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【技術(shù)分享】一文讀懂LoRa調(diào)制方式

AGk5_ZLG_zhiyua ? 來源:未知 ? 2023-07-14 11:45 ? 次閱讀
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LoRa是一種基于擴頻調(diào)制技術(shù)的超遠距離無線傳輸方案,最遠通信距離可達10km,廣泛應(yīng)用于各種物聯(lián)網(wǎng)場景。本期文章將詳細介紹LoRa的調(diào)制方式,帶你了解其超遠距離通信的秘訣。 a41c3b9a-21f8-11ee-962d-dac502259ad0.jpg??擴頻調(diào)制技術(shù)眾所周知,無線通信基礎(chǔ)的調(diào)制方式包括模擬調(diào)制AM、FM和PM,以及數(shù)字調(diào)制ASK、FSK、PSK、QAM等。LoRa是一種擴寬頻譜的調(diào)制方式,稱為線性擴頻調(diào)制——CSS調(diào)制(Chirp Spread Spectrum modulation)。CSS調(diào)制分為頻率上行(up-chirp)和頻率下行(down-chirp)兩種模式。使用頻率上行模式時,CSS調(diào)制信號的頻率會隨著時間的增加而升高;使用頻率下行模式時,CSS調(diào)制信號的頻率會隨著時間的增加而降低。如圖1和圖2所示,LoRa調(diào)制信號的頻率始終在f_high和f_low之間沿著某種規(guī)律周期性變化。

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圖1 CSS調(diào)制信號的時域曲線與頻率變化

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圖2 LoRa調(diào)制信號實例

a4b11d8c-21f8-11ee-962d-dac502259ad0.jpg??調(diào)制參數(shù)LoRa擴頻調(diào)制中有三個重要的參數(shù):符號(Symbol)、擴頻因子(SF)和碼片(chip)。通常一個符號包含一個或多個比特,包含的比特個數(shù)稱為擴頻因子,能夠表示的值的數(shù)量稱為碼片數(shù)量。若SF=7,則一個符號包含7個比特,能表示2^7個值,即0~127,而且碼片數(shù)量為128。LoRa收發(fā)機經(jīng)過配置后,可劃分的范圍為64~4096碼片/符號(對應(yīng)的SF為6~12)。

以頻率上行模式為例,在一個頻率上升的周期里,可變化的頻率范圍被分為2^SF個碼片。若SF=7,則一個符號包含7個比特,頻段被分為128個碼片,每個碼片之間的間隔為(f_high - f_low)/128。若該符號為1011111(十進制值=95),則該符號的起始頻率為f_low + 95 *(f_high - f_low)/128,隨后在一個頻率變化周期內(nèi)頻率上升到f_high,然后由f_low開始再次上升回到起始頻率,如圖3所示。

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圖3頻率上行模式,SF=7,LoRa調(diào)制信號的頻率變化規(guī)律

a4b11d8c-21f8-11ee-962d-dac502259ad0.jpg??擴頻技術(shù)優(yōu)勢即使環(huán)境中的噪聲很大,LoRa收發(fā)機也能從容應(yīng)對。通過使用高擴頻因子,LoRa發(fā)射機可將小容量數(shù)據(jù)通過大范圍的無線電頻譜傳輸出去。當(dāng)你通過頻譜分析儀測量時,發(fā)現(xiàn)這些信號看上去像噪聲,但區(qū)別在于噪聲是不具有相關(guān)性的,而信號是具有相關(guān)性的?;诖颂匦裕盘柨梢詮脑肼曋斜唤庹{(diào)出來。擴頻因子越高,越多數(shù)據(jù)可從噪聲中提取出來。

一般的GFSK接收機需要8dB的最小信噪比(SNR)才能解調(diào)信號,而LoRa接收機僅需要-20dB的最小信噪比就可以解調(diào)信號。GFSK調(diào)制和LoRa調(diào)制的解調(diào)信噪比差距為28dB。相比之下,LoRa極大程度地提高了通信范圍和距離。在戶外環(huán)境中,6dB的差距就可以實現(xiàn)2倍于原來的傳輸距離。

廣州致遠電子股份有限公司推出的ZM68S系列是一款高性能低功耗的LoRa透傳模組,具有低功耗、遠距離、小尺寸、低成本等特點,最大發(fā)射功率可達+22dBm,默認通信速率下的接收靈敏度可達-125dBm。其高達147dB的鏈路預(yù)算可以輕松滿足公里級的傳輸需求,廣泛應(yīng)用于各種戶外場景,如無線表計、無線消防、智能測量、智慧工廠等。

a4b11d8c-21f8-11ee-962d-dac502259ad0.jpg技術(shù)交流長按識別如下二維碼可加入“無線通訊技術(shù)交流群”,與志同道合的朋友交流,并有專業(yè)技術(shù)人員為您答疑解惑,如有問題可以咨詢小致微信zlgmcu-888。a52b64c0-21f8-11ee-962d-dac502259ad0.png ?


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