比較短的空的無載波間隔,可以為多徑延遲增加一點(diǎn)冗余以便接收端解調(diào)。OOK對于低功耗的無線應(yīng)用很有優(yōu)勢,因?yàn)橹挥脗鬏敶蠹s一半的載波,其余時間可以關(guān)掉載波以省功耗。缺點(diǎn)是抗噪音性能較差。


  FSK全稱為Frequency Shift Keying。LoRaWAN協(xié)議也在某些頻段寫明除LoRa之外也支持(G)FSK。FSK的核心思想是用兩種頻率的載波分別表示1與0。只要兩種頻率相差足夠大,接收端用簡單的濾波器即可完成解調(diào)。


  對于發(fā)送端,簡單的做法就是做兩個頻率發(fā)生器,一個頻率在Fmark,另一個頻率在Fspace。用基帶信號的1與0控制輸出即可完成FSK調(diào)制。但這樣的實(shí)現(xiàn)中,兩個頻率源的相位通常不同步,而導(dǎo)致0與1切換時產(chǎn)生不連續(xù),最終對接收器來講會產(chǎn)生額外的干擾。實(shí)際的FSK系統(tǒng)通常只使用一個頻率源,在0與1切換時控制頻率源發(fā)生偏移。


  GFSK是基帶信號進(jìn)入調(diào)制前加一個高斯(Gaussian)窗口,使得頻率的偏移更加平滑。目的是減少邊帶(Sideband)頻率的功率,以降低對相鄰頻段的干擾。代價是增加了碼間干擾。

關(guān)鍵詞:
LoRaWAN
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