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無線LoRa技術(shù)要點(diǎn)介紹 LoRa模塊擴(kuò)頻原理是什么

行業(yè)新聞 | 2019-05-21 09:23:01
  LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行(即非授權(quán)頻段),包括433、868、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱基站)、服務(wù)器和云四部分組成,應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。
四信LoRa系列

  LoRa的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
 

  1、大大的改善了接收的靈敏度,降低了功耗
 

  2、基于該技術(shù)的網(wǎng)關(guān)/集中器支持多信道多數(shù)據(jù)速率的并行處理,系統(tǒng)容量大。
 

  3、基于終端和集中器/網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)可以支持測距和定位。
 

  LoRa技術(shù)要點(diǎn)
 

  一般說來,傳輸速率、工作頻段和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響傳感網(wǎng)絡(luò)特性的三個主要參數(shù)。傳輸速率的選擇將影響系統(tǒng)的傳輸距離和電池壽命;工作頻段的選擇要折中考慮頻段和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo);而在FSK系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇是由傳輸距離要求和系統(tǒng)需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)目來決定的。 LoRa融合了數(shù)字?jǐn)U頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術(shù),擁有前所未有的性能。此前,只有那些高等級的工業(yè)無線電通信會融合這些技術(shù),而隨著LoRa的引入,嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。
 

  前向糾錯編碼技術(shù)是給待傳輸數(shù)據(jù)序列中增加了一些冗余信息,這樣,數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)程中注入的錯誤碼元在接收端就會被及時糾正。這一技術(shù)減少了以往創(chuàng)建“自修復(fù)”數(shù)據(jù)包來重發(fā)的需求,且在解決由多徑衰落引發(fā)的突發(fā)性誤碼中表現(xiàn)良好。一旦數(shù)據(jù)包分組建立起來且注入前向糾錯編碼以保障可靠性,這些數(shù)據(jù)包將被送到數(shù)字?jǐn)U頻調(diào)制器中。這一調(diào)制器將分組數(shù)據(jù)包中每一比特饋入一個“展擴(kuò)器”中,將每一比特時間劃分為眾多碼片。
 

  即使噪聲很大,LoRa也能從容應(yīng)對LoRa調(diào)制解調(diào)器經(jīng)配置后,可劃分的范圍為64-4096碼片/比特,最高可使用4096碼片/比特中的最高擴(kuò)頻因子(12)。相對而言,ZigBee僅能劃分的范圍為10-12碼片/比特。

LoRa擴(kuò)頻原理

  通過使用高擴(kuò)頻因子,LoRa技術(shù)可將小容量數(shù)據(jù)通過大范圍的無線電頻譜傳輸出去。實(shí)際上,當(dāng)你通過頻譜分析儀測量時,這些數(shù)據(jù)看上去像噪音,但區(qū)別在于噪音是不相關(guān)的,而數(shù)據(jù)具有相關(guān)性,基于此,數(shù)據(jù)實(shí)際上可以從噪音中被提取出來。擴(kuò)頻因子越高,越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來。在一個運(yùn)轉(zhuǎn)良好的GFSK接收端,8dB的最小信噪比(SNR)需要可靠地解調(diào)信號,采用配置AngelBlocks的方式,LoRa可解調(diào)一個信號,其信噪比為-20dB,GFSK方式與這一結(jié)果差距為28dB,這相當(dāng)于范圍和距離擴(kuò)大了很多。在戶外環(huán)境下,6dB的差距就可以實(shí)現(xiàn)2倍于原來的傳輸距離。
 

  超強(qiáng)的鏈路預(yù)算,讓信號飛的更遠(yuǎn)
 

  為了有效地對比不同技術(shù)之間傳輸范圍的表現(xiàn),我們使用一個叫做“鏈路預(yù)算”的定量指標(biāo)。鏈路預(yù)算包括影響接收端信號強(qiáng)度的每一變量,在其簡化體系中包括發(fā)射功率加上接收端靈敏度。AngelBlocks的發(fā)射功率為100mW (20dBm),接收端靈敏度為-129dBm,總的鏈路預(yù)算為149dB。比較而言,擁有靈敏度-110dBm(這已是其極好的數(shù)據(jù))的GFSK無線技術(shù),需要5W的功率(37dBm)才能達(dá)到相同的鏈路預(yù)算值。在實(shí)踐中,大多GFSK無線技術(shù)接收端靈敏度可達(dá)到-103dBm,在此狀況下,發(fā)射端發(fā)射頻率必須為46dBm或者大約36W,才能達(dá)到與LoRa類似的鏈路預(yù)算值。

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