意法半导体加入LoRa联盟，布局低功耗广域联网技术

只看该作者 · 2016-1-6 21:08

意法半导体(ST)与类比及混合讯号厂商升特(Semtech)达成广域无线技术合作协议。意法半导体将利用升特的LoRa技术，连接行动网路营运商(MNO)和大型专用网路，拓展ST在物联网的布局。

升特副总裁暨无线、感测与时脉产品总经理Marc Pegulu表示，许多行动网路营运商已宣布部署以LoRaWAN为基础的全国性网路；而像意法半导体这样在工业和无线连结市场占有一席之地的晶片商，加入支持LoRa技术的行列，将有助强化LoRaWAN通讯协议、矽智财(IP)及晶片组的发展，使其成为物联网市场的低功耗广域无线网路(LPWAN)标准。

意法半导体执行副总裁暨微控制器、**体和安全MCU事业群总经理Claude Dardanne指出，该公司的微控制器结合LoRa技术，将进一步稳固ST在物联网、智慧城市及工业市场的地位。

据了解，ST将加入LoRa联盟，并将推出以该公司STM32微控制器为基础并符合LoRa技术规范的参考设计；ST未来开发的微控制器将搭载LoRa技术且会支援LoRaWAN标准通讯协议；升特与ST会携手合作将LoRa技术整合到各种平台加以应用。

LoRa联盟是目前在物联网相关行业中成长最快的组织，意法半导体的加入，将有助LoRa与LoRaWAN成为物联网全球广域低功耗无线网路的标准规范，并建立起强大的生态系统，进而促进该技术被广泛采用。

只看该作者 · 2016-1-6 22:53

物联网应用中的无线技术，除城域网的2G/3G/4G外，还有局域网和短距的多种通信技术，比如2.4G 频段的WiFi，蓝牙、Zigbee和Sub-Ghz等等。这些短距无线技术，优缺点也都非常明显。而且从无线应用开发和工程运维人员角度来看，一直以来都存在这样一个两难问题：即设计人员在更长的距离和更低的功耗两者之间只能二选一。而采用LoRa技术之后，设计人员现在可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离的通信与更低的功耗，同时还可节省额外的中继器成本。
一般说来，传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传感网络特性的三个主要参数。传输速率的选择将决定系统的传输距离和电池寿命。工作频段的选择要折衷考虑频段和系统的设计目标。而在FSK系统中网络拓扑结构的选择是由传输距离要求和系统需要的节点数目来决定的。升特(Semtech)公司采用新的扩频技术的的高性价比收发机方案将会改变以往的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的系统而又能实现远距离、长电池寿命并增加系统容量，进而扩展你的传感网络，于是LoRa技术应运而生了。
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。
传输速率和距离
传输速率是系统设计中一个关键的可变因素，它将决定整个系统整体性能的很多属性。无线传输距离由接收机灵敏度和发射机输出功率共同决定，两者之间的差值我们称之为链路预算。输出功率受限于标准规范，所以只有通过提高灵敏度来增加距离，而灵敏度又受数据速率非常重要的影响。对所有的调制方式来说，越低的速率，接收机的带宽越窄，接收灵敏度就越高。在现今高性价比无线收发机中应用最广泛的调制方式是FSK或者GFSK。要进一步减小FSK系统的接收机带宽，唯一可行的办法就是提高参考晶体的精确度。在等同的数据速率条件下，商用的低成本扩频调制方式可以获得比传统FSK调制方式高8-10dB的灵敏度。升特(Semtech)公司将推出一款新的收发机，这款收发机集成了一种名为LoRa的扩频调制方式和传统的GFSK调制方式。如图展示了在GFSK调制和LoRa扩频调制两种系统中灵敏度相对数据速率的关系曲线。