與其他無線技術,諸如zigbee、NB-IOT、WiFi、藍牙等,Lora無線技術憑借其優異的接收靈敏度而得到廣泛應用。而Lora數據包有三個關鍵參數:前導碼、可選報頭、數據有效負載,接下來就對這三個參數做些簡單闡述。
一、前導碼
前導碼用于保持接收機與輸入的數據流同步。默認情況下,數據包含有12個符號長度的前導碼。前導長度是一個可以通過編程來設置的變量,所以前導碼的長度可以擴展。可以將前導碼寄存器長度設置在6到65536之間來改變發送前導碼長度,實際發送前導碼的長度范圍為6+4至65535+4個符號。接收機會定期執行前導碼檢測。接收機的前導碼長度應與發射機一致。如果前導碼長度為未知或可能會發生變化,應將接收機的前導碼長度設置為最大值。
二、報頭
根據所選擇的操作模式,可以選用兩種報頭。在RegModemConfig1寄存器上,通過設定ImplicitHeaderModeOn位選擇報頭類型。
顯式報頭模式:
顯式報頭模式是默認的操作模式。在這種模式下,報頭包含有效負載的相關信息,包括:
以字節數表示的有效負載長度;
前向糾錯碼率;
是否打開可選的16位負載CRC。
報頭按照最大糾錯碼(4/8)發送。另外,報頭還包含自己的CRC,使接收機可以丟棄無效的報頭。
隱式報頭模式:
在特定情況下,如果有效負載長度、編碼率及CRC為固定或已知,則比較有效的做法是通過調用隱式報頭模式來縮短發送時間。這種情況下,需要手動設置無線鏈路兩端的有效負載長度、錯誤編碼率及CRC。
注意:如果將擴頻因子SF設定為6,則只能使用隱式報頭模式,下面將詳細解釋擴頻因子。
三、LoRa調制解調
LoRa調制解調技術(下面簡稱LoRa)采用專有的調制和解調程序,將擴頻調制與循環糾錯編碼技術結合起來,與傳統的調制技術(FSK或OOK)相比,這種技術擴大了無線通訊鏈路的覆蓋范圍,提高了鏈路的魯棒性。具有更強的抗干擾性。對同信道GMSK干擾信號的抑制能力達到20dB,所以LoRa用于頻譜使用率較高的頻段和混合通訊網絡,方便在網絡中原有的調制方案失敗時擴大覆蓋范圍。開發人員通過調整擴頻因子、調制帶寬和編碼率這三個關鍵設計參數對LoRa進行優化,可在鏈路預算、抗干擾性、頻譜占用度及標稱數據速率之間達到平衡。
四、擴頻因子
LoRa擴采用多個信息碼片來代表有效負載信息的每個位。擴頻信息的發送速度稱為符號速率(Rs),而碼片速率與標稱符號速率之間的比值即為擴頻因子,其表示每個信息位發送的符號數量。負信噪比條件下信號也能正常接收,提高了的靈敏度、鏈路預算及覆蓋范圍。但是不同擴頻因子之間為正交關系,因此發送端和接收端的擴頻因子必須一致。
由上表可以看出當擴頻因子為12時在-20dB還能收到數據包,說明擴頻因子越大靈敏度越高,發送速度越慢。
五、編碼率
LoRa采用循環糾錯編碼進行前向錯誤檢測與糾錯,但會產生傳輸開銷。每次傳輸產生的數據開銷如下:
編碼率越大前向糾錯越強,鏈路抗干擾性越強,但是傳輸開銷將會加大,進而加大傳輸時間。
六、信號帶寬
由信號頻譜圖可以觀察到一個信號所包含的頻率成分。把一個信號所包含諧波的最高頻率與最低頻率之差,即該信號所擁有的頻率范圍,定義為該信號的帶寬。信號的頻率變化范圍越大,信號的帶寬就越寬。
上表可以看出增加信號帶寬,發送標稱比特率越大,說明增加信號帶寬可以有效提高數據速率以縮短傳輸時間,但會有弊端將會降低接收靈敏度,縮短傳輸距離。
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