LoRa & LoRaWAN — Простое руководство

Радиоинтерфейс LoRa / LoRaWAN. Модуляция

LoRa (Long Range) — это технология беспроводной связи, разработанная для передачи данных на большие расстояния с низким энергопотреблением и высокой надежностью. Она обладает высокой устойчивостью к помехам, что делает её идеальной для IoT-приложений, удаленного мониторинга и низкопотребляющих широкополосных сетей (LPWAN).

AM — Амплитудная модуляция
FM — Частотная модуляция

Модуляция: Модуляция — это процесс кодирования информации на несущий сигнал путем изменения его частоты, амплитуды или фазы, что позволяет передавать полезные сигналы на расстояние.

Амплитудная модуляция (AM) — это тип модуляции, при котором амплитуда несущего сигнала изменяется пропорционально информационному сигналу, в то время как частота и фаза остаются постоянными.

Частотная модуляция (FM) — это тип модуляции, при котором частота несущего сигнала изменяется пропорционально информационному сигналу, в то время как его амплитуда остается постоянной.

LoRa использует комбинированную технику модуляции на основе линейной частотной модуляции (чирп-расширение спектра, CSS). В этом методе частота сигнала непрерывно увеличивается от низкой к высокой (или наоборот) в заданном диапазоне.

LoRaWAN-модуляция относится к LFM (линейная частотная модуляция) или CSS (чирп-расширение спектра). Тип несущего (немодулированного) сигнала.

Радиоинтерфейс LoRa / LoRaWAN. Модуляция

Чирп-модуляция в LoRa включает нерегулярные прерывания цикла, что означает возможность остановки цикла в любой точке, а не через равные временные интервалы. Эта особенность создает временной сдвиг, повышая устойчивость сигналов LoRa к помехам и улучшая распознавание сигналов даже в зашумленных средах.

LoRaWAN-модуляция происходит при «прерывании» цикла в одной из промежуточных точек и запуске нового цикла, что можно интерпретировать как временной сдвиг цикла.

Радиоинтерфейс. Коэффициент расширения спектра (Spreading Factor)

Коэффициент расширения спектра (SF) — «скорость» изменения частоты в LFM-сигнале. Чем выше SF, тем медленнее изменение частоты.
Изменение SF на единицу означает удвоение времени цикла (Chirp). При SF =7 и полосе 125 kHz длительность чирпа составляет 1.024 миллисекунды.

Длина чирпа влияет на уровень шума сигнала, улучшая распознавание сигнала на выходе. Это позволяет распознавать сигналы даже при более низкой энергии и сниженном уровне RSSI.

Представьте SF как «зум-объектив» — чем выше SF, тем сильнее «приближение» для большей дальности, но передача данных замедляется.

Более высокий коэффициент расширения спектра (SF) = большая дальность связи, но медленная передача данных.

Кодирование данных

Кодирование — добавление избыточной (управляющей) информации к передаваемым пользовательским данным для повышения вероятности успешного приема.
Уровень избыточности определяется соотношением кодовой скорости (CR), например, 4/5 означает, что из каждых 5 передаваемых битов 4 бита — полезные данные, а 1 бит — управляющий (избыточный).
Значение CR определяет скорость передачи полезной информации. LoRaWAN использует кодовую скорость в диапазоне от 4/5 до 4/8.

Скорость передачи данных в бит/с (bps) для полосы 125 kHz зависит от коэффициента расширения спектра (SF) и кодовой скорости (CR).