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。

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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。
关于LoRa物理层协议的详细解释如下: ### LoRa调制技术 LoRa采用了一种基于扩频通信的技术,这种技术允许设备在相同的频率上发送数据而不会相互干扰。通过使用不同的扩频因子(Spread Spectrum Factor, SF),可以在同一信道内实现多个并行的数据传输路径[^1]。 ### 频率范围与带宽 LoRa工作在全球开放的ISM频段,主要包括868 MHz (欧洲), 915 MHz (美国) 和433 MHz等不同地区使用的特定频段。其支持多种信号带宽设置,通常为125 kHz、250 kHz以及500 kHz三种选项,在实际应用中可以根据需求调整以优化性能或距离。 ### 数据包结构 在一个典型的LoRa帧中包含了前导码(Preamble)、头部(Header)、有效载荷(Payload)及CRC校验位(Cyclic Redundancy Check bits)。这些组成部分共同确保了数据能够被正确接收和处理。 ### 扩展功能特性 为了提高系统的灵活性和适应性,LoRa还引入了一些额外的功能特性,比如低功耗模式(Low Power Mode)可以延长电池寿命;自适应数据速率机制(Adaptive Data Rate, ADR)则有助于动态调节发射功率和数据传输速度来平衡网络负载与覆盖范围之间的关系。 ```python # Python伪代码展示如何配置基本参数 from lorawan import LoRaWAN lora = LoRaWAN() lora.set_frequency_band('EU868') # 设置频率区间为欧盟标准868MHz lora.configure_spreading_factor(7) # 设定扩频因子SF=7 lora.select_signal_bandwidth(125e3) # 使用125kHz作为信号带宽 ```
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