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「特性对比」2.4GLora VS 普通2.4G

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  特性对比:2.4G-Lora VS 普通2.4G

  成都亿佰特电子科技有限公司推出的E28系列产品,是一种专为2.4GHz频段具有Lora扩频技术的传输模块。LoRa 直序扩频技术将带来更远的通讯距离,且具有功率频谱较宽,抗干扰能力强的优势。模块具有硬件 FEC 前向纠错算法,其编码效率较高,纠错能力强,在突发干扰的情况下,能主动纠正被干扰的数据包,大大提高可靠性和传输距离。

  首先我们先来了解一下2.4G-LoRa技术

  一、LoRa是什么?

  LoRa是Long Range(长距离)的简称,是一种长距离、低功耗无线通信技术。2009年法国公司Cycleo设计出一种优异的扩频通信算法,后来,该公司被美国semtech公司收购,后者于2013年推出LoRa芯片。目前,semtech公司是LoRa芯片唯一供应商。

  二、LoRa有什么优点?

  LoRa最大的优点是长距离传输,采用扩频增益,它的传输距离约FSK的3倍;其次是低功耗,尽管它通信距离空旷能达到5km,仍保持良好的节能特性;再次,它工作在免费ISM频段,这为普通民众使用该无线网络打开了一道便捷之门,极大降低网络铺设成本。与FSK系统相比,其特点如下图所示;

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  三、LoRa低功耗的秘密又是什么呢?

  传输速率是系统设计中一个关键的可变因素,它将决定整个系统整体性能的很多属性。无线传输距离由接收机灵敏度和发射机输出功率共同决定,两者之间的差值我们称之为链路预算。输出功率受限于标准规范,所以只有通过提高灵敏度来增加距离,而灵敏度又受数据速率非常重要的影响。对所有的调制方式来说,越低的速率,接收机的带宽越窄,接收灵敏度就越高。在现今高性价比无线收发机中应用最广泛的调制方式是FSK或者GFSK。要进一步减小FSK系统的接收机带宽,唯一可行的办法就是提高参考晶体的精确度。

  我们知道在通信系统中距离和功耗就是一对天然的矛盾。发射功率降下来,那传播距离必然就近了。那么LoRa是如何解决这一矛盾的?根本原因是LoRa提高了接收机的灵敏度,从而拥有超强的链路预算,也就不需要很高的发射功率了。LoRa接收端灵敏度要归功于直接序列扩频技术。LoRa采用了高扩频因子,从而获得了较高的信号增益。一般FSK的信噪比需要8dB,而LoRa只需要-20dB。在等同的数据速率条件下,商用的低成本扩频调制方式可以获得比传统FSK调制方式高8-10dB的灵敏度。与FSK系统相比,使用同样低成本的晶体时这种新的扩频方式在灵敏度上改善了30dB,理论上相当于增加了5倍的传输距离。

  四、为什么要超低功耗,现有的Zigbee等技术不是已经超低功耗了吗?

  在消费类及商业类产品中选用通用廉价电池是非常重要的,目前市场现有的2.4G通讯技术是使用纽扣电池通讯距离非常近只有十几米,穿墙后几乎无法通讯。如果使用纽扣电池需要将发射脉冲电流控制在10-35毫安内,工作电流控制在2-5毫安内,这样大量CR系列纽扣电池就可以使用,为外观设计、商品化销售、全球化物流提供了良好基础。而这样的发射电流保证在一栋别墅、一个厂房、一个家庭内无盲区覆盖目前只有 2.4G-LoRa技术可以做到。基于2.4G-LoRa的物理层实现,RX和TX的功耗显著低于Zigbee、Wireless HART;休眠电流只有200nA级别。

  接下来我们来看看普通的2.4G技术

  2.4G是一种无线技术,由于其频段处于2.400GHz~2.4835GHz之间,所以简称2.4G无线技术。是市面上三大主要无线技术(包括Bluetooth、27M、2.4G)之一。较普遍被应用于无线键盘鼠标。

  2.4G 产品应用比较广泛,有些芯片性能也很不错,但价位都比较偏高,很难进入量产的产品。为降低成本JF24D模块采用裸片绑定,虽然性能指标略低于具有代表性的 nRF2401 CC2500 A7105但它的价格要比它们低很多,完全可以满足一般需要双向数据传输及双向遥控的短距离产品应用。单发单收的产品使用比较简单,加电加信号就发射,收到信号就有输出,纯硬件产品单向传输,不需要软件程序的支持就可以完成收发功能。2.4G产品就比较复杂化了,芯片内有CPU需要软件程序的支持,必须要有单片机的指令才可以完成双向收发功能。单发单收的产品成本低廉应用广泛,但存在着严重的无法避免的同频干扰,2.4G产品具有跳频功能一般都有几十至100多个通道可以避开干扰。但2.4G产品复杂的软件程序也使一些不懂单片机的工程师望而怯步,同时2.4G产品的功耗及成本还有对墙体的穿透性能下降也影响到在低端产品的普及应用。

  最后2.4G-LoRa技术和2.4G技术最具代表性的E28系列模块的SX1280与E01系列的nRF24L01+来做一下对比

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  1、扩频:LoRa是一种扩频调制技术,通过扩频调制可以得到一个编码增益,因为信号可以用一个负的信噪比接收。同时,在没有干扰的情况下,这就等同于在噪声下的接收,而在有共信道干扰的情况下,这就等同于接收比干扰信号弱的所需信号功率的能力。

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  2、低带宽:减少带宽有两个好处。首先,较低的带宽减少了相邻信号的影响,从而降低了成为干扰受害者的可能性。如果我们将LORA信号的带宽与更宽的波段Wi-Fi信号进行比较,我们会发现,即使是很宽的LORA信号也只占一个Wi-Fi通道的一小部分。这给我们带来了第二个好处。Wi-Fi信号的功率分布在整个Wi-Fi通道上。因此,在这条通道的较窄部分看到的能量将是这个能量的一小部分。简单地说,即使是在共信道干扰的情况下,我们只暴露在信号功率的一小部分意味着我们接收到的Wi-Fi信号功率的一小部分。

  3、前向纠错和交织技术:LoRa调制解调器的另一个优点是FEC(前向纠错)和交织技术的可用性。前向错误纠正允许在信息中引入冗余信息,允许修改和恢复损坏的有限位元。即使是FEC顺序位错误(即相邻的损坏位)也是最难纠正的。由于这个原因,采用了交织技术。这是一种重新分配信息包中的信息的技术,以便在重构之后,错误不太可能来自相邻的位。

  4、部分符号损失免疫:除了LoRa物理层前面提到的所有好处之外,还值得注意的是,在丢失符号内的数据之前,我们可能会丢失多达一半的LoRa符号。在抗干扰的情况下,这给我们提供了巨大的抗干扰能力(在某些情况下超过100分贝)。

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  如果高功率脉冲干涉仪占用的时间少于LORA符号持续时间的50%,则可以容忍高功率脉冲干涉仪。

  由此可见,SX1280的LORA模式在强干扰下依然可以保持良好的通讯效果。


https://www.wjx.cn/jq/84863372.aspx