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1 说明
本文主要介绍LoRa扩频技术细节,详细的描述了LoRa信号从数据流变为LoRa扩频信号,再从射频信号通过解调变为数据的全过程。内容主要来自《LoRa物联网通信技术》一书,该书是由现任Semtech LoRa中国区应用技术团队leader甘泉所著。
2 调制参数
可以针对特定的应用优化LoRa调制,依据四个关键的设计参数,每个参数都允许在链路预算、抗干扰能力、频谱占用和名义数据率之间进行权衡。
- 扩频因子SF
- 调制带宽BW
- 编码速率CR
- 低速率优化LDRO
2.1 扩频因子SF
LoRa扩频调制是通过把有效载荷中每比特数据用多位码片信息表示来实现的。
- 每个码片都是由2^SF个码片组成
- 一个码元承载SF个bit的数据
- 增大SF可使解调所需的信噪比门限值更低,但同时带来的是传输速率的降低。

2.2 编码速率CR
- LoRa调制解调器采用循环误差编码来执行前向误差检查和校正,这样就需要冗余位来填充FEC(前向纠错编码)
- CR为有用位数/总位数,可选范围为4/5~4/8。更高的编码率提供了更好的抗干扰性能,但同时会增大数据的开销。

2.3 调制带宽BW
- LoRa调制带宽是指双边带宽
- 增加信号带宽,可以提高有效数据速率以缩短传输时间,但这是以牺牲部分一接收灵敏度为 代价

2.4 低速率优化
- 对于低数据速率(一般指高SF或者低BW),建议当LoRa的码元(symbol)时间大于或等于16.38ms时,需开启低速率优化LDRO,这样会将每个符号的位数将减少为SF=2的配置,以便接收机更好低跟踪LoRa信号。
- 对于需要在空中传输数秒的长载荷,建议开启低速率优化LDRO,此时会放宽包传输时间内的频率漂移要求至Freq_drift_max的16倍。

3 LoRa帧结构
LoRa数据包包含4部分:
- 前导码
- 可选报头(隐形数据包无此部分)
- 数据有效载荷
- 有效载荷校验

本文深入探讨了LoRa的调制参数,包括扩频因子、编码速率、调制带宽和低速率优化,阐述了它们如何影响链路预算、抗干扰能力和数据传输。LoRa帧结构包含前导码、可选报头、有效载荷和CRC。调制链路和解调链路的过程也进行了详细解析,涉及纠错编码、交织、扩频序列生成等步骤。实际空口发射分析展示了数据如何通过LoRa调制编码并发送。
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