硬核科普：LoRa擴頻原理

　　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、移動性和覆蓋范圍等等，絕對不是某項單一技術(shù)標準就可以稱霸天下的。而“LoRa”擴頻技術(shù)，就是一項和NB-IoT激烈競爭的LPWAN技術(shù)。市場上，基于LORA擴頻技術(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擴頻技術(shù)定義

　　擴頻因子(SF)

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

　　注意：因為不同的SF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，還必須獲知接收機輸入端的信噪比。在負信噪比條件下信號也能正常接收，這改善了LoRa接收機的靈敏度，鏈路預(yù)算及覆蓋范圍。

　　擴頻調(diào)制帶寬(BW)

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

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

　　LoRa符號速率Rs可以通過以下公式計算：

　　Rs=BW/(2^SF)

　　每Hz每秒發(fā)送一個碼片。

　　LoRa數(shù)據(jù)速率DR可以通過以下公式計算：

　　DR=SF*( BW/2^SF)*CR

　　LoRa擴頻技術(shù)一經(jīng)推出，就憑借驚人的靈敏度(-148dbm)、強悍的抗干擾能力、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。實現(xiàn)遠距離、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擴頻原理

　　擴頻通信原理

　　常規(guī)的數(shù)字數(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，因為帶寬數(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), 同樣的能量在一個大的帶寬上傳播。

　　擴頻帶寬的很小部分與常規(guī)無線信號相互干擾， 但常規(guī)無線信號不影響擴頻信號，這是因為兩者相比常規(guī)信號帶寬很窄。

　　擴頻技術(shù)應(yīng)用意義

　　一、擴大帶寬、減少干擾

　　當擴頻因子為1時，數(shù)據(jù)1就用“1”來表示，擴頻因子為4時，可能用“1011”來表示1，這樣傳輸?shù)臅r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)膶嶋H數(shù)據(jù)，所以，擴頻因子越大，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

　　擴頻因子還有另一個用途，那就是正交碼，也就是正交可變擴頻因子，通過OVSF可以獲得正交的擴頻碼，擴頻因子為4時有4個正交的擴頻碼，正交的擴頻碼可以讓同時傳輸?shù)臒o線信號互不干擾，也就是說，擴頻因子為4時，可以同時傳輸4個人的信息。