LORA学习笔记

整理罗列了一些学习过程中的知识点

LORA通讯的知识点

• 基础：工作频段，扩频因子（SF），带宽（BW），编码率（CR） ，前导码与字节数据传输时间的计算，WOR发送
• 扩展：前导码，同步字，低速率优化，显式头模式使能
• 高级：LORA数据编码与传输原理

基础内容

频段：

LORA工作的电磁波频率范围的中心频点，虽然理论上不影响LORA数据的范围，但是实际上，电磁波的频段不同，传播时，穿透力与距离也不同。
常见的频段有，433MHZ，470MHZ，868MHZ，915MHZ等

扩频因子（SF）：

1. 影响传输时，接收端对带宽的扫描频点数：2^SF
2. 影响特征码的编码数量：2^SF
3. 影响单个符号能够传输的字节数：SF

带宽（BW）：

1. 影响LORA频率扫描的范围，以工作频率为中心的，对左右两侧进行扩展，最低频点到最高频点为带宽。
2. 影响单个步长的扫描时间：1（S）/带宽（HZ）

编码率（CR）：

1. 影响一个字节（8bit）进行编码之后，最后需要传输的比特数：8÷编码率

举例：

如125KHZ的频段，扫描一个频道达到时间为8us。
如果SF为7，那么总共需要扫描2^7，也就是128个频点，那么扫描完一个符号的时间就是1024us。
而SF为7的情况下，一个符号能够传输7bit的信息。
如果编码率为4/5，那么一个数据字节位10个bit。
也就需要两个符号，才能够传输一个字节的信息。
以此，也就得出了传输速率的计算公式。

传输速率计算：

符号单位传输时间计算公式(us)：

2^(SF) × 1000000(us) ÷ BW(HZ)

字节数据单位传输时间计算公式：

(数据比特数÷(8/编码率)) × 符号单位时间

注：(数据比特数÷(8/编码率))为符号数，向上取整

至此，我们就可以清楚的计算出，每一包数据的发送时间长度，同时，我们也就能够轻松的掌握wor的发送功能

WOR

WOR是一种通过增加LORA数据传输时间，来减少工作功耗的方式。
具体原理如下，每个WOR间隔，接收端会进行一次信号检测，确定是否存在LORA信号。
如果检测到前导码信号，那么就会唤醒设备，进行数据接收。
其他的时间都处于睡眠状态，因此就可以节省大量的功耗。
而发送端，如果需要发送一个数据，那么就需要先发送一个覆盖WOR间隔时间的前导码，根据计算，可以得出，需要多少个前导码，才能覆盖WOR的间隔时间。
这样就完成了WOR的工作模式。

扩展内容

前导码：

前导码是一串固定的符号内容的数据，通过前导码，接收端可以收到数据包信号，并进行扫描频点的对齐工作。

同步字：

同步字也是一个固定的符号，可以让接收端进行数据的时间同步对其，方便进行数据的解析与接收。

低速率优化：

当符号时间（Symbol Time）较长时（例如使用高扩频因子SF或低带宽BW），时钟漂移和频率偏差可能导致接收端解调失败。低速率优化通过以下方式解决这一问题。
当符号时间 >16ms（例如SF=12且BW=125kHz时），符号时间=32.768ms，必须启用低速率优化。

显式头模式使能：

强制包含头部字段
在数据包开头添加固定长度的Header，Header本身受CRC保护（若启用）包含：Payload长度（1字节），编码率CR（3 bits），CRC使能标志（1 bit），保留位（4 bits）
接收端动态解析参数
接收机根据Header中的CR和Payload长度动态调整解调逻辑。

对比隐式头模式（Implicit Header Mode）
隐式头模式省略Header字段，要求收发双方预先约定CR、Payload长度等参数。
隐式头模式数据包直接以Payload开头，减少传输开销。

实际影响
支持动态参数调整（例如动态切换CR或Payload长度）。
增强兼容性（不同设备间无需预先同步配置）。

适用场景：
需要灵活调整通信参数的应用（如多节点异构网络）。
调试阶段（避免反复同步配置）。
示例配置：显式头模式 + CRC启用，适用于工业物联网网关。

高级

LORA数据编码与传输原理：

首先，根据SF生成2^SF个特征码，比如7的时候，生成128个特征码，也就是从0000000到1111111每一个数据都存在单独的特征码。
接收端根据这个特征码来得知，发送的符号为哪个，这也就是为什么，符号发送的比特数与SF相同的原因。
那么电磁波是以一种什么样的形式，发送数据的呢？
LORA采用了Chirp信号（线性调频信号），线性增加频率发送时的能量大小，而不同的数据，会进行不同的频率偏移，比如125KHZ，被分为了128个频点，现在需要发送第45个符号，那么就从45这个频点，开始进行发送，能量逐步增高或者降低（取决于技术路线），等超过125KHZ的范围之后，就从0开始，使频率始终在这个范围内。
这样，接收端就可以知道，能量的峰值，在哪个频点，再与本地生成的能量峰值表进行对比，就知道发送端，发送的是哪个符号。
接收端扫描每个频点的时间，为1/带宽的HZ数，单位为秒，125KHZ的时候，扫描一个频点，也就是8us。
此外，在编码后，发送的数据比特数，大于符号的比特数的时候，会用多个符号去发送，多余的bit位补零。
这也就是符号数计算的公式来源。
注：
发送端的频率增加与能量增加其实是线性的，而不是一个个频点离散的，
接收端的进行了指定频点的离散扫描。
这也就是为什么，SF越大，每个符号发送的速度指数级变慢，而SF也同样代表发送的bit数的原因。