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【LoRa 与 LoRaWAN】知识点汇总_lora前导码

作者：你好赵伟 | 2024-06-13 18:11:35

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lora前导码

本文主要记录【LoRa 与 LoRaWAN】知识点汇总，知识均来源于网络，纯属资料汇总与搬运
涉及到lora基本知识点，lora芯片的工作分析，专业名词解释

【LoRa 与 LoRaWAN】知识点汇总

1.Lora和LoraWAN的区别
2. lora 相关知识点汇总
3 .LoraWAN的一些知识点介绍
4.LoraWAN通信
5. 470M频段（中国）特性

参考资料汇总：

分享一下自己积攒整理的 LoRa 资料
https://www.bbsmax.com/A/A7zgDrYPJ4/

1.Lora和LoraWAN的区别

lora

LoRa经常被误用来描述整个LPWAN通信系统，其实Lora是Semtech拥有的专有调制格式。 SX1272和SX1276 LoRa芯片使用称为chirp扩频（CSS）的调制技术来组成技术栈的物理层（PHY）。

loraWAN

LoRaWAN是一个开放标准，它定义了基于LoRa芯片的LPWAN技术的通信协议。 LoRaWAN在数据链路层定义媒体访问控制（MAC），由LoRa联盟维护。 LoRaWAN是一种媒体访问控制（MAC）层协议，专为具有单一运营商的大型公共网络而设计。

总体而言，LoRa仅包含链路层协议，并且非常适用于节点间的P2P通信；LoRaWAN也包含网络层，因此可以将信息发送到任何已连接到云平台的基站。
在这里插入图片描述

2. lora 相关知识点汇总

2.1 Lora调制方式优势

1、LoRa扩频调制解调技术使器件传输距离远远超出现有的基于 FSK 或 OOK 调制方式的系统，能到25公里以上的距离；

2、它还提供了很大的灵活性，用户可自行决定扩频调制带宽（BW）、扩频因子（SF）和纠错率（CR）。

3、每个扩频因子均呈正交分布，因而多个传输信号可以占用同一信道而不互相干扰，并且能够与现有基于 FSK 的系统简单共存。

4、LoRa调制解调器采用专利扩频调制技术。与传统调制技术相比， LoRa可以增加链路预算并增强对带内干扰的抗干扰能力。同时，放松了对晶体基准振荡器的频率容限要求，从而能够在降低系统成本的基础上提高性能。

2.2 SX1276/77/78 器件与关键参数

在这里插入图片描述

图中可以看出，sx1276功能和频段覆盖是最完善的，可以针对欧洲标准、美国标准、中国标准、国际标准市场，目前中国一般使用的是sx1278（iot520芯片）；

SX1278接收灵敏度-148dbm，接收电流10.3mA，包长最大256个字节（Payload有效字节长度）。实际LoraWAN在SF7模式下只使用到了222个字节。

2.3 SX1276/77/78 器件频段、功率硬件控制

1、SX1276/77/78 配备了三个不同的射频功率放大器。其中两个分别与 RFO_LF 和 RFO_HF引脚连接，能够实现高达+14dBm 的功率放大功能。第三个功率放大器与 PA_BOOST 引脚连接，能够通过专门的匹配网络实现高达+20dBm 的功率放大功能。与高效功率放大器不同的是，这个高稳定性功率放大器能够覆盖频率合成器处理的所有频段。

RFO_LF 主要针对LF频段（低频段169M和433M、470M），RFO_HF主要针对高频频段（868M-915M），而PA_BOOST能覆盖所有频段，一般现在设计使用PA_BOOST引脚，能保证+20dBM的发送功率。

2、SPI通信可以达到10M，一般LoraWAN时要求使用10M保证SPI通信时间可以忽略

电源策略
SX1276/77/78在整个工作温度及操作电压范围内采用内部电压调控机制，以保证电压及器件特性的稳定性。在1.8V-3.7V电压范围内, +17dBm输出功率保持稳定，以及保证2.4V-3.7V电压范围+20dBm输出功率保持稳定。

2.4 BW、SF、CR、RSSI、SNR值

扩频调制带宽（BW）：增加信号带宽，可以提高有效数据速率缩短传输时间，但会牺牲灵敏度。一般使用125K

注意：较低频段（ 169 MHz ）不支持 250kHz 和 500kHz 的带宽。
扩频因子（SF）：SF7~SF12，还有一个比较特殊的SF6一般很少使用，要使用时对寄存器操作要做特殊的操作。
纠错率（CR）：一般使用4/5

前向纠错技术

信道编码之所以能够检出和校正接收比特流中的差错，是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特。

为进一步提高链路的鲁棒性， LoRaTM调制解调器采用循环纠错编码进行前向错误检测与纠错。使用这样的纠错编码之后，会产生传输开销。

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（及抗干扰性能）可以随着信道条件的变化而变化——可以选择在报头中加入编码率以便接收端能够解析。有关LoRaTM数据包及报头的更多信息。

接收信号强度指示（RSSI）：常规情况下，公式是这样：

/*
RSSI (dBm) = -157 + Rssi, (高频口)
RSSI (dBm) = -164 + Rssi, (低频口)
另外在SNR<0的噪声环境下，要按照
Packet Strength (dBm) = -157 + PacketRssi + PacketSnr*0.25 (或者低频时，Packet Strength (dBm) = -164 + PacketRssi + PacketSnr * 0.25)这样的公式。
1.PktRssiValue指单个包的信号强度，是收包这段时间内的RSSI的平均值。RssiValue指当前的信号强度。
2.数值-157以及-164会根据实际射频前端情况有差异(比如 LnaBoost 表示是否有外部LNA 这个数值与实际LNA的输入不匹配)。建议对RSSI数值做单点校准，让RSSI显示更准确。
3.当信号强度超过-100dBm之后，PacketRssi就不能保证线性，结果会偏离 1dB/dB 的曲线。因此需要做一定的校正。当SNR>0时，可以参考如下公式：RSSI = -157+16/15 * PacketRssi (or RSSI = -164+16/15 * PacketRssi)。当然SNR<0时，还要注意同样做噪声干扰的校正，在公式后面 + PacketSnr * 0.25 。
*/
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在纯净环境下，RSSI跟与距离是一个非线性曲线的关系，所以路测时在一定距离内RSSI值有参考价值，过距离后基本没有参考价值。
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基本表现为：太近、太远RSSI变化并不太明显，而中间有一段距离表现比较明显；但是，RSSI值受环境影响太大，一般情况下仅供参考使用。

信噪比（SNR）：

SNR：Signal-to-Noise Ratio即信噪比。信噪比这个概念具有统一的计算方法：

SNR(dB）=Signal(dBm)/Noise(dBm)

上式的意思是信噪比等于信号的功率减去噪声的功率。在没有干扰的情况下（也即电磁环境绝对干净的情况下）噪声功率是由自然界的环境决定的我们称之为基底噪声（Noise Floor）。当然我们也可以把基底噪声和其它干扰统称为噪声。

SNR值可以作为RSSI值的一个补充

2.5 Lora的数据包结构

在这里插入图片描述
前导码Preamble：前导码用于保持接收机与输入的数据流同步。

默认情况下，数据包含有12个符号长度的前导码。前导长度是一个可以通过编程来设置的变量，所以前导码的长度可以扩展。接收机的前导码长度应与发射机一致。如果前导码长度为未知或可能会发生变化，应将接收机的前导码长度设置为最大值。

可以通过设置前导码值进行地址过滤，实现分组通信。

报头Header：分显示报头（默认模式）和隐式报头；

显示报头包括：

 以字节数表示的有效负载长度；
 前向纠错码率；
 是否打开可选的16位负载CRC。

报头按照最大纠错码（4/8）发送。

有效数据Payload：真正发送的数据

Payload CRC：对Payload数据的CRC校验

2.6 空中传输时间

已知扩频因子（SF）、编码率（CR）及信号带宽（BW），可以使用提供的公式计算出单个LoRa数据包的总传输时间，在LoraWAN需要知道每次数据传输在空中的传输时间。

2.7 LoRa跳频

当单个数据包时间可能超过相关法规允许的最大信道停留时间，一般采用跳频扩频技术（FHSS）；FHSS方案的工作原理为：每个LoRa数据包的部分内容通过在微控制器MCU管理的频率查询表中选取的跳频信道进行发送。在预定的跳频周期结束之后，发射机和接收机切换到跳频预定义列表中的下一个信道，以便继续发送和接收数据包的下一部分内容。