Lora天线的长度是否影响信号？

本期对LoRa CSS扩频技术进行解析，并带你一起搞清LoRa扩频信号之间到底是否正交性。

LoRa CSS调制解调原理

LoRa 采用CSS调制技术，不同扫频起始点的时间偏移对应不同的调制symbol。对于扩频因子SF来说，时间偏移可以有2^SF种取值，对应2^SF种调制的symbol，一个LoRa symbol可以调制SF个bits。

1) CSS调制：LoRa发送端发送的一个CSS调制符号的时频图如图1所示。可以看到，这是一个线性扫频信号并且在某个时间出现了频率跳变，这个跳变的时间就对应着LoRa的调制符号。 LoRa一个符号周期时间长度为 2^SF/BW （SF是扩频因子，BW是信号带宽），因此可以在时间上划分出 2^SF个扫频跳变时间，每个扫频跳变时间则对应一个LoRa符号。

2) 接收端混频：接收端将接收到的LoRa信号与本地参考信号（如图2）进行混频，得到混频后的差频信号，如图3。可以看到差频信号由两种不同频率的信号组成。

3) 用BW采样并做FFT：对差频信号用采样率为BW进行采样，混频后的差频信号中时间占比较短的信号的频率大于BW/2 ，在做完FFT后会被折叠进带内。FFT后能量峰值的频率则对应CSS调制时的扫频跳变时间，如图4。

LoRa信号间的正交性

根据第一节中的CSS调制解调原理，本节以一个Reference 用户为例，分析了在多用户并发时，Reference用户能够成功解调的情况。注意：本节的分析是假设了Reference 信号能否准确定时同步。

图5 展示了采用相同扩频因子时的LoRa信号并发的情况。根据第一章节的LoRa CSS调制解调原理，这里可以看到对接收端的差频信号做完FFT后，Interferer 和 Reference所对应的尖峰会同时出现在频域上，在SIR = 0dB时，Interferer不会干扰到Reference，在SIR = -3dB时，Interferer会干扰Reference，导致Reference解调错误。

图6 展示了采用不同扩频因子时的LoRa信号并发的情况。可以看到，对接收端的差频信号做完FFT后，在SIR = 0dB时，SF = 9的信号在频域上没有对应尖峰，因此LoRa所说的不同扩频因子之间的信号正交实际上是指这种情况。但是，在SIR = -20dB时，SF = 9的信号在频域上会产生一个宽带的干扰，依然会干扰到SF = 8的解调。

这里值得注意的是，reference信号的尖峰如果出现在300到500之间，那么在SIR不到-20dB的时候就会被干扰到。

根据上述仿真和观察，下述表1和表2给出了在并发情况下，Reference信号能否成功解调的SIR （BER = 1%）。

表1 和表2 展示了仿真和测试结果，在表中所述的SIR 下，Reference信号的BER可以做到约1% 。

并发对定时同步的影响

LoRa多用户并发时，用户信号间的干扰会影响各自信号的Preamble检测和定时同步，从而影响接收端的解调性能。 本节将分析LoRa多用户并发时Preamble被干扰时的信号解调性能。

图7展示了相同扩频因子下， 被干扰信号和干扰源在时间上的7种不同并发情况，其中：

1） Case 1，Case2和Case3 中的被干扰信号都无法正确接收。

2） 在Case 4，Case5和Case6 中，当干扰信号的RSSI小于等于被干扰信号时，被干扰信号有一定概率被正确接收。

3） 在Case7中，当干扰信号的RSSI小于等于被干扰信号时，被干扰信号能够完全被正确接收。

根据上述结果，LoRa多用户并发时，可以得到以下结论:

1) 如果某个用户的Preamble 中的第一个symbol 没有被其余用户信号干扰，那么在其RSSI较大时，有机会能够被正确解调。

2) 如果某个用户的Preamble的最后6个symbols 和Header 都没有被其余用户信号干扰，那么在其RSSI较大时，其能够被正确解调。

3） Preamble 被完全干扰的用户，无法被正确解调。

结论

LoRa所宣传的扩频正交性，需要满足如下条件：

（1） 数据包的前导（Preamble） 不被干扰（SIR要大于一定门限）。

（2） 数据解调：相同SF下SIR > 0dB；不同SF下SIR > -16dB（平均值）。

然而在实际中，LPWAN终端对低功耗有较高的要求，网络不可能频繁的做功率控制，因此上述两点条件在实际使用中较难满足。这也是为什么大多数使用LoRa的物联网开发者和方案商会普遍感觉到网络容量小，终端数量一大就容易产生数据包冲突的原因。

Ref：

Impact of Spreading Factor Imperfect Orthogonality in LoRa Communications

2 LoRa Scalability: A Simulation Model Based on Interference Measurements

LoRa即远距离大范围无线通信，又称为劳拉。LoRa通信技术在物联网行业中被广泛应用。LoRa主要在ISM频段中进行应用。ISM即工业的、科学的、医学的。ISM中的频段只对工业、科学以及医学机构进行开放，其最大的特点就是无须进行授权或缴纳任何费用。

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位，重要性不言而喻。值得注意的是，目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商，掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种，一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司；二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商，包括微芯 科技 （Microchip）等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac，速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段， 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围，但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中使用24个子载波，在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露，它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s，不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达254个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事？举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术，理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品，且能带来更高速、更远传输距离的优势。

SX1278只是通信模块，无法进行编程；

因为SX1278无法进行编程，因此需要一块MCU进行编程，MCU需要处理采集数据，然后将采集到的数据，通过SX1278射频芯片发送出去；

SX1278提供的是SPI接口，你的开发板可以 *** 作SPI接口，进行SX1278的控制；

大家的都一个样，单片机的东西，对于软件来说都很简单，没什么技术障碍，难在硬件芯片上，但是这部分SEMTECH都处理好了，你只管使用就OK，所以Lora产品的使用选择我觉得随便就好

LoRa是一种专用于无线电调制解调的技术,LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术,拥有前所未有的性能。

LoRa是semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，其名称“LoRa”是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

LoRa是基于Semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，其目的是为了解决功耗与传输难覆盖距离的矛盾问题。一般情况下，低功耗则传输距离近，高功耗则传输距离远，通过开发出LoRa技术，解决了在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远的技术问题，实现了低功耗和远距离的统一。

LoRa实际上是物联网（IoT）的无线平台。Semtech的LoRa芯片组将传感器连接到云端，实现数据和分析的实时通信，从而提高效率和生产率。

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