Lora數(shù)據(jù)包的關(guān)鍵參數(shù)分析

與其他無(wú)線技術(shù)，諸如zigbee、NB-IOT、WiFi、藍(lán)牙等，Lora無(wú)線技術(shù)憑借其優(yōu)異的接收靈敏度而得到廣泛應(yīng)用。而Lora數(shù)據(jù)包有三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：前導(dǎo)碼、可選報(bào)頭、數(shù)據(jù)有效負(fù)載，接下來(lái)就對(duì)這三個(gè)參數(shù)做些簡(jiǎn)單闡述。

一、前導(dǎo)碼

前導(dǎo)碼用于保持接收機(jī)與輸入的數(shù)據(jù)流同步。默認(rèn)情況下，數(shù)據(jù)包含有12個(gè)符號(hào)長(zhǎng)度的前導(dǎo)碼。前導(dǎo)長(zhǎng)度是一個(gè)可以通過(guò)編程來(lái)設(shè)置的變量，所以前導(dǎo)碼的長(zhǎng)度可以擴(kuò)展。可以將前導(dǎo)碼寄存器長(zhǎng)度設(shè)置在6到65536之間來(lái)改變發(fā)送前導(dǎo)碼長(zhǎng)度，實(shí)際發(fā)送前導(dǎo)碼的長(zhǎng)度范圍為6+4至65535+4個(gè)符號(hào)。接收機(jī)會(huì)定期執(zhí)行前導(dǎo)碼檢測(cè)。接收機(jī)的前導(dǎo)碼長(zhǎng)度應(yīng)與發(fā)射機(jī)一致。如果前導(dǎo)碼長(zhǎng)度為未知或可能會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)將接收機(jī)的前導(dǎo)碼長(zhǎng)度設(shè)置為最大值。

二、報(bào)頭

根據(jù)所選擇的操作模式，可以選用兩種報(bào)頭。在RegModemConfig1寄存器上，通過(guò)設(shè)定ImplicitHeaderModeOn位選擇報(bào)頭類型。

顯式報(bào)頭模式：

顯式報(bào)頭模式是默認(rèn)的操作模式。在這種模式下，報(bào)頭包含有效負(fù)載的相關(guān)信息，包括：

以字節(jié)數(shù)表示的有效負(fù)載長(zhǎng)度；

前向糾錯(cuò)碼率；

是否打開(kāi)可選的16位負(fù)載CRC。

報(bào)頭按照最大糾錯(cuò)碼（4/8）發(fā)送。另外，報(bào)頭還包含自己的CRC，使接收機(jī)可以丟棄無(wú)效的報(bào)頭。

隱式報(bào)頭模式：

在特定情況下，如果有效負(fù)載長(zhǎng)度、編碼率及CRC為固定或已知，則比較有效的做法是通過(guò)調(diào)用隱式報(bào)頭模式來(lái)縮短發(fā)送時(shí)間。這種情況下，需要手動(dòng)設(shè)置無(wú)線鏈路兩端的有效負(fù)載長(zhǎng)度、錯(cuò)誤編碼率及CRC。

注意：如果將擴(kuò)頻因子SF設(shè)定為6，則只能使用隱式報(bào)頭模式，下面將詳細(xì)解釋擴(kuò)頻因子。

三、LoRa調(diào)制解調(diào)

LoRa調(diào)制解調(diào)技術(shù)（下面簡(jiǎn)稱LoRa）采用專有的調(diào)制和解調(diào)程序，將擴(kuò)頻調(diào)制與循環(huán)糾錯(cuò)編碼技術(shù)結(jié)合起來(lái)，與傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（FSK或OOK）相比，這種技術(shù)擴(kuò)大了無(wú)線通訊鏈路的覆蓋范圍，提高了鏈路的魯棒性。具有更強(qiáng)的抗干擾性。對(duì)同信道GMSK干擾信號(hào)的抑制能力達(dá)到20dB，所以LoRa用于頻譜使用率較高的頻段和混合通訊網(wǎng)絡(luò)，方便在網(wǎng)絡(luò)中原有的調(diào)制方案失敗時(shí)擴(kuò)大覆蓋范圍。開(kāi)發(fā)人員通過(guò)調(diào)整擴(kuò)頻因子、調(diào)制帶寬和編碼率這三個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)LoRa進(jìn)行優(yōu)化，可在鏈路預(yù)算、抗干擾性、頻譜占用度及標(biāo)稱數(shù)據(jù)速率之間達(dá)到平衡。

四、擴(kuò)頻因子

LoRa擴(kuò)采用多個(gè)信息碼片來(lái)代表有效負(fù)載信息的每個(gè)位。擴(kuò)頻信息的發(fā)送速度稱為符號(hào)速率（Rs），而碼片速率與標(biāo)稱符號(hào)速率之間的比值即為擴(kuò)頻因子，其表示每個(gè)信息位發(fā)送的符號(hào)數(shù)量。負(fù)信噪比條件下信號(hào)也能正常接收，提高了的靈敏度、鏈路預(yù)算及覆蓋范圍。但是不同擴(kuò)頻因子之間為正交關(guān)系，因此發(fā)送端和接收端的擴(kuò)頻因子必須一致。

由上表可以看出當(dāng)擴(kuò)頻因子為12時(shí)在-20dB還能收到數(shù)據(jù)包，說(shuō)明擴(kuò)頻因子越大靈敏度越高，發(fā)送速度越慢。

五、編碼率

LoRa采用循環(huán)糾錯(cuò)編碼進(jìn)行前向錯(cuò)誤檢測(cè)與糾錯(cuò)，但會(huì)產(chǎn)生傳輸開(kāi)銷。每次傳輸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)開(kāi)銷如下：

編碼率越大前向糾錯(cuò)越強(qiáng)，鏈路抗干擾性越強(qiáng)，但是傳輸開(kāi)銷將會(huì)加大，進(jìn)而加大傳輸時(shí)間。

六、信號(hào)帶寬

由信號(hào)頻譜圖可以觀察到一個(gè)信號(hào)所包含的頻率成分。把一個(gè)信號(hào)所包含諧波的最高頻率與最低頻率之差，即該信號(hào)所擁有的頻率范圍，定義為該信號(hào)的帶寬。信號(hào)的頻率變化范圍越大，信號(hào)的帶寬就越寬。

上表可以看出增加信號(hào)帶寬，發(fā)送標(biāo)稱比特率越大，說(shuō)明增加信號(hào)帶寬可以有效提高數(shù)據(jù)速率以縮短傳輸時(shí)間，但會(huì)有弊端將會(huì)降低接收靈敏度，縮短傳輸距離。
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