LoRa頻率背後的技術是什麼

LoRa 使用 CSS (啁啾擴頻) 使用頻率擴展方法作為調製技術的調製. 所謂的啁啾脈衝作為符號發送, 隨著時間的推移不斷增加或減少 LoRa 頻率. 然後通過這些啁啾脈衝的順序序列來實現數據傳輸.

特殊屬性

由於 LoRa 工作在 ISM 頻段 (433 兆赫, 868 兆赫和 915 兆赫), 輻射發射功率受到限制. 為了擁有比傳統調製類型更大的無線電範圍，例如實現 FSK (頻移鍵控), LoRa 顯著提高了接收器的靈敏度. LoRa 接收器仍然可以成功接收和解碼有用的 LoRa 信號，最高可達 20 低於噪音水平的分貝, 這導致最大的接收器靈敏度 -149 分貝. 與大約的最大 FSK 靈敏度相比. –125 dBm 至 -130 分貝, LoRa 提供了顯著的改進. 使用 FSK 接收器, 只有當有用信號約為.

多虧了 LoRa 仍然可以成功接收到有用信號的特性 20 低於噪音水平的分貝, 對無線電干擾的魯棒性明顯優於 FSK. FSK 系統只有在干擾信號至少為 10 dB 比有用信號弱. 在最好的情況下, LoRa 系統仍然可以接收到有用信號，如果乾擾信號是 20 比有用信號強的 dB.

限制

從上圖可以看出LoRa可以接收到大約 30 比 FSK 信號更弱的 dB. 然而, 有兩個限制在某種程度上使這種巨大差異相對化.

• 第一的, LoRa 調製比 FSK 調製寬, 這意味著 LoRa 接收器的噪聲水平通常高於 FSK 接收器. 具體來說, 帶寬加倍會增加噪聲水平 3 D b.
• 第二, LoRa 最多只能接收到有用的信號 20 dB 低於非常慢的數據速率時的噪聲水平 ≤ 0.5 千位 / 秒. 一旦數據速率增加, 要么負信噪比進一步向零增加，要么帶寬必須進一步增加, 這反過來又增加了噪音水平.

LoRa和FSK的比較測量

了解 LoRa 到底有多好, 應該進行 LoRa 和 FSK 之間的直接比較. 以此目的, 我們以前使用的標準 FSK 收發器 (CC1020 和 CC1101) 與來自 LoRa 的數據進行比較 / FSK收發器SX1261.

根據數據表中的信息, LoRa 的最大靈敏度比最好的 FSK 收發器高至少 24dB (SX1261). 與舊的 FSK 收發器相比 (CC1020 和 CC1101), 最大靈敏度是偶數 31 或者 33 分貝更好. 因為可以假設無線電範圍可以每增加一倍 10 分貝更高的靈敏度, 一種 4 至 8 與 FSK 相比，LoRa 的無線電範圍應該是可能的倍數.

然而, 同樣值得注意的是，最大的 LoRa 靈敏度是通過極慢的數據速率實現的 0.02 千位 / 秒. 為了獲得直接, 不同收發器之間的有意義的比較, 所有收發器的靈敏度都以相同的數據速率確定. 根據 Semtech 的製造商, LoRa 必須達到 7 至 10 在與 FSK 相同的數據速率下，靈敏度更高 dB.

我們自己的測量給出了以下結果:

具有 LoRa 調製的 SX1261 收發器可實現 4 – 6 比 FSK 調製靈敏度更高的 dB. 與 CC1020 相比 8 – 11 dB 並與 CC1101 相比 13 – 17 dB 更高的靈敏度. 令人驚訝的是，選擇的數據速率越低, 使用 LoRa 可以獲得更大的靈敏度增益.

另一種觀點顯示了 LoRa 的節能潛力. 為了達到與 FSK 相同的靈敏度, 大約 4 數據速率可與 LoRa 一起使用的倍數. 同一個無線電報因此變成 4 時間更短，能耗也下降了 1 倍 4.

結論:

與所有無線電收發器一樣, 的最大 LoRa 靈敏度 -149 dBm 僅在最低數據速率下實現. LoRa 的數據速率僅為大約. 0.02 千位 / s，因此無法用於許多應用程序. 然而, 如果可以使用如此低的數據速率, 4 與現代 FSK 收發器相比，無線電範圍在理論上是可能的倍.

如果 LoRa 數據速率增加到 1.2 千比特 / 到 10 千比特 / 秒, LoRa 達到了大約. 4-6 與現代 FSK 收發器相比，靈敏度更高 dB. 與 CC1101 或 CC1020 等較舊的 FSK 收發器相比, 無線電範圍甚至可以通過 LoRa 增加一倍或三倍.

在當前 FSK 靈敏度足夠的應用中，有一個有趣的節能選項. 如果要使用 LoRa 實現相同的靈敏度, 數據速率可以增加一個因素 4 與 FSK 相比, 因此，能源消耗也可以減少一個因素 4.

為了我們, LoRa 技術代表了一種有趣的替代方案，適用於數據速率高達 10 千位 / 秒, 因為與舊的收發器相比，無線電範圍可以大大增加. 我們特別感興趣的是連接到 LoRaWAN 網絡的可能性, 因為這意味著物聯網應用程序幾乎可以在任何地方連接到互聯網.

使用我們的 LoRa 模塊 “TRX433-70” 我們已準備好迎接未來的創新 LoRa 項目.

使用 LoRa 進行無線電傳輸

儀表讀數, 交換命令和其他信息可以通過多種方式從集中器模塊傳輸到路由器並返回. 如果有線傳輸不可行或太貴, 使用 LoRa 的無線電傳輸可以替代遠程閱讀.

LoRa 無線電標準

LoRa 代表遠程, IE. 高的 (收音機) 範圍，是 UMTS 或 LTE 等已知技術的替代無線電標準. 在許多國家, LoRa 已經確立了自己作為所謂物聯網通信標準的基礎 (物聯網), 機器對機器 (機器對機器) 通信以及工業和智慧城市應用.

LoRa 無線電標準, 像其他無線電技術一樣, 使用免許可 ISM 頻段中的免費 LoRa 頻段 (工業的, 科學和醫學). 在歐洲, 這些是樂隊 433 和 868 兆赫範圍. 通過使用特殊的無線電程序, 所謂的頻率擴展, 該技術幾乎不受干擾. 發射器和接收器之間的距離在 2 和 15 公里, 取決於環境和建築面積. 由於靈敏度高 -137 分貝, 可實現建築物的高滲透. 無線電信號深入建築物和地下室的內部. 尤其是露營地，大篷車和活動房屋的金屬罩往往會削弱 WLAN 的信號強度, LoRa 的無線電傳輸在這裡更勝一籌. LoRa 的數據速率介於 0.3 和 50 千位 / 秒.

LoRa 的應用

LoRa主要用於以非常節能的方式長距離傳輸非常少的數據的應用. 這些數據通常是測量值, 狀態信號或操作值.

WLAN 之間的差異, LoRa 和移動無線電

WLAN 和移動無線電旨在傳輸大量數據. 接受相對較短的範圍. 洛拉, 另一方面, 針對長距離傳輸少量數據進行了優化. 下表顯示了不同無線電標準之間的一些差異.

羅拉萬 (遠程廣域網)

低功耗廣域網 (低功耗廣域網) 是物聯網的網絡概念 (物聯網) 和機器對機器的通信 (機器對機器). LPWAN 的特點是它們可以覆蓋的距離可達 50 公里並且需要很少的能量. 有幾種實現 LPWAN 的技術方法. 來自 ETSI 的一份: ETSI GS LTN, 其他名稱是 LoRaWAN, 失重和 RPMA, 代表隨機相位多路訪問.

這樣可橋接距離不會受到自由空間衰減的太大影響, 提到的一些 LPWAN 概念使用 ISM 頻段中的頻率 433 兆赫和 868 兆赫. 很少有人在 ISM 頻段工作 2.4 吉赫茲.

例如, 至於 SigFox 作為 LoRaWAN (遠程廣域網), 它使用 ISM 頻段 868 兆赫 (美國 915 兆赫) 在歐洲. 可橋接距離範圍已過 5 市區公里及以上 15 城外公里. LoRa頻率範圍內也有無線電收發器 2.4 GHz，其範圍為 10 公里可以橋接. LoRa 傳輸是啁啾擴頻的組合 (CSS) 和軟件定義無線電 (特別提款權). 一個關鍵的優勢是信號高達 20 仍然可以檢測到低於噪音水平的 dB. LoRaWAN 概念支持雙向通信, 移動性和基於位置的服務.

終端設備連接到基站, 反過來，它通過 TCP 從骨幹網接收加密的信息 / IP 和 SSL 協議.
確保末端組件的電池壽命盡可能長, 所有數據速率和射頻輸出信號均由 LoRaWAN 網絡管理，終端組件通過自適應數據速率控制 (不良反應). 有三端設備類: A 類設備可以雙向通信，並且在上行鏈路中具有規劃的傳輸窗口, B 類設備在下行鏈路中也有計劃的傳輸窗口，C 類設備的傳輸窗口持續打開. LoRaWAN 技術由 LoRa 聯盟標準化.

羅拉萬 – 無線網絡框架

LoRaWan 是一種規範，描述了無線網絡的框架. 它用於數據流量很小的網絡, 例如在傳感器網絡中. 羅拉萬 (遠程廣域網) 是所謂的LPWAN (低功耗廣域網) 協議. 本文展示了 LoRaWan 使用的頻率和可用的終端設備類別.

LoRa頻率在世界不同地區有所不同. 然而, 在啟動 LoRa 設備之前有必要在此處獲取更多信息，以便設置正確的頻率. 下表顯示了每個國家或大洲的正確頻率:

LoRaWan 也被視為星型拓撲. 網關將消息從終端設備轉發到特定的訪問服務器. 網關通過標準互聯網連接通過標準服務器連接.

雙向設備
End 處理三個主要的雙向類:

A級

上行數據始終源自終端設備. 上行消息後跟 2 下行消息的短接收窗口. 這些下行鏈路消息也可以包含在確認消息和設備參數中. 由於終端和網關之間的通信將永遠只來自終端, 在詳細的新設備參數和終端執行之間可能存在等待時間.

實際傳輸時間聯繫之間, A 類設備可以將其 LoRa 模塊完全置於節能模式. 這將改變能源效率.

B類

B類, 其他人到 A 類的故障窗口, 成為進一步的接待窗口. B 類設備通過循環發送的信標同步. 這些信標用於通信, 其他接待窗口在其他時間打開. 損失是可以提前確定latency, 能耗損失作為組件數. 然而, 對於電池供電的應用，能耗仍然足夠低.

C類

C 類顯著降低了下行鏈路的延遲, 因為只要設備本身不發出任何消息，總是會聽到終端設備的接收窗口. 為此原因, 可信服務器可以開始下行傳輸. A 類和 C 類之間的時間變化在電池供電的法律合同中尤為重要, 例如, “無線固件” 更新.