LoRa (Long Range) — это технология беспроводной связи, разработанная для передачи данных на большие расстояния с низким энергопотреблением и высокой надежностью. Она обладает высокой устойчивостью к помехам, что делает её идеальной для IoT-приложений, удаленного мониторинга и низкопотребляющих широкополосных сетей (LPWAN).
- AM — Амплитудная модуляция
- FM — Частотная модуляция
Модуляция: Модуляция — это процесс кодирования информации на несущий сигнал путем изменения его частоты, амплитуды или фазы, что позволяет передавать полезные сигналы на расстояние.
Амплитудная модуляция (AM) — это тип модуляции, при котором амплитуда несущего сигнала изменяется пропорционально информационному сигналу, в то время как частота и фаза остаются постоянными.
Частотная модуляция (FM) — это тип модуляции, при котором частота несущего сигнала изменяется пропорционально информационному сигналу, в то время как его амплитуда остается постоянной.
LoRa использует комбинированную технику модуляции на основе линейной частотной модуляции (чирп-расширение спектра, CSS). В этом методе частота сигнала непрерывно увеличивается от низкой к высокой (или наоборот) в заданном диапазоне.
LoRaWAN-модуляция относится к LFM (линейная частотная модуляция) или CSS (чирп-расширение спектра). Тип несущего (немодулированного) сигнала.
Радиоинтерфейс LoRa / LoRaWAN. Модуляция
Чирп-модуляция в LoRa включает нерегулярные прерывания цикла, что означает возможность остановки цикла в любой точке, а не через равные временные интервалы. Эта особенность создает временной сдвиг, повышая устойчивость сигналов LoRa к помехам и улучшая распознавание сигналов даже в зашумленных средах.
LoRaWAN-модуляция происходит при «прерывании» цикла в одной из промежуточных точек и запуске нового цикла, что можно интерпретировать как временной сдвиг цикла.
Радиоинтерфейс. Коэффициент расширения спектра (Spreading Factor)
Коэффициент расширения спектра (SF) — «скорость» изменения частоты в LFM-сигнале. Чем выше SF, тем медленнее изменение частоты. Изменение SF на единицу означает удвоение времени цикла (Chirp). При SF =7 и полосе 125 kHz длительность чирпа составляет 1.024 миллисекунды.
Длина чирпа влияет на уровень шума сигнала, улучшая распознавание сигнала на выходе. Это позволяет распознавать сигналы даже при более низкой энергии и сниженном уровне RSSI.
Представьте SF как «зум-объектив» — чем выше SF, тем сильнее «приближение» для большей дальности, но передача данных замедляется.
Более высокий коэффициент расширения спектра (SF) = большая дальность связи, но медленная передача данных.
Кодирование данных
Кодирование — добавление избыточной (управляющей) информации к передаваемым пользовательским данным для повышения вероятности успешного приема. Уровень избыточности определяется соотношением кодовой скорости (CR), например, 4/5 означает, что из каждых 5 передаваемых битов 4 бита — полезные данные, а 1 бит — управляющий (избыточный). Значение CR определяет скорость передачи полезной информации. LoRaWAN использует кодовую скорость в диапазоне от 4/5 до 4/8.
Скорость передачи данных в бит/с (bps) для полосы 125 kHz зависит от коэффициента расширения спектра (SF) и кодовой скорости (CR).
Пример сигнала LoRa
Взаимозависимость скорости передачи данных и дальности распространения.
Список литературы:
https://en.wikipedia.org/wiki/Signal_modulation
https://www.researchgate.net/figure/Example-of-LoRa-Signal_fig2_348345539