LoRa频率背后的技术是什么

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.

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.

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.

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:

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.

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.

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.