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了解LoRaWAN 基础知识与关键技术

  LPWAN与LoRaWAN的关系 LPWAN或称LPN,全称为Low Power Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一种无线网络。这种无线网络强调低功耗与远距离,通常用于电池供电的传感器节点组网。

LoRaWAN
 

  概括来讲,LPWAN具有如下特点:
 

  •   双向通信,有应答
  •   星形拓扑(一般情况下不使用中继器,也不使用Mesh组网,以求简洁)
  •   低数据速率
  •   低成本
  •   非常长的电池使用时间
  •   通信距离较远


  LPWAN适合的应用:
 

  •   IoT,M2M
  •   工业自动化
  •   低功耗应用
  •   电池供电的传感器
  •   智慧城市,智慧农业,抄表,街灯控制等等


  LoRaWAN与LoRa的关系


  同样是因为名字类似,不少人将LoRaWAN与LoRa两个概念混淆。事实上LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。而LoRa只是一个物理层的协议。虽然现有的LoRaWAN组网基本上都使用LoRa作为物理层,但是LoRaWAN的协议也列出了在某些频段也可以使用GFSK作为物理层。从网络分层的角度来讲,LoRaWAN可以使用任何物理层的协议,LoRa也可以作为其他组网技术的物理层。事实上有几种与LoRaWAN竞争的技术在物理层也采用了LoRa。

LoRaWAN技术


  LoraWAN的主要竞争技术:


  市场上存在多个同样使用LoRa作为物理层的LPWAN技术,许多LoRaWAN下不可能的应用因此可以实现。


  Sigfox使用慢速率的BPSK(300bps),也有一些较有前景的应用案例。


  NB-IoT(Narrow Band-IoT)是电信业基于现有移动通信技术的IoT网络。其特点是使用现有的蜂窝通信硬件与频段。不管是电信商还是硬件商,对这项技术热情很高。


  LoRaWAN的核心技术是LoRa。LoRa是一种Semtech的私有调制技术(2012收购CycleoSAS公司得来)。为了便于不熟悉数字通信技术的读者理解,先介绍两个常见的调制技术FSK与OOK。


  OOK全称为On-Off Keying。核心思想是用有载波表示一个二进制值(一般是1,也可能反向表示0),无载波表示另外一个二进制值(正向是0,反向是1)。


  在0与1切换时也会插入一个比较短的空的无载波间隔,可以为多径延迟增加一点冗余以便接收端解调。OOK对于低功耗的无线应用很有优势,因为只用传输大约一半的载波,其余时间可以关掉载波以省功耗。缺点是抗噪音性能较差。


  FSK全称为Frequency Shift Keying。LoRaWAN协议也在某些频段写明除LoRa之外也支持(G)FSK。FSK的核心思想是用两种频率的载波分别表示1与0。只要两种频率相差足够大,接收端用简单的滤波器即可完成解调。


  对于发送端,简单的做法就是做两个频率发生器,一个频率在Fmark,另一个频率在Fspace。用基带信号的1与0控制输出即可完成FSK调制。但这样的实现中,两个频率源的相位通常不同步,而导致0与1切换时产生不连续,最终对接收器来讲会产生额外的干扰。实际的FSK系统通常只使用一个频率源,在0与1切换时控制频率源发生偏移。


  GFSK是基带信号进入调制前加一个高斯(Gaussian)窗口,使得频率的偏移更加平滑。目的是减少边带(Sideband)频率的功率,以降低对相邻频段的干扰。代价是增加了码间干扰。

关键字: LoRaWAN

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