硬核科普：LoRa擴(kuò)頻原理

　　在物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜的應(yīng)用場景來說，要考慮的因素很多，包括成本、速率、壽命、移動(dòng)性和覆蓋范圍等等，絕對不是某項(xiàng)單一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就可以稱霸天下的。而“LoRa”擴(kuò)頻技術(shù)，就是一項(xiàng)和NB-IoT激烈競爭的LPWAN技術(shù)。市場上，基于LORA擴(kuò)頻技術(shù)的LORA網(wǎng)關(guān)、LORA采集模塊、LORA透傳模塊、LOra閥門控制器等設(shè)備，琳瑯滿目。

　　LoRa擴(kuò)頻技術(shù)定義

　　擴(kuò)頻因子(SF)

　　LoRa擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)采用多個(gè)信息碼片來代表有效負(fù)載信息的每個(gè)位。擴(kuò)頻信息的發(fā)送速度稱為符號(hào)速率(Rs)，而碼片速率與標(biāo)稱符號(hào)速率之間的比值即為擴(kuò)頻因子，其表示每個(gè)信息位發(fā)送的符號(hào)數(shù)量。擴(kuò)頻因子為6時(shí)，LoRa的數(shù)據(jù)傳輸速率最快。

　　注意：因?yàn)椴煌腟F之間為正交關(guān)系，因此必須提前獲知鏈路發(fā)送端和接收端的SF。另外，還必須獲知接收機(jī)輸入端的信噪比。在負(fù)信噪比條件下信號(hào)也能正常接收，這改善了LoRa接收機(jī)的靈敏度，鏈路預(yù)算及覆蓋范圍。

　　擴(kuò)頻調(diào)制帶寬(BW)

　　增加帶寬，可以提高有效數(shù)據(jù)速率以縮短傳輸時(shí)間，但是會(huì)犧牲接收靈敏度。

　　LoRa信號(hào)帶寬BW、符號(hào)速率Rs和數(shù)據(jù)速率DR的關(guān)系

　　LoRa符號(hào)速率Rs可以通過以下公式計(jì)算：

　　Rs=BW/(2^SF)

　　每Hz每秒發(fā)送一個(gè)碼片。

　　LoRa數(shù)據(jù)速率DR可以通過以下公式計(jì)算：

　　DR=SF*( BW/2^SF)*CR

　　LoRa擴(kuò)頻技術(shù)一經(jīng)推出，就憑借驚人的靈敏度(-148dbm)、強(qiáng)悍的抗干擾能力、出色的系統(tǒng)容量表現(xiàn)，贏得了廣泛的關(guān)注。LoRa擴(kuò)頻技術(shù)改變了傳輸功耗和傳輸距離之間的平衡，徹底改變了嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大系統(tǒng)容量、低硬件成本的全新通信技術(shù)。

　　LoRa擴(kuò)頻原理

　　擴(kuò)頻通信原理

　　常規(guī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信原理：使用與數(shù)據(jù)速率相適應(yīng)的盡可能小的帶寬，因?yàn)閹挃?shù)是有限的，而且有很多的用戶要分享。盡可能使用最大帶寬數(shù), 同樣的能量在一個(gè)大的帶寬上傳播。

　　擴(kuò)頻帶寬的很小部分與常規(guī)無線信號(hào)相互干擾， 但常規(guī)無線信號(hào)不影響擴(kuò)頻信號(hào)，這是因?yàn)閮烧呦啾瘸Ｒ?guī)信號(hào)帶寬很窄。

　　擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用意義

　　一、擴(kuò)大帶寬、減少干擾

　　當(dāng)擴(kuò)頻因子為1時(shí)，數(shù)據(jù)1就用“1”來表示，擴(kuò)頻因子為4時(shí)，可能用“1011”來表示1，這樣傳輸?shù)臅r(shí)候可以降低誤碼率也就是信噪比，但是卻減少了可以傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)，所以，擴(kuò)頻因子越大，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)率就越小。

　　二、根據(jù)對速率的不同要求分配不同數(shù)量的碼道，提高利用率

　　擴(kuò)頻因子還有另一個(gè)用途，那就是正交碼，也就是正交可變擴(kuò)頻因子，通過OVSF可以獲得正交的擴(kuò)頻碼，擴(kuò)頻因子為4時(shí)有4個(gè)正交的擴(kuò)頻碼，正交的擴(kuò)頻碼可以讓同時(shí)傳輸?shù)臒o線信號(hào)互不干擾，也就是說，擴(kuò)頻因子為4時(shí)，可以同時(shí)傳輸4個(gè)人的信息。