儀器儀表商情網(wǎng) 技術分析 LoRa是一種專用于無線電擴頻調制解調的技術，它與其他如FSK（頻移鍵控）、GMSK（高斯最小頻移鍵控）、BPSK（二進制相移鍵控）及其派生的調制方案形成明顯的對比。
它融合了數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術，擁有前所未有的性能。此前，只有一些軍事通訊系統(tǒng)中才會融合這些技術，而隨著LoRa的引入，嵌入式無線通信領域的局面發(fā)生了徹底的改變。
圖1：支持LoRa調制技術的無線產品
前向糾錯編碼技術是給待傳輸數(shù)據(jù)序列中增加了一些冗余信息，這樣，數(shù)據(jù)傳輸進程中注入的錯誤碼元在接收端就會被及時糾正。這一技術減少了以往創(chuàng)建“自修復”數(shù)據(jù)包來重發(fā)的需求，且在解決由多徑衰落引發(fā)的突發(fā)性誤碼中表現(xiàn)良好。
圖2：針對復雜的環(huán)境有很強的適應能力
一旦數(shù)據(jù)包分組建立起來且注入前向糾錯編碼以保障可靠性，這些數(shù)據(jù)包將被送到數(shù)字擴頻調制器中。這一調制器將分組數(shù)據(jù)包中每一比特饋入一個“展擴器”中，將每一比特時間劃分為眾多碼片。LoRa調制解調器經(jīng)配置后，可劃分的范圍為64-4096碼片/比特。AngelBlocks配置調制解調器可使用4096碼片/比特中的最高擴頻因子（12）。相對而言，ZigBee僅能劃分的范圍為10-12碼片/比特。
圖3：擴頻信號在噪聲中傳輸
通過使用高擴頻因子，LoRa技術可將小容量數(shù)據(jù)通過大范圍的無線電頻譜傳輸出去。實際上，當你通過頻譜分析儀測量時，這些數(shù)據(jù)看上去像噪音，但區(qū)別在于噪音是不相關的，而數(shù)據(jù)具有相關性，基于此，數(shù)據(jù)實際上可以從噪音中被提取出來。其實，擴頻因子越高，越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來。
圖4：調整擴頻因子可以獲得更遠的通信距離
在一個運轉良好的GFSK接收端，8dB的最小信噪比（SNR）需要可靠地解調信號，采用配置AngelBlocks的方式，LoRa可解調一個信號，其信噪比為-20dB，GFSK方式與這一結果差距為28dB，這相當于范圍和距離擴大了很多。在戶外環(huán)境下，6dB的差距就可以實現(xiàn)2倍于原來的傳輸距離。為了有效地對比不同技術之間傳輸范圍的表現(xiàn)，我們使用一個叫做“鏈路預算”的定量指標。鏈路預算包括影響接收端信號強度的每一變量，在其簡化體系中包括發(fā)射功率加上接收端靈敏度。
圖5：靈活可調整的功率等級
AngelBlocks的發(fā)射功率為100mW（20dBm），接收端靈敏度為-129dBm，總的鏈路預算為149dB。比較而言，擁有靈敏度-110dBm（這已是其極好的數(shù)據(jù)）的GFSK無線技術，需要5W的功率（37dBm）才能達到相同的鏈路預算值。在實踐中，大多GFSK無線技術接收端靈敏度可達到-103dBm，在此狀況下，發(fā)射端發(fā)射頻率必須為46dBm或者大約36W，才能達到與LoRa類似的鏈路預算值。因此，使用LoRa技術我們能夠以低發(fā)射功率獲得更廣的傳輸范圍和距離，這種低功耗廣域技術正是我們所需的。
