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详解LoRa关键参数(扩频因子,编码率,带宽)的设定

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发表于 2017-10-9 20:27:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
LoRa学习:LoRa关键参数(扩频因子,编码率,带宽)的设定及解释
  • 1、扩频因子(SF)
  • 2、编码率(CR)
  • 3、信号带宽(BW)
  • 4、LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系
  • 5、 LoRa信号带宽、扩频因子和编码率的设定

  • 针对特定应用,开发人员可通过调制扩频因子、调制带宽、纠错编码率这三个关键设计参数,对LoRa调制解调技术进行优化。。

1、扩频因子(SF)
[color=rgb(63, 63, 63) ]LoRa采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位,扩频信息的发送速度称为符号速率(Rs),而码片速率与标称的Rs比值即为扩频因子(SF,SpreadingFactor),表示了每个信息位发送的符号数量。。
LoRa扩频因子取值范围:
1.jpg
[color=rgb(63, 63, 63) ] 2.png
[color=rgb(63, 63, 63) ]注意:因为不同的SF之间为正交关系,因此必须提前获知链路发送端和接收端的SF。另外,还必须获知接受机输入端的信噪比。。在负信噪比条件下信号也能正常接收,这改善了LoRa接受机的林敏度,链路预算及覆盖范围。。
理解扩频因子的概念:
[color=rgb(63, 63, 63) ]通俗的说 扩频时你的数据每一位都和扩频因子相乘,例如有一个1 bit需要传送,当扩频因子为1时,传输的时候数据1就用一个1来表示,扩频因子为6时(有6位)111111,这111111就来表示1,这样乘出来每一位都由一个6位的数据来表示,也就是说需要传输总的数据量增大了6倍。
这样扩频后传输可以降低误码率也就是信噪比,但是在同样数据量条件下却减少了可以传输的实际数据,所以,扩频因子越大,传输的数据数率(比特率)就越小。。。
Lora扩频因子的使用:
[color=rgb(63, 63, 63) ]当扩频因子SF为6时,LoRa的数据传输速率最快,因此这一扩频因子仅在特定情况下使用。使用时需要配置LoRa芯片SX127x:
  • 在RegModemConfig2,将SpreadingFactor设为6
  • 将报头设置为隐式模式
  • 在寄存器地址(0x31)的2至0位写入0b101
  • 在寄存器地址(0x37)写入0x0C


2、编码率(CR)
[color=rgb(63, 63, 63) ]编码率,是数据流中有用部分的比例。
编码率(或信息率)是数据流中有用部分(非冗余)的比例。也就是说,如果编码率是k/n,则对每k位有用信息,编码器总共产生n位的数据,其中n-k是多余的。
LoRa采用循环纠错编码进行前向错误检测与纠错。。使用该方式会产生传输开销。。
每次传输产生的数据开销如下:
[color=rgb(63, 63, 63) ] 3.png
[color=rgb(63, 63, 63) ]在存在干扰的情况下,前向纠错能有效提高链路的可靠性。由此,编码率(抗干扰性能)可以随着信道条件的变化而变化,可以选择在报头加入编码率以便接收端能够解析。。。
3、信号带宽(BW)
[color=rgb(63, 63, 63) ]增加BW,可以提高有效数据速率以缩短传输时间,但是 以牺牲部分接受灵敏度为代价。对于LoRa芯片SX127x,LoRa带宽为双边带宽(全信道带宽),而FSK调制方式的BW是指单边带宽。
[color=rgb(63, 63, 63) ]LoRa带宽选项:
[color=rgb(63, 63, 63) ] 4.png
[color=rgb(63, 63, 63) ] 5.png
[color=rgb(63, 63, 63) ]注意:较低频段(169MHz)不支持250K和500KHz的BW
4、LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系
[color=rgb(63, 63, 63) ]LoRa符号速率Rs可以通过以下公式计算:
[color=rgb(63, 63, 63) ]Rs=BW/(2^SF)
[color=rgb(63, 63, 63) ]每Hz每秒发送一个码片。。
[color=rgb(63, 63, 63) ]LoRa数据速率DR可以通过以下公式计算:
[color=rgb(63, 63, 63) ]DR= SF*( BW/2^SF)*CR
5、LoRa信号带宽、扩频因子和编码率的设定
[color=rgb(63, 63, 63) ]LoRaWAN主要使用了125kHz信号带宽设置,但其他专用协议可以利用其他的信号带宽(BW)设置。改变BW、SF和CR也就改变了链路预算和传输时间,需要在电池寿命和距离上做个权衡。

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发表于 2018-4-11 14:09:39 | 显示全部楼层
写得不错!
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发表于 2019-6-3 15:50:02 | 显示全部楼层
好文章,谢谢分享。
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