Говоря о технологии беспроводной связи IoT, LoRa должна быть знакома каждому. Она использует принцип модуляции с расширенным спектром и уникальный механизм коррекции ошибок для достижения беспроводной передачи на сверхдальние расстояния. Ее суть заключается в обмене полосы пропускания канала на соотношение сигнал/шум. таким образом увеличивая дальность беспроводной связи.

Конечно, цель этой статьи — не обсуждение характеристик LoRa, а разговор о нескольких ключевых основных параметрах модуляции LoRa.

1. Коэффициент расширения (SF)

Расширенный спектр LoRa использует несколько информационных чипов для представления каждого бита полезной информации. Скорость, с которой передается информация о расширенном спектре, называется скоростью передачи символов (Rs), а соотношение между скоростью передачи чипов и номинальной скоростью передачи символов представляет собой коэффициент расширения, который представляет собой количество отправленных символов на один информационный бит. Распространено мнение, что один бит данных представлен несколькими информационными чипами.

Чтобы упростить объяснение в цифровой области, если мы согласны с тем, что 101110 представляет фактический бит данных как 1, и приложению необходимо передать действительный пакет данных, такой как 0xFF, соответствующее двоичное представление будет следующим: 1111 1111, тогда фактические информационные чипы для передачи являются:

С помощью вышеописанного метода можно уменьшить частоту битовых ошибок при передаче, тем самым улучшив эффективное расстояние связи. Однако, когда количество передаваемых информационных символов одинаково, количество фактически передаваемых данных уменьшается. одинаковы. Чем больше установлен параметр SF, тем меньше фактическая скорость передачи данных.

Диапазон значений коэффициента расширения LoRa:

Примечание:

① Приведенная выше таблица взята из технического паспорта SX127x;

② SF=6 можно использовать только в режиме ImplicitHeader;

③ Серия SX126x может поддерживать SF=5.

2. Ширина полосы модуляции (BW)

Полоса пропускания канала используется для ограничения частотного диапазона, разрешенного для прохождения через текущий канал, и ее можно понимать как полосу пропускания частоты.

Разрешенная частота канала обычно составляет от 433,125 до 433,250 МГц, а соответствующая полоса пропускания = 125 кГц.

Согласно теореме Шеннона, увеличение пропускной способности канала может увеличить эффективную скорость передачи данных и сократить время задержки в эфире;

Теорема Шеннона

Однако из формулы расчета цифровой чувствительности видно, что увеличение полосы пропускания канала приведет к снижению чувствительности системы, тем самым сокращая расстояние беспроводной связи.

Чувствительность приема S = 10lg⁡(KTB) + NF + SNR, где B представляет полосу пропускания канала.

 В модуляции LoRa полоса пропускания канала представляет собой двустороннюю полосу пропускания (полную полосу пропускания канала), тогда как полоса пропускания традиционной модуляции FSK относится к односторонней полосе пропускания или полосе пропускания приема.

3. Скорость кодирования (CR)

 В процессе связи LoRa внутри используется технология циклического прямого исправления ошибок. То есть часть пакетов данных, фактически передаваемых по беспроводной сети, используется для декодирования с исправлением ошибок. Отношение эффективной длины данных к фактической длине пакета данных воздушной передачи. называется скоростью кодирования.

Диапазон скоростей кодирования LoRa и соответствующий коэффициент служебной информации:

Примечание. Приведенные выше изображения взяты из технического описания SX127x.

 На основании вышеизложенного можно видеть, что использование алгоритмов исправления ошибок приведет к увеличению накладных расходов на линии связи и снижению эффективной скорости передачи данных. Однако из-за существования кодирования с исправлением ошибок передача имеет сильную помехоустойчивость и более высокую надежность.

 Взаимосвязь между полосой пропускания сигнала LoRa BW, скоростью символов Rs и скоростью передачи данных DR.

Скорость чипа Rc:

Как упоминалось ранее, полоса пропускания имеет большую связь со скоростью передачи сигнала. Здесь скорость передачи чипа равна значению полосы пропускания (единицы Гц), то есть:

Rc=BW = |BW|чипов/с

Стоимость символа рупий:

Каждый символ имеет 2^SF чипов, а скорость передачи этих чипов равна Rc. Следовательно, скорость передачи символов Rs равна:

Rs= Rc/2^SF = BW/2^SF

Скорость передачи данных DR (или битрейт):

DR= Rb(бит/сек) = SF * Rs * CR = SF * (BW/2^SF) * CR

4. Оптимизация низкой скорости передачи данных

По мнению многих людей, существует только три основных параметра LoRa: SF, BW и CR. Установка значения параметра «Оптимизация низкой скорости передачи данных» легко игнорируется, но в процессе проектирования этот параметр по-прежнему имеет решающее значение, особенно. В низкоскоростных приложениях передачи больших пакетов данных длительная непрерывная передача передатчика может привести к сдвигу частоты системы и, таким образом, снизить вероятность успешной связи. Включение опции оптимизации низкой скорости передачи данных может повысить надежность связи LoRa. в условиях низкой скорости секса.

Конкретные условия настройки заключаются в том, что, когда время передачи одного символа превышает 16 миллисекунд, бит LowDataRateOptimize должен быть включен, и как передатчик, так и приемник должны иметь одинаковую настройку LowDataRateOptimize.

В качестве примера возьмем BW=500K, SF=9:

В это время RS =500 кГц/512, TS = 1/RS = 512/500 кГц = 1 мс.

В этом случае нет необходимости включать оптимизацию низкой скорости передачи данных.

Возьмем, к примеру, BW=25K, SF=10:

В это время RS =25 кГц/1024, TS = 1/RS =1024/25 кГц = 40,96 мс.

В этом случае необходимо включить оптимизацию низкой скорости передачи данных.