LoRa学习:LoRa关键参数(扩频因子,编码率,带宽)的设定及解释

学习大纲

  • 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

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:

作者:HowieXue

说明:LoRa应用学习站通过公开互联网收集、整理并转载有关LoRa及物联网应用解决方案,以供广大LoRa应用开发者和爱好者共同学习交流和参考运用到实际生产生活中。本站所有转载的文章、图片、音频、视频等资料的版权归版权所有人所有并衷心感谢您的付出,由于本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者,如果本网所选内容的文章原创作者认为其作品不宜放在本站,请及时通过以下留言功能通知我们采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。如果您希望保留本文在LoRa学习站,但希望文章末尾提供对作者的致谢或者产品、网站交换链接的,也请将需求写入以下留言栏中,谢谢您的支持。让我们共同努力,打造万物互联的未来美好生活!

您的留言或需求: