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LoRa介绍

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dongnanxibei|  楼主 | 2015-12-30 22:11 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
LoRa
LoRa是由升特公司(Semech)发布的一种专用于无线电调制解调的技术,它与其他如FSK(频移键控)、GMSK(高斯最小频移键控)、BPSK(二进制相移键控)及其派生的调制方案形成竞争关系。
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。此前,只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术,而随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。
前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加了一些冗余信息,这样,数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。这一技术减少了以往创建“自修复”数据包来重发的需求,且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现良好。
一旦数据包分组建立起来且注入前向纠错编码以保障可靠性,这些数据包将被送到数字扩频调制器中。这一调制器将分组数据包中每一比特馈入一个“展扩器”中,将每一比特时间划分为众多码片。LoRa调制解调器经配置后,可划分的范围为64-4096码片/比特。AngelBlocks配置调制解调器可使用4096码片/比特中的最高扩频因子(12)。相对而言,ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。
通过使用高扩频因子,LoRa技术可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。实际上,当你通过频谱分析仪测量时,这些数据看上去像噪音,但区别在于噪音是不相关的,而数据具有相关性,基于此,数据实际上可以从噪音中被提取出来。其实,扩频因子越高,越多数据可从噪音中提取出来。
在一个运转良好的GFSK接收端,8dB的最小信噪比(SNR)需要可靠地解调信号,采用配置AngelBlocks的方式,LoRa可解调一个信号,其信噪比为-20dB,GFSK方式与这一结果差距为28dB,这相当于范围和距离扩大了很多。在户外环境下,6dB的差距就可以实现2倍于原来的传输距离。
为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现,我们使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量,在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。
AngelBlocks的发射功率为100mW(20dBm),接收端灵敏度为-129dBm,总的链路预算为149dB。比较而言,拥有灵敏度-110dBm(这已是其极好的数据)的GFSK无线技术,需要5W的功率(37dBm)才能达到相同的链路预算值。在实践中,大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm,在此状况下,发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W,才能达到与LoRa类似的链路预算值。
因此,使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离,这种低功耗广域技术正是我们所需的。


沙发
dongnanxibei|  楼主 | 2015-12-30 22:13 | 只看该作者
OpenRF协议
目前已有很多“标准化”协议应用于家庭自动化领域,ZigBee和ZWave是两种主流的选择,另外还有6LowPan以及其他协议。
大多数协议或多或少依赖无线网格(mesh)组网,有些依赖整体系统来达到合理地传输距离,不过这无法使用电池供电。
LoRa采用点对点通信方式,实现远距离传输的目的,我们无需网格化网络。实际上,我们需要一个“轻量级”协议,适用于长期以电池供电的方式。
OpenRF是为电池供电的应用而开发的,例如水表和燃气表数据读取。OpenRF为媒介接入层(MAC Layer)定义了一个标准化的界面,允许其余各种各样射频集成电路装置(RFICs)协同工作。OpenRF还提供了一个支持32位设备地址的统一网络层来保证消息传递,还有多重的网络拓扑结构。理论上来说,OpenRF也可支持无线网格组网,虽然我们目前没有那种功能性要求。
OpenRF提供两个接口,其中API接口允许在一个微控制器的嵌入式应用中集成OpenRF,我们用这一界面构建了AngelBlocks的应用。另一接口为指令接口,它允许外部主控制器在串行链路上使用AT指令集来发送和接收数据包。我们的应用开发适配器在一个主机上使用指令接口控制AngelBlocks,其中Arduino和Pi适配器使用一个TTL级别的串行端口,PC/MAC适配器使用一个USB/COM端口,同一指令接口均可使用。

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板凳
dongnanxibei|  楼主 | 2015-12-30 22:18 | 只看该作者
Semtech(升特)公司于美国加州时间2013年10月24日发布了RF收发IC新产品“SX127x”。该产品采用了该公司自主开发的“LORA”(远程)技术,最大传输距离在郊区可达到15km、在市区可达到2~5km,频率范围为137MHz~1050MHz。适用于自动抄表系统、工业自动化设备、无线传感器网络、无线报警与安全系统等。据该公司介绍,目前自动抄表系统无线安全系统等采用的RF收发IC在郊区只的传输距离只有1~2km,使用这款新IC就可大幅延长传输距离,因此不需要中继装置及复杂的通信基础设施。

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地板
dongnanxibei|  楼主 | 2015-12-30 22:20 | 只看该作者
LORA是把频谱扩散通信技术与GFSK调制技术融合在一起的技术。最大数据传输速度为300kbps,最大链路预算(Link Budget)为168dB,最大RF输出功率为+20dBm,信号接收灵敏度为-146.5dBm,三阶输入截止点(IIP3)为-12dBm,抗阻塞(Blocking Immunity)特性为100dB,接收信号强度(RSSI)的动态范围为115dB。调制方式除了GFSK之外,还可使用FSK、MSK、GMSK、OOK,能够满足美国、欧洲、中国及日本等地区的电磁波相关法规要求。具体而言,支持WMBus、IEEE 802.15.4g(SUN)、FCC 15.247、ARIB T96/108、EN 300-220等标准。

此次共推出了支持频带及最大数据传输速度等不同的三款产品。“SX1276”支持的频率为137MHz~1050MHz,最大数据传输速度为300kbps。“SX1277”定位于低价版,虽然也支持137MHz~1050MHz,但数据传输速度为5~40kbps,主要用于无线安全系统。“SX1278”是面向中国市场的产品,支持的频带为470MHz~510MHz。SX1276现已开始量产,批量购买1000个时,美国市场的参考单价为3.50美元。

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5
dongnanxibei|  楼主 | 2015-12-30 22:21 | 只看该作者
可以确定的是,物联网所需要的无线网通技术,大致上已经呈现互补的局面,没有所谓的“谁取代谁”的问题存在。但就资料传输的资料量大小与距离来看,以X、Y轴的方式来呈现,无线网路技术仍有一定的技术缺口存在。IBM意识到整体的无线网路环境还少了一块拼图,那就是长距离,却仅需传输少量资料的无线技术,目前现有的任何一种无线网路技术还无法满足这类需求。

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6
dongnanxibei|  楼主 | 2015-12-30 22:22 | 只看该作者
IBM全球资讯科技服务事业部刘建伦指出,针对此一技术缺口,IBM与半导体供应商SemTech双方,以“LoRa”为名的长距离小资料传输的无线技术进行合作,前者提供系统服务平台,专注服务开发、安全防护与管理工作;后者提供晶片技术,利用既有的3G、4G的网路基础建设,来因应M2M的网路需求。双方在去年的德国慕尼黑电子展也有展示该技术。简单来说,透过该技术的建置,来大幅压低整体网路成本。他透露,该技术自2008年便开始发展,源自于瑞士,IBM也投身其中,与相关的晶片业者进行合作,直到了去年,该技术才传进亚洲市场并开始推广,SemTech也在亚洲设有办公室。

  刘建伦坦言,LoRa只是一种无线技术,还称不上是技术标准,但目前投入该技术的业者便约有27家左右,其中不乏电信业者、网路服务业者与晶片业者等,其中约有六至七成,就是物联网公司,其应用类型涵盖保全、瓦斯或是水表类等。

  刘建伦进一步谈到,利用既有的3G、4G的网路基础建设,来因应M2M的网路需求。差异就在过往的3G网路需要SIM卡才能启动网路,但M2M网路不需要,一方面装置数量庞大,再者传输的资料也有限,在既有的网路架构上,再建置一层M2M网路,就有办法压低整体成本,客户甚至是消费者所付出的成本,自然就有办法降低。但他也强调,由于是使用既有的电信网路,即便装置没有搭载SIM卡,LoRa本身还是有些基本的认证技术在,还是可以达到双向管理之效。

  目前在荷兰已经有电信业者以4G网路开始导入LoRa技术,预计今年以该技术为基础的服务会就位。IBM也在全球各地与不同的系统服务业者合作,不同的场域,自然也有不同的机会出现。至于该技术是否会成为业界的标准之一,刘建伦持保留的看法,但IBM身为欧洲物联网协会的一员,现在的确也在推广技术,但要成为标准,IBM并没有明确的时间表。至于LoRa要真的普及,刘建伦认为,硬体技术本身没有问题,而且也会随着时间不断进步,关键在于软体本身如何与日俱进,甚至是配合各国政府的认证与规范,这才是目前的问题,而IBM还是聚焦在平台上,为系统服务业者提供对应的解决方案

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7
huangcunxiake| | 2015-12-30 23:12 | 只看该作者
了有效地对比不同技术之间传输范围的表现,我们使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量,在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。

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8
gejigeji521| | 2015-12-30 23:21 | 只看该作者
OpenRF提供两个接口,其中API接口允许在一个微控制器的嵌入式应用中集成OpenRF,我们用这一界面构建了AngelBlocks的应用。

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9
尤彼卡| | 2015-12-31 14:18 | 只看该作者
LORA是把频谱扩散通信技术与GFSK调制技术融合在一起的技术

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10
dongnanxibei|  楼主 | 2016-1-5 08:51 | 只看该作者
尤彼卡 发表于 2015-12-31 14:18
LORA是把频谱扩散通信技术与GFSK调制技术融合在一起的技术

是的,未来Lora将会一统无线物联网互通的江湖

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11
fourwave| | 2016-3-27 11:57 | 只看该作者
本帖最后由 fourwave 于 2016-3-27 12:04 编辑
尤彼卡 发表于 2015-12-31 14:18
LORA是把频谱扩散通信技术与GFSK调制技术融合在一起的技术

扯淡 , lora 就是普通的直接序列扩频 (再号称加上了线性调频,也就是chirp调制),根本不关GFSK什么事。
这些技术本不是什么新鲜玩意儿,不管民用还是军用,都大量应用。

lora的亮点,其实就是传输的数据速率低,所以灵敏度高,根本不是什么采用了先进的调制波形,因此比其他波形优秀。

所以,这种类似的技术**有误导之嫌,同时,也会让懂技术的人觉得lora是在吹牛,从而不屑一顾。

lora只要这样介绍自己就好了:我支持低数据速率传输,因而,接收机可以有较好的灵敏度; 同时,我采用扩频体制,扩频比最高为4096倍,因此,还具有测距功能,从而,可以进行粗略的定位能力。

这样,就ok了。


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12
zhuomuniao110| | 2016-3-27 12:03 | 只看该作者
fourwave 发表于 2016-3-27 11:57
扯淡 , lora 就是普通的直接序列扩频 (再号称加上了线性调频,也就是chirp调制),根本不管GFSK什么事 ...

是啊,他不懂瞎说 。这个LORA远距离的代价就是降低了有效的码流速率。

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13
戈卫东| | 2016-3-27 12:09 | 只看该作者
听起来牛B得不得了。。。。。。。。

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14
fourwave| | 2016-3-27 12:15 | 只看该作者
本帖最后由 fourwave 于 2016-4-3 12:16 编辑
zhuomuniao110 发表于 2016-3-27 12:03
是啊,他不懂瞎说 。这个LORA远距离的代价就是降低了有效的码流速率。

问题是,官方的文献,也遮遮掩掩的,不肯说得太清楚。

我做了近二十年各式各样的军用数字化调制解调器和接收机,还真不知道目前有哪种先进的波形,能超越目前的psk或者gfsk调制。哪怕超越1个db我也算它牛X。

像gfsk这种相位连续的调制,如果解调方式合适,比如采用维特比算法(不是维特比译码),基本上是能够达到最佳接收机的理论极限。想超越理论极限,基本上没有可能。

至于采用了扩频方式,以及采用了纠错编码,这都是最基本的通信手段,根本不应该拿来当打击对手的亮点。况且,lora只是采用了很简单的纠错编码。拿来当亮点说事,很容易误导消费者。

目前接收机,大量使用RS编解码、卷积编码维特比译码、LDPC等等这些,比lora牛X太多了。

LoRa调制技术曾经在美军联合战术分布系统中为电子战提供相当重要的反干扰手段”, 这话都敢说出来,哪儿跟哪儿啊这是。如果这样牵强附会,那么几乎所有的技术都能与美军JTIDS扯上关系了。

美军通信体制,可比lora复杂太多了。

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15
gaoyang9992006| | 2016-3-28 20:20 | 只看该作者
fourwave 发表于 2016-3-27 12:15
问题是,官方的文献,也遮遮掩掩的,不肯说得太清楚。

我做了近二十年各式各样的军用数字化调制解调器和 ...

刚出来的一个标准,肯定要吹个牛X了。

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16
fourwave| | 2016-4-3 12:15 | 只看该作者
真受不了国人生搬硬套翻译的lora**:

LoRa专案开发经理陈强表示,LoRaWAN持有三个强项:较多电信商投入、公开网路、可于杂讯位准以下维持运作。

谁能告诉我,什么是“杂讯位准” ?  什么是“杂讯位准” ?  什么是“杂讯位准” ?

我猜是--- noise level

俺们管这个叫做-- 噪声电平

拜托lora联盟能不能专业一点,有点专业翻译精神?

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17
ST代理yang| | 2016-4-3 19:55 | 只看该作者
LORA还是值得看好的。希望市场越来越认可!

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18
zhuomuniao110| | 2016-4-10 11:03 | 只看该作者
物联网所需的各类无线网络通信技术似乎处于互补状态,在不同场景下,距离、功耗、容量、成本等指标各有千秋。不过,在远距离、低功耗场景下LoRa(LongRange,远程)技术正迅速发展起来。

  LoRa是由升特公司(Semech)发布的一种专用于无线电调制解调的技术,它与其他如FSK(频移键控)、GMSK(高斯最小频移键控)、BPSK(二进制相移键控)及其派生的调制方案形成竞争关系。

  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。此前,只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术,而随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。

  前向纠错编码技术是给待传输数据序列增加了一些冗余信息,这样,数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。这一技术减少了以往创建“自修复”数据包来重发的需求,且在解决由多径衰落引发的突发性误码问题时表现良好。

  一旦数据包分组建立起来且注入前向纠错编码以保障可靠性,这些数据包将被送到数字扩频调制器中。这一调制器将分组数据包中每一比特馈入一个“扩展器”中,将每一比特时间划分为众多码片。LoRa调制解调器经配置后,可划分的范围为64~4096码片/比特。AngelBlocks配置调制解调器可使用4096码片/比特中的最高扩频因子(12)。相对而言,ZigBee仅能划分的范围为10~12码片/比特。

  通过使用高扩频因子,LoRa技术可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。实际上,当你通过频谱分析仪测量时,这些数据看上去像噪音,但区别在于噪音是不相关的,而数据具有相关性,基于此,数据实际上可以从噪音中被提取出来。其实,扩频因子越高,越多数据可从噪音中提取出来。

  在一个运转良好的GFSK接收端,8dB的最小信噪比需要可靠地解调信号,采用配置AngelBlocks的方式,LoRa可解调一个信号,其信噪比为-20dB,GFSK方式与这一结果差距为28dB,这相当于范围和距离扩大了很多。在户外环境下,6dB的差距就可以实现两倍于原来的传输距离。

  因此,使用LoRa技术能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离,这种低功耗广域技术正是发展物联网所需要的。

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19
dongnanxibei|  楼主 | 2016-4-25 15:44 | 只看该作者
现在最大的遗憾是没有好用的Lora收发器芯片呢,目前仅有的几个,估计都不合格吧。

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20
diexuelei| | 2016-7-26 09:29 | 只看该作者
LoraWAN节点是用的STM32L052还是STM32L051来?

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