lora技术的特点( lora的应用场景)

来源:  星创易联 发布时间: 2022-09-26 16:01:32
导读:说起物联网无线通信技术,LoRa大家一定不会陌生,因其采用扩频调制原理加之独特的纠错机制从而可实现超远距离无线传输,其本质是以信道带宽换取信噪比,从而使得无线通信距离更远。

当然本文重点不在讨论LoRa特性,而是给大家聊一下LoRa调制中,几个关键的核心参数。


1、扩频因子Spreading Factor(SF)

LoRa扩频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。通俗的理解呢,就是将单个数据位用多个信息码片来表示。


再简化的在数字域来解释,如果我们约定101110代表实际数据位为1,应用中需要传输0xFF这样一个有效数据包,对应的二进制则表示:1111  1111,那么要实际传输的信息码片为:

image.png

通过以上的方式可以降低传输的误码率,从而提升有效通信距离,但在发送信息码元数量相同的情况下,实际传输的有效数据量减小了,所以,在其他参数相同的情况下,SF参数设置的越大,实际传输的数据速率越小。

LoRa扩频因子取值范围:

image.png

注:

①  上表截取自SX127x数据手册;

②  SF=6只能在ImplicitHeader模式下使用;

③   SX126x系列可支持SF=5

2、调制带宽BandWidth(BW)

信道带宽用于限定允许通过当前信道的频率范围,可以理解为一个频率通带。


一个信道允许的频率通常为433.125MHz至433.250MHz,则对应的BW=125kHz。

依据香农定理可知,增加信道带宽可以提高有效数据速率以缩短空中延迟时间;

image.png

香农定理

但,通过数字灵敏度计算公式可知,增加信道带宽会降低系统灵敏度,从而缩短无线通信距离。

接收灵敏度S = 10lg⁡(KTB) + NF + SNR,其中B表示信道带宽。

 在LoRa调制中,信道带宽为双边带宽(全信道带宽),而传统FSK调制方式的BW是指单边带宽或者接收带宽。

3、编码率Coding Rate(CR)

 LoRa通信过程中,其内部使用了循环向前纠错技术,即实际空中传输的数据包中,有一部分数据用于纠错解码,其中有效数据长度与实际空中传输数据包长度的比值被称为编码率。

LoRa编码率取值范围及对应的开销比例:

image.png

注:以上图片截取至SX127x数据手册

 基于上述可知,使用纠错算法会增加链路开销,降低有效数据传输速率,但,由于纠错编码的存在,使得传输抗干扰能力强、可靠性更高。 

说到这里呢,我感觉需要再深入点,不然无法体现自己的水平


 LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系

码片速度Rc:

前面也说到,带宽和信号的传输速率有极大的关系,这里码片的传输速率和带宽(单位Hz)的值相等,即:

Rc=BW = |BW|chips/s

符号速率Rs:

每个符号有2^SF个码片,而码片的传输速率为Rc,所以,符号传输速率Rs为:

Rs= Rc/2^SF = BW/2^SF

数据传输速率DR(或者说bit Rate):

DR= Rb(bits/sec) = SF * Rs * CR = SF * (BW/2^SF) * CR

4、低速率优化Low Data RateOptimization

在较多人的认知中,LoRa核心参数似乎只有SF、BW、CR三个,Low Data Rate Optimization参数值设定很容易被忽略,但在设计过程中,该参数仍然至关重要,特别是在低速率、大数据包传输应用过程中,由于发射机长时间持续发射可能导致系统频率偏移进而降低通信成功率,使能Low Data Rate Optimization选项后可以提高LoRa在低速率条件下通信鲁棒性。

具体设置条件是,当单个符号传输时间超过16毫秒时,则必须使能LowDataRateOptimize位,且发射机和接收机都必须具有相同的LowDataRateOptimize设置。


以BW=500K,SF=9为例:

此时RS =500kHz / 512,TS = 1 / RS = 512/500kHz= 1 ms

这种情况下,可以不用开启Low Data Rate Optimization。 

以BW=25K,SF=10为例:

此时RS =25kHz / 1024,TS = 1 / RS =1024/25kHz= 40.96 ms

这种情况下,必须开启Low Data Rate Optimization。

关于LoRa相关参数设定,大家都明白了吗?


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