LoRa物理层技术

本文介绍了LoRa的物理层技术,包括其采用的啁啾扩频CSS技术,调制模式,以及如何对抗多普勒频移。LoRa在物联网中用于低功耗、远距离通信,可配置的参数如BandWidth、Spreading Factor和Code Rate影响其性能。物理帧结构包含Preamble、Sync Word、Header和Payload,其中Header可以被优化省略。
Semtech并没有开发LoRa物理层技术细节,只能从找到的一些文档及semtech产品的datasheet中找到一些相关信息。LoRa用于物联网无线传输的通信技术,LoRA设计用于低功耗,低速率,远距离传输,LoRa的速率范围从0.3kbps到50kbps,ADR(adaptive data rate)调度算法可以根据环境条件修改数据速率及发射功率。
物理技术
LoRa使用扩频技术来发送数据,可有效对抗多普勒频移,不同直扩序列DSSS,而是使用啁啾扩频CSS(Chirp spreatrum Spread Spectrum)技术进行数据发送。调制模式可选为GFSK或是OOK(On-Off Keying),OOK又名而进制控幅键控ASK,0、1通过幅度来体现;FSK频移键控控制,同步不同频率来区分0和1,而GFSK是在FSK之前通过一个高斯滤波器来限制信号的频谱密度。CSS与DSSS的解扩原理也有相似之处,DSSS是通过PN序列扩频的,DSSS比较好理解,PN序列自相关性很强,而远大于互相关性,CSS通过匹配滤波一定程度也可以看做自相关性。在工作频率方面,LoRa使用未授权免费的公共ISM频率,终端使用伪随机接入方式来减少设备间的相关干扰,而LoRa中亦引入跳频发送技术。
### LORA 物理层中的白化 #### 白化的定义与作用 在LoRa物理层中,白化是指通过伪随机序列对发送的数据进行预处理的过程。这一过程的主要目的是为了减少信号的自相关性,从而提高接收端解码的成功率和抗干扰能力[^1]。 具体来说,在发射机侧,原始数据流会先经过编码、交织等操作后再被送入白化模块。白化模块利用一个固定的长度为0x8F的线性反馈移位寄存器(LFSR),按照特定规则生成伪随机比特序列,并将其逐位异或到待传输的有效载荷上。这样可以使得原本可能存在的长串相同符号被打散,降低了连续重复字符带来的负面影响,提高了系统的鲁棒性和可靠性[^3]。 #### 解白化流程 当接收到带有噪声和其他干扰因素影响后的射频信号时,接收机会执行相反的操作——即解白化。由于收发两端共享相同的初始状态以及LFSR配置参数,所以只要知道起始位置就能准确还原出原消息内容。值得注意的是,无论扩频因子如何变化,恢复出来的去白化矩阵都保持一致,这证明了交错确实发生在加扰之后。 ```python def lfsr_sequence(seed=0x8F, length=256): """Generate a pseudo-random bit stream using Linear Feedback Shift Register""" result = [] register = seed while len(result) < length: xor_result = ((register >> 7) ^ (register >> 6)) & 1 new_bit = xor_result ^ (register & 1) # Update the shift register state register = (register << 1 | new_bit) & 0xFF # Append current MSB as output bit result.append((register >> 7)) return result def whiten_payload(payload_bits, lfsr_seq=lfsr_sequence()): """Apply whitening process on payload bits with given LFSR sequence.""" assert len(lfsr_seq) >= len(payload_bits), "LFSR sequence too short" whitened_data = [ p_bit ^ lfsr_seq[i % len(lfsr_seq)] for i, p_bit in enumerate(payload_bits)] return whitened_data ```
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值