LoRa学习:LoRa关键参数(扩频因子,编码率,带宽)的设定及解释

mo_正_pei英尚微电子RF/无线 2023-12-18 09:39:44 2765阅读 举报
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
6、空中速率


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)
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:


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:
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:
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)
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:

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)
信道带宽(BW)是限定允许通过该信道的信号下限频率和上限频率,可以理解为一个频率通带。比如一个信道允许的通带为1.5kHz至15kHz,则其带宽为13.5kHz

在LoRa中,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。

LoRa带宽选项:



注意:较低频段(169MHz)不支持250K和500KHz的BW

LoRa带宽测试的波形图可以参考链接:
http://blog.csdn.net/HowieXue/article/details/79199712

4、LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系
LoRa符号速率Rs可以通过以下公式计算:

Rs=BW/(2^SF)

每Hz每秒发送一个码片。。

LoRa数据速率DR可以通过以下公式计算:

DR= SF*( BW/2^SF)*CR

5、LoRa信号带宽、扩频因子和编码率的设定
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。

6、空中速率
所谓空中速率表示LoRa/FSK 无线(在空气中的)通讯速率,也叫空中波特率,单位bps,
空中速率高,则数据传输速度快,传输相同数据的时间延迟小,但传输距离会变短。
空中速率和距离、延迟的关系如下图:

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作者:mo_正_pei英尚微电子
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