LoRa调制总结Word格式.docx
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LoRa调制总结Word格式.docx
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因为使用了前向纠错码,所以信息比特速率会稍微降低一些,加上以上给出的信息,我们可以得到信息比特速率计算如下:
Rb=(SF/Ts)*CR,其中CR为编码率。
符号持续时间有SF和带宽BW共同确定:
Ts=2^SF/BW,
所以Rb=(SF*BW/2^SF)*CR,
由以上式子可以看出,SF越大,符号持续时间越长,空中传播时间越长,bite速率越小。
因此,参数:
带宽BW,传播因子SF,和编码率CR,决定了LoRa点对点链路的bite速率。
大的传播因子意味着更低的bite速率,但是同时获得了更高的敏感度(是否可以理解成持续时间长了,然后能量就大了,而接收端匹配滤波,使得能量聚集)。
LoRa调制有着一个显著的优势就是这种调制方式和编码方案使得LoRa设备可以正确的接收在同一个信道两路相互交叠传输的信号,只要他们的SF不一样。
同时,就算是两路完全一样的信号,有着相同的SF,也能够接收信号强度更大的信号。
(这是供应商声称,实际上怎么样,我也不确定。
)
BW,SF参数的选择以及对应的码率,biterate如下表所示(在频段863—880MHz):
3LoRa调制的具体方案
Chirp扩频调制基本上有两种方式:
:
二进制正交键控(BOK:
BinaryOrthogonalKeying)、和直接调制(DM:
DirectModulation)。
BOK是利用不同的Chirp脉冲来表示不同的数据,如用从低到高的线性频率变化(up-chirp)表示1,从高到低的线性频率变化(down-chirp)表示0。
由于Chirp扩频的处理增益由信号的时间带宽积(TB)所决定,为了得到良好的增益,TB应远大于1,从而导致通信速度不可能太高。
DM是在其他方式调制(如DPSK、DQPSK等)后的信号上乘以一个Chirp信号,以达到扩频的目的。
在这种情况下,Chirp信号类似于DSSS的PN序列,这种调制方式结构简单,易于实现,而且整个系统可以只用一种Chirp信号,接收处理也方便。
802.15.4a定义的Chirp扩频就是采用了DM的方式。
(具体的方案细节,还没有找到,我也有很大疑问)
在ieee802.15.4a中的6.5.12450MHzPHYchirpspreadspectrum(CSS)给出了这种调制方案,也明确表示过,LoRaWAN也是采用基于CSS的专用物理层,但是具体是如何改善应用的具体细节我没有找到。
所以以下讲述以ieee802.15.4a的的调制方式为蓝本
3.1数据速率
CSS(2450MHz)PHY数据速率为1Mb/s,另外一种可选的速率是250kb/s.结合使用了CSS和差分正交相移键控,分别有8进制和64进制正交化码,分别对应着上面两种数据速率。
3.2调制
与一般的处理流程一样,首先将输入的二进制流分成I和Q两个比特流,基本是按照逐位交错分配:
第一个比特输入到I流,则第二个比特输入到Q流。
如若输入二进制流为:
010110,则I流为:
001,Q流为110。
然后就是符号映射:
在串并变换(S/P)处理,是将输入的I、Q两个子流中的二进制数据以3个比特为单位(以数据速率1Mb/s为例)分别转化为符号流(也即3bit的数据对应一个symbol)。
但这样生成的符号流并不直接用于传输,而是进行一次数据符号(datasymbol)到双正交码字(bi-orthogonalcodeword)的变换。
采用双正交码字可以减少互相干扰和多径效应的影响,在802.15.4a中为数据速率1Mb/s的传输定义了以下的符号转化表。
在上面的例子中,做符号变换后,I流为:
1-11-1;
Q流为:
-1-111。
接下来的就是交织处理。
(但是在LoRa里面,我暂时还没有看到交织这个流程,不知道会不会为了终端模块的简单,省略这个步骤,但这确实是防止块衰落的好方法。
然后,进行P/S变换,将生成的I、Q流结合在一起,生成作为QPSK编码输入的码片序列(chipsequence)。
上例中的I、Q流结合生成IQ信号,为:
1-j,-1–j,1+j,-1+j。
接下来还有一个差分编码。
接下来就是与subshirp信号相乘即扩频调制,便得到了DCSK调制信号。
整个调制流程完成。
这里,需要对subshirp说明一下.
框图中的CSK发生器需要周期性的产生以下定义的4种subchirp序列(chirpsymbols)中的其中一种;
四种chirpsymbols如下图所示:
独立的chirpsignal,这里称为subchirp,四个subchirp级联成一个chirpsymbol。
Subchirp之间,频率不是连续的,有一定的频率偏置,但是不影响chirp信号的频谱,因为在这些点,subchirp信号的幅度为0.
3.3扩频调制的数学表示
用数学表示扩频调制如下:
设chirp信号为:
CP(n,k,m)=exp[j(2*pi*f(k,m)+u/2*ξ(k,m)*(t-T(n,k,m))(t-T(n,k,m))]
其中:
n=0,1,2……为chirpsymbol流中的第n个chirpsymbol编号。
m=1,2,3,4,对应上述四种chirpsymbol中的第m种定义。
k=0,1,2,3,为第m个chirpsymbol中的第k个subchirp。
f(k,m):
为第m种chirpsymbol中的第k个subchirp的中心频率。
T(n,k,m):
为chirpsymbol流中的第n个符号,属于第m种的第k个subchirp的中心频率点的时间。
所以有
T(n,k,m)=(k+1/2)*Tsub+n*Tchirp
Tsub为一个subchirp持续时间,Tchirp为一个chirpsymbol持续时间。
ξ(k,m):
指示该个subchirp周期内的频率变化的方向,取值为{+1,-1}
u是常数,在802.15.4a中,u=2*pi*7.3158*10^12rad/s^2;
其实就是频率斜率的绝对值。
T:
时间取值范围为[T(n,k,m)-1/2*Tsub,T(n,k,m)+1/2*Tsub]
在直接调制中,就是用前面生成的相位符号与预先定义好的chirp信号相乘
,即:
S~m(t,n,k)=(exp(j*φ(n,k)))*CP(n,k,m)
其中:
φ(n,k):
为第n个chirpsymbol上的第k个subchirp上的信号。
S~m(t,n,k):
采用第m种chirpsymbol定义时,在第n个chirpsymbol的第k个subchirp上的调制信号。
LoRa调制是基于这个调制方案,但是具体的实现我还是有些谜。
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