LoRa频率背后的技术是什么

LoRa频率范围

LoRa使用CSS (线性调频扩频) 使用扩频方法作为调制技术的调制. 所谓的线性调频脉冲作为符号发送, 随时间不断增加或降低LoRa频率. 然后通过这些线性调频脉冲的顺序序列实现数据传输.

LoRa频率

特殊性质

由于LoRa在ISM频段中工作 (433 兆赫, 868 兆赫和 915 兆赫), 辐射发射功率受到限制. 为了具有比常规调制类型更大的无线电范围,例如实现FSK (频移键控), LoRa大大提高了接收器灵敏度. LoRa接收器仍然可以成功接收和解码有用的LoRa信号,直至 20 低于噪音水平dB, 导致接收器灵敏度最大为 -149 分贝. 与最大FSK灵敏度相比. –125 dBm至 -130 分贝, LoRa提供了重大改进. 使用FSK接收器, 仅当有用信号约为.

LoRa频率和信号强度

归功于该属性,LoRa仍可以成功接收有用的信号,直到 20 低于噪音水平dB, 无线电干扰的鲁棒性明显优于FSK. FSK系统仅在干扰信号至少为 10 比有用信号弱dB. 在最好的情况下, 如果干扰信号为,LoRa系统仍可以接收有用信号 20 比有用信号强dB.

局限性

从上图可以看到LoRa可以收到 30 dB信号比FSK弱. 然而, 有两个限制使这种大差异变得相对容易.

•第一, LoRa调制比FSK调制宽带, 这意味着LoRa接收机的噪声水平通常高于FSK接收机的噪声水平. 特别, 带宽增加一倍,噪声水平增加了 3 D b.
• 其次, LoRa最多只能收到有用的信号 20 在非常慢的数据速率下,≤噪声水平以下dB 0.5 千比特 / s. 一旦增加数据速率, 负的信噪比进一步增加到零,或者带宽必须进一步增加, 反过来又增加了噪音水平.

LoRa和FSK的比较测量

找出LoRa到底有多好, 应当对LoRa和FSK进行直接比较. 以此目的, 我们以前使用的标准FSK收发器 (CC1020和CC1101) 与LoRa的数据进行比较 / FSK收发器SX1261.

收发器 调制  

根据数据表的最大灵敏度

数据速率 接收- 带宽
CC1020 FSK -118 分贝 2.4 千比特/秒 12.5 千赫
CC1101 FSK -116 分贝 0.6 千比特/秒 58 千赫
SX1261 FSK -125 分贝 0.6 千比特/秒 4 千赫
SX1261 劳拉 -149.2 分贝 0.02 千比特/秒 8 千赫

根据数据表中的信息, LoRa的最佳灵敏度至少比最佳FSK收发器高24dB (SX1261). 与旧的FSK收发器相比 (CC1020和CC1101), 最大灵敏度是偶数 31 要么 33 分贝更好. 由于可以假设无线电范围可以每倍增加一倍 10 dB灵敏度更高, 一个 4 至 8 与FSK相比,LoRa的无线电范围应该是多少倍.

然而, 还值得注意的是,只有极低的数据速率才能达到最大LoRa灵敏度 0.02 千比特 / s. 为了获得直接, 不同收发器之间的有意义的比较, 所有收发器的灵敏度均以相同的数据速率确定. 根据Semtech的制造商, LoRa必须实现约 7 至 10 在与FSK相同的数据速率下,灵敏度提高了dB.

我们自己的测量得出以下结果:

数据速率 灵敏度
CC1020 CC1101 SX1261 SX1261
FSK FSK dBm的 FSK 劳拉
1.2 千比特/秒 -117 分贝 -112 分贝 -123 分贝 -129 分贝
2.4 千比特/秒 -117 分贝 -111 分贝 -121 分贝 -126 分贝
4.8 千比特/秒 -114 分贝 -109 分贝 -118 分贝 -123 分贝
9.6 千比特/秒 -112 分贝 -107 分贝 -116 分贝 -120 分贝

具有LoRa调制的SX1261收发器实现了 4 – 6 比FSK调制灵敏度高dB. 与CC1020相比 8 – 11 dB,与CC1101相比 13 – 17 分贝提高灵敏度. 令人惊讶的是,选择了较低的数据速率, LoRa可以获得更高的灵敏度增益.

另一种观点显示了LoRa的节能潜力. 为了达到与FSK相同的灵敏度, 约 4 数据速率可以与LoRa一起使用. 因此,同一无线电报变成 4 时间缩短了两倍,能耗也降低了 4.

结论:

与所有无线电收发器一样, 的最大LoRa灵敏度 -149 dBm仅以最低数据速率实现. LoRa的数据速率仅为大约. 0.02 千比特 / s,因此无法用于许多应用程序. 然而, 如果可以使用如此低的数据速率, 4 理论上,与现代FSK收发器相比,无线电范围是可能的.

如果将LoRa数据速率提高到 1.2 千比特 / 到 10 千比特 / s, LoRa达到约. 4-6 与现代FSK收发器相比,灵敏度提高了dB. 与较旧的FSK收发器(例如CC1101或CC1020)相比, LoRa甚至可以将无线电范围扩大一倍或两倍.

当前FSK灵敏度足够的应用中有一个有趣的节能选项. 如果要使用LoRa获得相同的灵敏度, 数据速率可以提高 4 与FSK相比, 从而使能耗也降低了 4.

为我们, LoRa技术是数据速率高达 10 千比特 / s, 因为与较旧的收发器相比,无线电范围可以大大增加. 我们特别感兴趣的是可以连接到LoRaWAN网络, 因为这意味着物联网应用程序几乎可以在任何地方连接到Internet.

通过我们的LoRa模块 “TRX433-70” 我们为未来的创新LoRa项目做好了准备.

LoRa的无线电传输

抄表, 交换命令和其他信息可以通过多种方式从集中器模块传输到路由器,再传输回路由器. 如果无法进行有线传输或成本太高, LoRa的无线电传输可以替代远程阅读.

LoRa无线电标准

LoRa代表远程, 即. 高 (无线电) 范围,是已知技术(例如UMTS或LTE)的替代无线电标准. 在很多国家, LoRa已将自己确立为所谓物联网中通信标准的基础 (物联网), 用于机器对机器 (M2M) 通讯以及工业和智慧城市应用.

LoRa无线电标准, 像其他无线电技术一样, 使用免许可证ISM频段中的免费LoRa频段 (产业, 科学与医学). 在欧洲, 这些是乐队中的乐队 433 和 868 兆赫范围. 通过使用特殊的无线电程序, 所谓的频率扩展, 该技术几乎不受干扰. 发射器和接收器之间的范围介于 2 和 15 公里, 取决于环境和建筑面积. 由于灵敏度高 -137 分贝, 可以实现建筑物的高渗透. 无线电信号深入到建筑物和地下室的内部. 特别是在大篷车和活动房屋的金属盖经常削弱WLAN信号强度的露营地, LoRa的无线电传输在这里更为出色. LoRa的数据速率介于 0.3 和 50 千比特 / s.

LoRa的申请

LoRa主要用于需要以非常节能的方式在远距离传输很少数据的应用中. 这些数据通常是测量值, 状态信号或操纵值.

WLAN之间的差异, LoRa和移动广播

WLAN和移动无线电旨在传输大量数据. 可接受相对较短的范围. 劳拉, 另一方面, 针对远距离传输少量数据进行了优化. 下表显示了不同无线电标准之间的一些差异.

 

无线局域网 劳拉 蜂窝电话
Rang <100 米 2.000-3.000(市)

>10.000 米 (国家)

<300 米 (市)

<10.000 米 (国家)

 

最高. 数据速率

6.933 兆位/秒 50 千位/秒 1.000 兆位/秒
费用 很高
LoRa频率 2.4 GHz的

5 GHz的

60 GHz的

433 兆赫

868 兆赫

800 兆赫

900 兆赫

1.800 兆赫

2.100 兆赫

2.600 兆赫

最高. 发射功率 1.000 兆瓦 25 兆瓦 20-50 w (基站)

200 兆瓦 (终端设备)

广域网 (远程广域网)

低功耗广域网 (LPWAN) 是物联网的网络概念 (物联网) 和机器对机器的通讯 (M2M). LPWAN的特点是它们可以覆盖最远的距离 50 公里,需要很少的能量. 有几种实现LPWAN的技术方法. 一位来自ETSI: ETSI GS LTN, 其他名称是LoRaWAN, 失重和RPMA, 代表随机相位多路访问.

这样,自由空间衰减不会使可桥接距离受到太大影响, 提到的某些LPWAN概念使用ISM频段中的频率 433 兆赫和 868 兆赫. 很少有人在ISM乐队工作 2.4 GHz的.

例如, 关于SigFox作为LoRaWAN (远程广域网), 它使用ISM频段 868 兆赫 (美国 915 兆赫) 在欧洲. 可桥接距离范围超过 5 市区及以上公里 15 城外公里. 也有LoRa频率范围为 2.4 GHz范围 10 公里可以桥接. LoRa传输是线性调频扩频的组合 (的CSS) 和软件无线电 (特别提款权). 一个关键的优点是信号 20 仍然可以检测到低于噪声水平的dB. LoRaWAN概念支持双向通信, 移动性和基于位置的服务.

特征值 广域网
 

频率范围

 

ISM乐队, 433 兆赫, 868 兆赫 (我), 915 兆赫 (美国)

调制 线性调频扩频 (的CSS)
英国频道 8*125 千赫 (我),

64*125千赫,8*125千赫(美国)

 

包装尺寸

 

由用户决定

数据表上/下 300 位/秒 50 千位/秒 (我)

900 位/秒至 100 千位/秒(美国)

 

拓扑结构

 

星型拓扑

 

距离

取决于 5 建成区公里

取决于 15 农村公里

 

终端设备连接到基站, 依次通过TCP接收从骨干网加密的信息 / IP和SSL协议.
确保终端组件的电池寿命尽可能长, LoRaWAN网络管理所有数据速率和RF输出信号,并通过自适应数据速率控制终端组件 (ADR). 有三端设备类别: A类设备可以双向通信,并且在上行链路中具有计划的传输窗口, B类设备在下行链路中还具有计划的传输窗口,并且C类设备的传输窗口持续打开. LoRaWAN技术由LoRa联盟标准化.

劳拉万 – 无线网络框架

LoRaWan是一个规范,描述了无线网络的框架. 它用于数据流量很少的网络, 例如在传感器网络中. 劳拉万 (远程广域网) 是所谓的LPWAN (低功耗广域网) 协议. 本文显示了LoRaWan使用的频率以及终端设备的可用类别.

LoRa频率在世界不同地区有所不同. 然而, 在启动LoRa设备之前,有必要在此处获取更多信息,以便设置正确的频率. 下表显示了每个国家或大洲的正确频率:

LoRaWan也被视为星形拓扑. 网关将消息从终端设备转发到特定的访问服务器. 网关通过标准服务器通过标准Internet连接进行连接.

双向设备
End处理了三个主要的双向类:

A级

上行数据始终来自终端设备. 上行消息后跟 2 下行消息的接收窗口短. 这些下行消息也可以用于确认消息以及设备参数。. 由于终端和网关之间的通信将仅来自终端, 在详细的新设备参数和终端的实施之间可能需要等待时间.

实际传输时间之间的联系, A类设备可以将其LoRa模块完全置于节能模式. 这将改变能源效率.

B级

B级, 其他人将A的故障窗口分类, 成为更多的接待窗口. B类设备通过周期性发送的信标进行同步. 这些信标用于通信, 其他接待窗口在其他时间打开. 丢失的是延迟可以提前确定, 能耗损失作为一个组成部分. 然而, 能耗仍然足够低,适合电池供电的应用.

C级

C类大大降低了下行链路的延迟, 因为只要设备本身不发出任何消息,总是会听到终端设备的接收窗口. 为此原因, 受信任的服务器可以开始下行传输. 在电池供电的法律合同中,A级和C级之间的时间转换尤其重要, 例如, “空中固件” 更新.

地区 LoRa频率
欧洲 863-870 兆赫

433 兆赫

我们 902-928 兆赫
中国 470-510 兆赫

779-787 兆赫

澳洲人 915-928 兆赫
印度人 865-867 兆赫
亚洲 433 兆赫
北美 915 兆赫

 

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