與其他無線技術(shù),諸如zigbee、NB-IOT、WiFi、藍牙等,Lora無線技術(shù)憑借其優(yōu)異的接收靈敏度而得到廣泛應用。而Lora數(shù)據(jù)包有三個關(guān)鍵參數(shù):前導碼、可選報頭、數(shù)據(jù)有效負載,接下來就對這三個參數(shù)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(shù)據(jù)流同步。默認情況下,數(shù)據(jù)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??梢詫⑶皩Тa寄存器長度設置在6到65536之間來改變發(fā)送前導碼長度,實際發(fā)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(zhí)行前導碼檢測。接收機的前導碼長度應與發(fā)射機一致。如果前導碼長度為未知或可能會發(fā)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(jù)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(guān)信息,包括:
以字節(jié)數(shù)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(fā)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(diào)用隱式報頭模式來縮短發(fā)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(diào)制解調(diào)
LoRa調(diào)制解調(diào)技術(shù)(下面簡稱LoRa)采用專有的調(diào)制和解調(diào)程序,將擴頻調(diào)制與循環(huán)糾錯編碼技術(shù)結(jié)合起來,與傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)(FSK或OOK)相比,這種技術(shù)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(wǎng)絡,方便在網(wǎng)絡中原有的調(diào)制方案失敗時擴大覆蓋范圍。開發(fā)人員通過調(diào)整擴頻因子、調(diào)制帶寬和編碼率這三個關(guān)鍵設計參數(shù)對LoRa進行優(yōu)化,可在鏈路預算、抗干擾性、頻譜占用度及標稱數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)送的符號數(shù)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(guān)系,因此發(fā)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(shù)據(jù)包,說明擴頻因子越大靈敏度越高,發(fā)送速度越慢。
五、編碼率
LoRa采用循環(huán)糾錯編碼進行前向錯誤檢測與糾錯,但會產(chǎn)生傳輸開銷。每次傳輸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)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(fā)送標稱比特率越大,說明增加信號帶寬可以有效提高數(shù)據(jù)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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