【科普】Lora技术用语解析

周三, 1 十一月 2017 - 10:17

采用扩频技术，接收灵敏度更高。用户自行决定扩频调制带宽(BW)、扩频因子(SF)、纠错率(CR).支持标准的GFSK、FSK、OOK、GMSK调制模式。带宽范围7.8-500KHz，扩频因子6-12,137MHz-1020MHz 低功率大范围的收发，接收灵敏度-148dbm，接收电流10.3ma，包长最大256个字节。

载波频率的设置应该避开32Mhz的整数倍，否则会影响距离。

SX1278是半双工传输的低中频收发器，接收的射频信号首先经过低噪声放大器(LNA),LNA输入为单端形式。然后信号转为差分信号以改善二级谐波，之后变到中频(IF)输出同相正交信号(I&Q),接着有ADC进行数据转换，所有后续信号处理解调均在数字领域进行，数字状态机还控制着自动频率校正(AFC)、接收信号强度指示(RSSI)、以及自动增益控制(AGC)

频率合成器为接收机和发射机生成本地振荡器频率，一种覆盖超高频低频段，另一种覆盖高频段(高于860MHz)。SX1278配备三个不同的射频功率放大器，分别与RFO_LF、RFO_HF引脚连接，第三个功率放大器与PA_BOOST引脚向连。低频段169M和433M高频段868M-915M。SX1278包含两个定时基准、一个RC振荡器以及一个32M晶振。射频前端和数字状态机所有重要参数均可通过一个SPI接口进行配置，通过SPI可以访问1278的配置寄存器。

电气特性：供电电压3.3V，晶振32MHz，低频段169M和433M高频段868M-915M，带宽125K，扩频因子12，纠错率(errorcorrection code)4/6，负载长度64个字节，序列长度12个符号(可编程寄存器序列长度为8)。

SPI通信时钟10MHz，引脚变化时间ns级。

扩频因子越大，传播时间越长。带宽低于62.5K时用TCXO做参考时钟源。在睡眠模式下通过配置寄存器RegOpMode 将FSK调制解调器切换成LoRa调制解调器。

LoRaTM调制解调器采用扩频调制和前向纠错技术。与传统的FSK或OOK调制技术相比，这种技术不仅扩大了无线通讯链路的覆盖范围，而且还提高了链路的健壮性。设计师可以通过调整扩频因子和纠错率这两种设计变量，从而在带宽占用、数据速率、链路预算改善以及抗干扰性之间达到更好的平衡。

要提高通信距离常用的办法是提高发射功率，同时也带来更多的能耗。所以说发射功率和功耗之间是成正比关系。

<h3><a name="t3"></a>三、   发射频率radio frequency（RF）：</h3>

发射频率描述，不同频率下传输不能相互接收，可以称为不同信道。但是对于扩频技术来说增加了很多的可变参数，这些参数改变传输数据信道的不同

Lora的频率范围为137~525MHz。一般使用 433MHz和470MHz

<h3><a name="t4"></a>四、   调制带宽Band Width（BW）：</h3>

增加信号带宽，可以提高有效数据速率缩短传输时间，但会牺牲灵敏度。

带宽就是单位时间内的最大数据流量,也可以说是单位时间内最大可能提供多少个二进制位传输。而1M带宽指的是1Mbps=1 megabits per second

增加信号带宽，可以提高有效数据速率以缩短传输时间，但这是以牺牲部分一接收灵敏度为代价。当然，多数国家对允许占用带宽都设有一定的约束。FSK调制解调器描述的带宽是指单边带带宽，而LoRaTM调制解调器中描述的带宽则是指双边带带宽（或全信道带宽）。

LoRaTM调制解调器在下表中列出了在多数规范约束的带宽范围。

带宽选项

带宽（kHz）扩频因子编码率标称比特率（bps）

7.8 12 4/5 18

10.4 12 4/5 24

15.6 12 4/5 37

20.8 12 4/5 49

31.2 12 4/5 73

41.7 12 4/5 98

62.5 12 4/5 146

125 12 4/5 293

250 12 4/5 586

500 12 4/5 1172

注意：较低频段（ 169 MHz ）不支持 250kHz 和 500kHz 的带宽。

<h3><a name="t5"></a>五、   扩频因子Spreading Factor（SF）：</h3>

简单的说，就是把很长的数字信号，比如1或者0，用扩频码1101把它扩频，就变成1101或0010，这样带宽就变大了。

4.1.1.2. 扩频因子 
LoRaTM扩频调制技术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。 LoRaTM调制解调器中扩频因子的取值范围见下表。

表 13 扩频因子取值范围

<table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" width="600">
<tbody>
<tr>
<td>
扩频因子

（RegModulationCfg）
</td>
<td>
扩频因子（码片/符号）
</td>
<td>
Lora 解调器信噪比（SNR）
</td>
</tr>
<tr>
<td>
6
</td>
<td>
64
</td>
<td>
-5 dB
</td>
</tr>
<tr>
<td>
7
</td>
<td>
128
</td>
<td>
-7.5 dB
</td>
</tr>
<tr>
<td>
8
</td>
<td>
256
</td>
<td>
-10 dB
</td>
</tr>
<tr>
<td>
9
</td>
<td>
512
</td>
<td>
-12.5 dB
</td>
</tr>
<tr>
<td>
10
</td>
<td>
1024
</td>
<td>
-15 dB
</td>
</tr>
<tr>
<td>
11
</td>
<td>
2048
</td>
<td>
-17.5 dB
</td>
</tr>
<tr>
<td>
12
</td>
<td>
4096
</td>
<td>
-20 dB
</td>
</tr>
</tbody>
</table>

注意：因为不同扩频因子（SpreadingFactor）之间为正交关系，因此必须提前获知链路发送端和接收端的扩频因子。另外，还必须获知接收机输入端的信噪比。在负信噪比条件下信号也能正常接收，这改善了LoRa接收机的灵敏度、链路预算及覆盖范围

<h3><a name="t6"></a>六、   编码率code rate（CR）：</h3>

前向纠错技术

信道编码之所以能够检出和校正接收比特流中的差错，是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特。

4.1.1.3. 编码率 
为进一步提高链路的鲁棒性， LoRaTM调制解调器采用循环纠错编码进行前向错误检测与纠错。使用这样的纠错编码之后，会产生传输开销。每次传输产生的数据开销见下表。

表 14 循环编码开销

<table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0" width="600">
<tbody>
<tr>
<td>
编码率
</td>
<td>
循环编码率
</td>
<td>
开销比率
</td>
</tr>
<tr>
<td>
1
</td>
<td>
4/5
</td>
<td>
1.25
</td>
</tr>
<tr>
<td>
2
</td>
<td>
4/6
</td>
<td>
1.5
</td>
</tr>
<tr>
<td>
3
</td>
<td>
4/7
</td>
<td>
1.75
</td>
</tr>
<tr>
<td>
4
</td>
<td>
4/8
</td>
<td>
2
</td>
</tr>
</tbody>
</table>

在存在干扰的情况下，前向纠错能有效提高链路的可靠性。由此，编码率（及抗干扰性能）可以随着信道条件的变化而变化——可以选择在报头中加入编码率以便接收端能够解析。有关LoRaTM数据包及报头的更多信息。

文章来源：<a href="http://blog.csdn.net/qq_33658067" id="uid" target="_blank">MARS_Turing</a>