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LoRa无线技术的三个关键参数详解

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LoRa无线技术的三个关键参数详解


与其他无线技术,诸如zigbee、NB-IOT、WiFi、蓝牙等,Lora无线技术凭借其优异的接收灵敏度而得到广泛应用。而Lora数据包有三个关键参数:前导码、可选报头、数据有效负载,接下来就对这三个参数做些简单阐述。

前导码、可选报头、数据有效负载

一、前导码

前导码用于保持接收机与输入的数据流同步。默认情况下,数据包含有12个符号长度的前导码。前导长度是一个可以通过编程来设置的变量,所以前导码的长度可以扩展。可以将前导码寄存器长度设置在6到65536之间来改变发送前导码长度,实际发送前导码的长度范围为6+4至65535+4个符号。接收机会定期执行前导码检测。接收机的前导码长度应与发射机一致。如果前导码长度为未知或可能会发生变化,应将接收机的前导码长度设置为最大值。

二、报头

根据所选择的操作模式,可以选用两种报头。在RegModemConfig1寄存器上,通过设定ImplicitHeaderModeOn位选择报头类型。

显式报头模式:

显式报头模式是默认的操作模式。在这种模式下,报头包含有效负载的相关信息,包括:

  1. 以字节数表示的有效负载长度;

  2. 前向纠错码率;

  3. 是否打开可选的16位负载CRC。

报头按照最大纠错码(4/8)发送。另外,报头还包含自己的CRC,使接收机可以丢弃无效的报头。

隐式报头模式:

在特定情况下,如果有效负载长度、编码率及CRC为固定或已知,则比较有效的做法是通过调用隐式报头模式来缩短发送时间。这种情况下,需要手动设置无线链路两端的有效负载长度、错误编码率及CRC。

注意:如果将扩频因子SF设定为6,则只能使用隐式报头模式,下面将详细解释扩频因子。

三、LoRa调制解调

LoRa调制解调技术(下面简称LoRa)采用专有的调制和解调程序,将扩频调制与循环纠错编码技术结合起来,与传统的调制技术(FSK或OOK)相比,这种技术扩大了无线通讯链路的覆盖范围,提高了链路的鲁棒性。具有更强的抗干扰性。对同信道GMSK干扰信号的抑制能力达到20dB,所以LoRa用于频谱使用率较高的频段和混合通讯网络,方便在网络中原有的调制方案失败时扩大覆盖范围。开发人员通过调整扩频因子、调制带宽和编码率这三个关键设计参数对LoRa进行优化,可在链路预算、抗干扰性、频谱占用度及标称数据速率之间达到平衡。

四、扩频因子

LoRa扩采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位。扩频信息的发送速度称为符号速率(Rs),而码片速率与标称符号速率之间的比值即为扩频因子,其表示每个信息位发送的符号数量。负信噪比条件下信号也能正常接收,提高了的灵敏度、链路预算及覆盖范围。但是不同扩频因子之间为正交关系,因此发送端和接收端的扩频因子必须一致。

扩频因子


由上表可以看出当扩频因子为12时在-20dB还能收到数据包,说明扩频因子越大灵敏度越高,发送速度越慢。

五、编码率

LoRa采用循环纠错编码进行前向错误检测与纠错,但会产生传输开销。每次传输产生的数据开销如下:

编码率

编码率越大前向纠错越强,链路抗干扰性越强,但是传输开销将会加大,进而加大传输时间。

六、信号带宽

由信号频谱图可以观察到一个信号所包含的频率成分。把一个信号所包含谐波的最高频率与最低频率之差,即该信号所拥有的频率范围,定义为该信号的带宽。信号的频率变化范围越大,信号的带宽就越宽。

信号带宽

上表可以看出增加信号带宽,发送标称比特率越大,说明增加信号带宽可以有效提高数据速率以缩短传输时间,但会有弊端将会降低接收灵敏度,缩短传输距离。



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