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LoRa无线技术原理

时间:2021-06-30 作者:众山科技

  LoRa无线技术简介。

  LoRa是一种基于扩频技术的远程无线传输技术,是美国Semtech公司首先采用并推广的多种LPWAN通信技术之一。为用户提供了一种简便的方式来实现远程低功耗无线通信。现在LoRa主要运行于ISM频带,如433、868、915兆赫等。

LoRa无线技术原理

  LoRa无线技术网络构成。

  LoRa网络主要包括终端(内置LoRa模块)、网关(或基站)、服务器和云。可以双向传送应用程序数据。

  LoRaWAN的引入。

  LoRaWAN是LoRa联盟发布的基于开源MAC层协议的低功耗广域网通信协议。提供本地、全国或全球范围内主要为电池供电的无线设备提供网络通讯协议。

  LoRa技术的利弊。

  一般而言,传输速率、工作频带和网络拓扑是影响传感网络特性的三个主要参数。传输率的选择会影响系统的传输距离和电池寿命;工作频带的选择应考虑频带和系统的设计目标,FSK系统中网络拓扑的选择依赖于传输距离的要求和系统需要的节点数。LoRa将数字扩频、数字信号处理和正向纠错编码技术结合在一起,具有前所未有的性能。

  以前,只有那些高级的工业无线通信将把这些技术集成到一起,随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的情况已经完全改变。

  正向纠错编码技术是将某些冗余信息添加到待传输的数据序列中,从而使被注入的错误编码元件在接收端能得到及时纠正。这种技术减少了以前创建自修复包重发的需要,并且在解决由于多径衰落而产生的突发错误时表现良好。在对数据包进行分组并注入前向纠错编码以保证可靠性时,将该数据包发送到数字扩频调制器。此调制器将分组数据包中的每个比特馈给一个扩展器,并将每一位时间分成多个码片。

  LoRa能够轻松应对LoRa调制解调器配置,并将其划分为64-4096码/位,最多可使用4096码/位中的最高扩频系数(12)。ZigBee只能分成10-12位/位。

  LoRa技术采用了高扩频系数,在广域无线电频谱上传输小容量数据。实际上,当你用频谱分析仪进行测量时,这些数据看起来像是噪音,但不同之处在于,噪音并不重要,数据是相关的,所以数据实际上可以从噪声中提取出来。频宽系数越高,从噪声中提取的数据越多。

  GFSK作为一个正常工作的GFSK接收端,最小信噪比(SNR)需要可靠的解调信号,通过AngelBlocks配置后,LoRa可以解调一个信号,其信噪比为-20dB,GFSK方式与此结果的差为28dB,相当于距离和距离的扩大,在户外环境中,6dB的差距可达原传输距离的两倍。

  超链接预算,让信号飞得更远。为了有效地比较不同技术间传输范围的表现,我们使用一个量化的指标,即链接预算。预算包含影响接收端信号强度的各种变量,简化系统包括发送功率和接收端灵敏度。

  AngillBlocks发射功率100毫米(20毫米),接收端灵敏度为-129毫米,总链路预算为149毫米。与此相反,GFSK无线技术的灵敏度-110dBm(这已经是其优秀的数据),要达到同样的链路预算,需要5W的功率(37dBm)。

  实际上,大多数GFSK无线技术的接收端灵敏度可达-103dBm,在这种情况下,发射频率必须是46dBm或36W左右,才能达到与LoRa类似的链路预算。因此,利用LoRa技术,可以使发射范围更小,范围更广。