LoRa技术、LoRa网络架构及其优势全解

一、什么是LoRa技术LoRa是一种专用于远距离低功耗的无线通信技术,其调制方式相对于其他通信方式大大增加了通信距离,可广泛应用于各种场合的远距离低速率物联网无线通信领域。比如自动抄表、楼宇自动化设备、无线安防系统、工业监视与控制等。具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点,可根据实际应用情况对天线增益进行调节。二、LoRaWAN网络架构LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构,在...了解详情

LoRa无线通信设计(三)小区环境测试

引言我们在《LoRa无线通信设计(一)原理》中解释了LoRa扩频通信带来更长的通信距离的原理http://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/47857259。在微功率无线通信中典型的应用场景是3种:空空距离通信:如连接湖、河、平原、山丘等自然区域的机械设备和传感器;住宅区域通信:如连接小区、工厂、商场的灯光和烟雾报警器等;跨楼层通信:如连接家庭水、燃气、电、热等表计;在小区环境通信中,无线电信号会受到高层建筑物的阻碍,无法做到直线传播。当绕射的信号到达接收器时比较微弱,需要接收灵敏度高的机制才能保证通信。LoRa通信距离远,抗干扰能力强,那么它在一个住宅小区里的通信性能如何呢?我们一起看看小区测试情况。一.测试小区我们挑选了一个成熟的小区,该小区有5334户,高层建筑(18层和32层)有64栋,容积率3.95(密度较大)。该小区的实景图如下:二.测试方法我们使用iWL881A无线通信模块进行测试,该产品由长沙市锐米通信科技有限公司研制,www.rimelink.com,属于LoRa长距离低功耗产品,实物图片如下。有想了解该产品低功耗特性的朋友,请参考博文:http://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/47700597iWL881A共支持10个档位,每个档位的速率如下表:
档位1
速率(bps61324448816028750810162033
长度13612252525
在不同的通信速率下测试数据帧的长度不同,通信数据为随机数据,外加2字节的CRC16校验。以第10档为例,随机数据长度为252字节,外加2字节校验,即...了解详情

LoRa无线通信设计(二)空空距离测试

引言我们在《LoRa无线通信设计(一)原理》中解释了LoRa扩频通信带来更长的通信距离的原理http://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/47857259。在微功率无线通信中典型的应用场景是3种:空空距离通信:如连接湖、河、平原、山丘等自然区域的机械设备和传感器;住宅区域通信:如连接小区、工厂、商场的灯光和烟雾报警器;跨楼层通信:如连接家庭水、燃气、电、热等表计;Semtech公司号称LoRa的最大空空通信距离可达15千米,当然这是在最低速率(BW=7.8kHz, FEC=4/8,SF=4096 chips/symbol, 约1.43bps)和最佳环境(天气良好,环境适宜)下取得的成绩。毕竟1.43bps的速率除极为特殊的场合(如:像“探索者2号”之类的太空通信或军事应用)外,作用不大。今天,我们挑选一个尚能应用大部分场合的低速率(BW=62.5kHz, FEC=4/5, SF=1024 chips/symbol, 约204bps),在湘江边空旷地区进行空空距离测试。Let’s Go!一.测试地区概貌我们先用百度地图看看本次LoRa空空距离测试区域的概貌,如下图所示,将发射模块放置在起点位置,测试人员沿“长沙绕城高速”前行,分别在江西岸(1.7公里)、江中(2.4公里)、江东岸(3.2公里)和芙蓉北路(4.6公里)进行通信测试。起点与这4个测试点之间空旷,没有建筑物,是一个难得的测试场景。二.测试方法我们使用iWL881A无线通信模块(长沙市锐米通信科技有限公司,www.rimelink.com,LoRa长距离低功耗产品),设置在第4档位,使用弹簧天线。考虑通信速率比较低(约204bps),通信数据为16字节随机数据,外加2字节的CRC16校验,即通信帧总长为18字节。发射器每发送一帧数据后进入等待状态,如果接收到接收器的回应(即18字节)后,再发送下一帧数据,通过统计发送帧数目和接收帧数据,可以计算出通信成功率。接收器每接收到通信帧,闪烁LED1,表明接收到数据包;然后对16字节的数据校验CRC16,如果正确则回应18字节的数据帧,闪烁LED2灯。我们把发射器放置在湘江边高层建筑的25楼,如下图所示,拿接收器沿高速公路前行,通过观看LED灯的闪烁可以得知通信成功与否。三.测试结果在湘江西岸(1.7公里):接收器成功接收到数据帧,根据LED1和LED2同时闪烁可知,接收成功率高。湘江中(2.4公里):通信正常,LED1和LED2闪烁接近,接收成功率高。江东岸(3.2公里):有一些丢包,LED1的闪烁次数与LED2明显要多。此时,发射模块的大厦已经隐隐约约了。芙蓉北路(4.6公里):此处已经无法看到发射节点的大厦了,令人惊讶的是,接收器的LED1和LED2灯仍然闪烁,比例约为2:1,即接收成功率为50%。4.8公里处失联:继续向东,过芙蓉北路约200米,仔细测试超过5分钟,LED1和LED2没有任何闪烁,可以断定此处通信失败。看图片可知,有桥梁、树木等阻碍,足以中断微弱的信号(无线信号衰减与距离的平方成正比)。四.测试总结首先,还是证明了LoRa无线超长的通信距离,虽然我们只测试了4.6公里,这对于物联网建设已经是一个很大的应用场景。想象下,我们隔一条江就可以用无线控制对面的一个机械设备(如水泵的开关或放水闸门开关),这是一个多么节省成本和人力的方案。要知道这个微功率无线产品价格低廉,且使用的是免费无线频带,再加上它的低功耗可以方便安装在电池供电的掌机上。相反,GPRS技术硬件价格比LoRa模块高,需要到中国移动(或联通)购买一张SIM卡,每个月需要支持流量费用。另外GPRS能耗高,如果安装在便于携带的掌机上,需要价格不菲的大容量锂电池,还要经常充电。其次,不得不佩服欧美人的科研精神和信念。扩频技术理论已经有70多年了,因为调制解调技术的复杂性,一直没有应用在微功率IC上。现在,Semtech公司于2013年成功研制LoRa芯片。除去人家多年科研积累和人才,更有一种坚持不懈的精神和科技为人类服务的信念。这些,正是我们这个浮燥和功利民族学习的地方,中国人聪明,同时需要增长科学智慧。往返徒步10公里,经过3个小时的测试时间,已经到了下午1点了,饥饿侵袭,看着下图修铁路工人就餐,感受到了简单的幸福。随后,上一张湘江美景。70多年前游弋在此的是日寇的汽艇,再过5天,我们将迎来抗战胜利70周年大阅兵。无论战争还是和平年代,努力提高自身水平,提高民族竞争力,提升国力,永远都是真理。了解详情

LoRa无线通信设计(一)原理

引言1901年,古列尔默.马可尼把长波无线电信号从Cornwall(康沃尔,位于英国的西南部)跨过大西洋传送到3200公里之外的Newfoundland(加拿大的纽芬兰岛),至此人类进入了无线通信时代。100多年来,无线技术的发展为人类带来了无线电、电视、移动电话和通信卫星。近20年,最让人们深刻感受的是移动通信,手机几乎成为人们的一个器官,用它便捷接入Internet。无线通信具有一些天生优势:...了解详情

LoRa组网案例5:无线电表,唤醒+总线

案例背景某用电采集系统,为减少布线和施工的代价,计划使用无线采集方案。在方圆1km的区域,连接400块电表。基于国网电表通信协议,响应时间要求小于10秒。需要和某电表通信时先广播该电表号和请求命令,约20字节;对应表号的电表根据命令发送回复帧,约100字节;非该表号的电表不予回应。通信拓扑如下图所示提取需求
因素指标
距离1000米,墙壁、门等会造成信号衰减
带宽纯负载带宽:(20 * 8 + 100 * ...
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LoRa组网案例4:无线水表,上报+唤醒

案例背景水表无线集抄具备很多好处:容易施工、缴费便捷、方便查询等。长期以来困扰该方案的是,既要长距离通信,又要低功耗以延长电池使用寿命。现在,LoRa无线可以解决该难题。以32层高,每层4户为例,集抄128支水表;每15分钟抄读约10字节用水数据;10秒内能控制任意表计开阀(2字节,欠费停水,续费使用)。提取需求
因素指标
距离层高可达32楼,墙壁和门等会造成信号衰减
带宽纯负载带宽:(128 * 10 * 8...
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LoRa组网案例3:智能温控,上报+唤醒

案例背景舒适的温度可以提高人们的工作效率,一般办公楼都配置中央空调,如此一来,一方面保证温度合适,另一方面需要节能减排。可以设计一个智能温控系统,在办公区域布置100个温湿度传感器,温湿度值为8字节,每5分钟自动调节中央空调的温控功率。提取需求
因素指标
距离方圆500米,层高可达36楼,墙壁和门等会造成信号衰减
带宽纯负载带宽:(100 * 8 * 8 + 10 *8) bit / (5 * 60) s =2...
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LoRa组网案例2:控制路灯,唤醒下发

案例背景现代城市,一般在马路的两侧每30米布置一盏路灯,对路灯的控制包括开关:灵活地对“全部 / 部分 / 单盏”路灯进行开启和关闭;策略:根据昼夜长短、天色亮暗、车行人多寡和节假日,调节亮度。上述控制数据不超过10字节,要求在5秒钟内路灯做出响应,单个子网覆盖6km。提取需求
因素指标
距离3000米,城市高楼会造成信号衰减
带宽纯负载带宽:(10 * 8bit) / 5s=16bps,属于超低带宽要求
功耗严格,路灯有市电供应,但数量庞大,节能意义十分重大...
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LoRa组网案例1:温度采集,主动上报

案例背景一方圆500米的冶炼厂,需要将窑温控制在1200摄氏度,为此设计一个自动测温与添料系统:布置100个温度监测点,温度值为4字节,每5分钟采集一轮,电池供电。使用无线系统将温度值传输到服务器,计算并控制添加燃料的数量。提取需求
因素指标
距离约500米,有少许障碍物,有电磁干扰
带宽纯负载带宽:(100 * 4 * 8bit) / (5 * 60s)=11bps,属于超低带宽要求
功耗苛刻,电池供电,非采集时段要求休眠节能...
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LoRaWAN终端入网方式OTAA与ABP常见错误更正

在之前的文章中为大家介绍了:LoRa终端OTAA与ABP入网方式工作原理区别介绍与:在弱网区域下,LoRa终端的入网方式该如何选取,现在为大家介绍LoRaWAN终端入网方式OTAA与ABP在网络中常见的错误知识更正及总结,此文来自小七老师,小七老师是腾讯云在线课堂物联网讲师。LoRa,终端入网,OTAA,AB在正文开始之前,先向大家介绍如何选购LoRaWAN终端,我们在购买终端时,需要提前和厂商...了解详情

在弱网区域下,LoRa终端的入网方式该如何选取

在之前的文章中为大家介绍了如何将LoRa节点添加到TTN服务器上并以OTAA方式入网TTN?现在为大家介绍在弱网区域下LoRa节点入网方式OTAA与ABP该如何选择,此文来自小七老师,小七老师是腾讯云在线课堂物联网讲师。LoRa终端两种不同的入网方式,在LoRaWAN协议中,它们分别称为OTAA和ABP。在上一篇文章LoRa终端OTAA与ABP入网方式工作原理区别介绍中,似乎全都是OTAA的优点,...了解详情

LoRa终端OTAA与ABP入网方式工作原理区别介绍

在之前的文章中介绍了如何将LoRa节点添加到TTN服务器上并以OTAA方式入网TTN?,现在为大家介绍LoRa终端两种入网方式OTAA与ABP工作原理的区别,此文来自小七老师,小七老师是腾讯云在线课堂物联网讲师。OTAA,ABP,LoRa终端,入网方式LoRa终端两种不同的入网方式,在LoRaWAN协议中,它们分别称为OTAA和ABP。OTAA的全称是Over The Air Activation...了解详情

如何使用Microchip的LORA模块,以加快物联网设计

LoRaWAN提供了很好的匹配,以物联网的需求,性能特点。除了它的扩展工作范围和低功耗的要求,LoRaWAN提供安全,灵活的通信选项。然而,为了实现一个LoRaWAN溶液所需的硬件和软件可以证明一个主要障碍集中在物联网应用程序本身的开发团队。本文将详细阐述了MicrochipTechnology的第1部分介绍RN2903 LORA模块,并展示如何使用一些额外的硬件和软件,用它来实现远距离,低功耗设计,物联网。快速入门套件MicrochipTechnology的RN2903 LORA模块是一个物联网设计近投递LoRaWAN硬件解决方案。即便如此,它仍然只是一个完整的LoRaWAN网络的基石,开发者仍然必须考虑支持硬件和软件系统。Microchip的满足这一需求提供全面的评估套件,提供了实现LoRaWAN对物联网所需要的其他元素。正如第1部分所提到的,MicrochipTechnology的RN2903支持LoRaWAN兼容的通信频率为915MHz,旨在简化物联网应用的开发。全面认证,Microchip的模块包括了实现LoRaWAN连接(图1)所需的所有组件。该模块的命令处理器采用板载LoRaWAN固件完全支持LoRaWAN类的协议。板载EEPROM提供存储用于LoRaWAN配置参数,从而提高性能和减少主机和模块之间的数据传输增加的安全性。图1:Microchip的LORA模块提供了LoRaWAN连接,其板载命令处理器,LoRaWAN协议栈,射频收发器和串行连接一个简易的解决方案。(图片来源:微芯片科技)Microchip的RN2903模块提供与外部MCU主机通信的专用UART接口。此外,该模块包括14 GPIO引脚,开发者可以使用模块固件监视或控制外部设备,如开关和LED编程。最后,该模块提供了方便的连接到一个简单的套偶极天线的射频信号引脚。模块的命令处理器根据通过其UART接口从外部主机MCU接收的命令执行LoRaWAN交易。正如任何网络通信的方法,LoRaWAN消息被发送,并在特定的格式接收。对于LoRaWAN的LORA联盟标准规定了在字节级苛求细节这些格式。该RN2903模块提供了一个直观的基于文本的方法,抽象LoRaWAN标准字节级别的格式为一组关键字的使用可选参数命令。Microchip的定义了三种类型的关键字:MAC的LoRaWAN MAC配置和控制命令无线电指令针对PHY无线电层SYS额外的模块功能,如提供模块固件版本的信息或访问模块的EEPROM存储器命令例如:mac tx uncnf 30 23A5发送端口30的数据值“2,3,4,5-”的消息。的“uncnf”选项表示设备没有请求从网络服务器确认。或者,使用“CNF”选项表示该设备预计网络服务器确认收到。的洛拉模块负责将其发送到它的网关以便传递到网络服务器之前加密该消息。radio tx 6d657****765发送含有值[0x6d]一揽子[0x65] [0x73] [0x73] [0x61] [0x67] [0x65(十六进制示例文本字符串“消息”)sys set nvm 100 FF存储该值为0xFF在EEPROM中的用户分区的地址为0x100物联网设备设计凭借其串行接口,RN2903需要一些额外的组件来实现兼容LoRaWAN,物联网的硬件设计。Microchip的进一步发展速度与RN2903LORA莫特。为了证明其LORA模块功能,Microchip的LORA莫特提供实现LoRaWAN兼容的无线传感器需要一套完整的硬件和软件。Microchip的RN2903 LORA莫特和RN2483 LORA莫特各结合各自的LORA模块与MicrochipPIC18LF45K50 8位MCU,作为传感器的操作和LoRaWAN协议执行主处理器。此外,莫特包括用于采集样品的数据,以及用于用户反馈的液晶显示光传感器和温度传感器。该莫特通过一个标准的USB接口,它提供了访问LORA模块的UART接口连接到主机。在开发过程中工程师们可以通过发送执行LoRaWAN操作MAC,无线电和SYS命令字符串使用莫特的USB连接的模块。在运行期间,物联网设备主机上运行的代码会发出需要的物联网应用的命令和处理响应。对于LoRaWAN应用,Microchip提供的硬件莫特丰富的C软件库。例如,一个应用程序级例程,MOTEapp.c,收集的传感器数据,并通过LoRaWAN连接发送数据,处理由RN2903预期低级MAC命令(清单1)。. . .moteApp_clearBuffers();// Make Sure Port is in allowed Range// Prepare DataBuffer for Txlight = 0;temperature = 0;NOP();// Measure SensorsmoteApp_setSensorsInput();uint8_t sizeOfUpdate = 0;light = moteApp_convertSensorValue(moteApp_getLightValue());oled_putString(moteApp_getLightString(), 6, 1);sizeOfUpdate = moteApp_addToDataBuffer(moteApp_getLightString(), 4);temperature = moteApp_convertSensorValue(moteApp_getTempValue());temperature = ADC_TempConversion(temperature);moteApp_add8bToDataBuffer(temperature, 4 + moteApp_lightStringSize() + 1);// Do Normal Operation. . .// Getting Random ChannelrandomPortNum = TMR2_ReadTimer();. . .// Prepare DataBuffer for TxmoteApp_add8bToDataBuffer(randomPortNum, 0);dataBuffer[3] = 0x20;NOP();sendDataCommand("mac tx uncnf ", dataBuffer, 12);. . .清单1:Microchip提供C语言软件演示样本物联网的应用程序,收集从莫特的光照和温度传感器的数据,建立与数据(消息add8bToDataBuffer),发送消息(sendDataCommand使用MAC TX命令)。(代码源:微芯片科技)应用级开发随着简单的基于关键字的命令方式,Microchip的LORA模块和相关莫特开发板显著简化LoRaWAN终端设备的发展。然而,即使在系统级莫特板及其相关软件地址LoRaWAN层次仅是最低的,终端设备的水平。一个完整的LoRaWAN兼容网络需要额外的硬件部件,包括兼容网关(S)和一个网络服务器。此外,在实施的物联网应用,开发者必须处理的LORA联盟标准只涉及标准OSI堆栈的最低水平这一事实。其结果是,开发者需要完成的其他联网层,开始与位于由LoRaWAN MAC标准寻址的数据链路层之上的OSI网络层。微芯片的地址这一需要使用实现一个完整LoRaWAN兼容网络,包括端设备,网关和网络服务器的硬件和软件开发工具包。Microchip的RN2903LORA网络评估工具包和RN2483LORA网络评估套件捆绑一对微尘与Microchip的LoRaWAN网关板。董事会是由LoRaWAN网关核心板和相关的无线子卡完整的天线和电缆。在软件方面,该试剂盒使用从MicrochipLORA技术评估套件提供所有全面评估的示例LORA系统所需的软件组件(图2)。图2:Microchip的LORA网络评估套件和软件套件实现完整的LoRaWAN的网络应用,包括终端设备(莫特板),网关(核心板)和网络服务器(mchplora)。(图片来源:微芯片科技)该套件提供了一个网络服务器(mchplora)的设计使其在开发系统的虚拟机上运行泊坞窗容器。网关主板通过USB连接到开发系统和无线方式与莫特板通信。该莫特板通过制定系统的USB到基于Java的开发实用程序连接。设计与评估套件工作,Microchip的LORA开发套件提供了一个全面的Java套件,提供了更为丰富的比提供的服务与莫特C ++类库。例如,发送一个MAC传输,开发套件抽象相关交易一个简单的execute一个方法macTX类(清单2)。void macTXSendAction(){if (this.application.device.updateValueFlag)this.application.device.wanPojo.setData(this.data.getText());if (this.application.device.updateValueFlag) {this.application.device.wanPojo.setPortNumber(this.portNumber.getText());}ICommand macTX = CommandFactory.getCommand(CommandFactory.mactx);DeviceModel currDev = this.application.device;macTX.setDataModel(currDev);List task = new ArrayList();task.add(macTX);if (currDev != null)this.application.mvcController.execute(task);elseSystem.err.println("Current Device not set");}清单2:Microchip的LORA开发套件提供了一个完整的LoRaWAN环境,包括一系列广泛的Java包(JAR文件)的抽象LoRaWAN交易,如MAC TX到一组简单的软件电话等macTXSendAction()。(代码源:微芯片科技)在清单2中,CommandFactory在定义的类LoRaDevUtility.jar定义public static String mactx = "mac tx";然后创建适当的类的一个实例,在这种情况下,一macTx类对象,当工厂称为CommandFactory.mactx:if (command.compareTo(mactx) == 0)return new macTX();该macTX.class在LoRaDevUtility.jar提供运行时配置值和各种服务功能,如数据包验证,以及该类的主要实用方法execute。该execute方法创建所需的MAC TX规定格式字符串命令,传送消息(WriteI2cData),然后获取响应:. . .command = new StringBuilder().append("mac tx").append(((DeviceModel)this.server).wanPojo.getIsConformed()).append("").append(((DeviceModel)this.server).wanPojo.getPortNumber()).append("").append(((DeviceModel)this.server).wanPojo.getData().replace("0x","")).toString();. . .byte[] data = command.getBytes();((DeviceModel)this.server).getController().transport.WriteI2cData(this.processPacket.pack(data), null, this.timeout);byte[] read = null;read = super.readResponseData();结论有效连接是由低功率的IoT器件的海量数的IoT网络的基本要求。LoRaWAN提供了一个有效的物联网连接解决方案,以提供最低的功率要求远距离操作。与任何连接选项,可实现在证明自己的一大创举,从他们的主要集中在物联网应用本身分心开发。基于Microchip的RN2903 LORA模块,MicrochipTechnology的LORA网络评估套件和相应的LORA开发套件提供完整的应用LoRaWAN。使用预认证的硬件和软件的组合,开发人员可以快速调出能够实现15公里无线范围和10年的电池寿命的物联网连接解决方案。了解详情

LoRa终端低功耗设计的策略方案介绍

LoRa终端的低功耗设计,一直是业内关注的话题。目前IoT业界一般宣称loRa的电池寿命可以达到10年以上。但是,到实际的产品中,由于待机时间和工作模式对功耗影响很大,因此待机时间差别也比较大。对于使用频率比较低的LoRa产品,待机时间可以达到3-5年,但对于一些GPS实时追踪的LoRa产品,电池可能只有几天的寿命。因此,对于实际的Lora终端产品,如何降低其功耗、尽量延长实际的待机时间、以降低维...了解详情

一个LoRaWAN网关能支持多少个节点

前言对于需要购买LoRaWAN网关的人来说,可能最重要的一个问题就是:一个网关能容纳多少个节点?我有N个节点,需要配备多少个LoRaWAN网关才够用?很可惜的是,这个问题没有简单的答案。一、LoRaWAN网关单网关能容纳的节点的数量1、理论值假设单个网关每天最多可以接收a个数据包,每个节点的应用发包频率是每小时b个数据包的话,那么,单个网关最多可以容纳的节点的数目的理论值的计算式如下S=a/(24*b)。...了解详情

NB-IOT/LoRa/Zigbee无线组网方案对比

物联网设备节点组网存在2种组网方式, 无线组网和有线组网。 无线组网我们常见到的有Zigbee,LoRa, NB-IOT等,其中Lora/NB-IOT属于LPWAN技术,LPWAN技术有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点。NB-IoT有个明显的优势是数据采集后可直接上传到云端,不需要通过网关,简化了现场部署。通常要部署一个网关需要考虑位置,周围信号影响,考虑因素较多。现在把这个三个无线组...了解详情

唯传技术干货:影响LoRa网关容量的关键因素及扩容技术研究(一)

来源:唯传科技1.1概述 低功率广域网(LPWAN)是无线通信技术发展的新趋势。与传统网络系统不同,这些系统并不专注于为每个设备实现高数据速率。相反,为这些系统定义的关键性能指标是能效,可扩展性和覆盖率。今天的LPWAN通常被视为由终端节点设备(ED)和网关基站(BS)组成的蜂窝网络。 节点(ED)连接到基站(BS)并由其服务,从而在其周围形成星形拓扑网络。 Lora技术就是其中的典型代表。在...了解详情

LoRa之信道活动检测工作原理解析

实现原理信道活动检测关键:以尽可能高的的功率效率来检测无线信道上的LoRa前导码。。在CAD模式下,芯片会快速扫描频段,以检测是否有LoRa前导码。。  CAD流程如下在CAD过程中,将会执行以下操作锁定PLLoRa无线接收机从信道获取LoRa前导码符号,相当于执行Rx模式关闭接收机与PLL,开始执行调制解调器数字处理对获取的样本信号与理想的前导码波形进行关联关系计算完成计算后,调制解调器...了解详情