新 LoRaWAN 物理層的優(yōu)勢(shì)
本文將介紹一些數(shù)值數(shù)據(jù)和一些實(shí)際場(chǎng)景測(cè)量，以便比較在 LoRaWAN 1.0.2 規(guī)范之后使用的新 LoRa 跳頻擴(kuò)頻調(diào)制方案。

一、LoRa簡(jiǎn)介
在過(guò)去的 5 年中，LoRaWAN  迅速成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的主要參與者之一。它支持分布在室內(nèi)和室外的傳感器和執(zhí)行器之間的遠(yuǎn)程、節(jié)能通信。它是一種具有成本效益的技術(shù)，由易于部署和維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持。LoRaWAN 堆棧的物理層核心是 LoRa，這是一種由 Semtech 收購(gòu)并注冊(cè)商標(biāo)的啁啾擴(kuò)頻 (CSS) 調(diào)制。LoRa網(wǎng)關(guān)

LoRa 專(zhuān)為超長(zhǎng)距離通信（10 公里以上）而設(shè)計(jì)，因此它優(yōu)先考慮穩(wěn)定性而不是數(shù)據(jù)速率。它允許人們通過(guò)擴(kuò)頻因子 (SF)、頻率信道和信道帶寬的多種組合在帶寬利用率和魯棒性之間找到適當(dāng)?shù)钠胶狻?br/>
使用 LoRa 的 LoRaWAN 依賴(lài)于基于ALOHA的通信技術(shù)，該技術(shù)受到區(qū)域占空比法規(guī)（和/或先聽(tīng)后說(shuō) (LBT) 機(jī)制）的限制。這降低了復(fù)雜性，但犧牲了可擴(kuò)展性和最大可實(shí)現(xiàn)的吞吐量。

LoRaWAN 和 LoRa 已在全球范圍內(nèi)得到廣泛采用，毫不夸張地說(shuō)，它可能是當(dāng)今最廣泛使用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。盡管事實(shí)上它有許多固有的缺點(diǎn)，特別是在部署非常密集的網(wǎng)絡(luò)中，但由于其簡(jiǎn)單的媒體訪問(wèn)控制 (MAC) 協(xié)議，整體容量受到嚴(yán)重限制。 

2. LR-FHSS 概述

因此，為了解決長(zhǎng)期的可擴(kuò)展性問(wèn)題，Semtech 宣布了 LoRa 物理層的擴(kuò)展，稱(chēng)為 LR-FHSS。它是通過(guò)使用跳頻 (FH) 技術(shù)增加網(wǎng)絡(luò)容量和魯棒性來(lái)緩解大規(guī)模、密集的 LoRaWAN 部署不可避免地出現(xiàn)所產(chǎn)生的問(wèn)題。與使用單通道的傳統(tǒng)調(diào)制方案相比，它使數(shù)據(jù)包內(nèi)跳頻能夠?qū)崿F(xiàn)更好的容量、靈敏度和干擾抑制。同時(shí)，這種改進(jìn)并不以降低通信范圍或功率效率為代價(jià)，這是這些類(lèi)型的低功率廣域網(wǎng) (LPWAN) 的兩個(gè)主要特征。最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，它旨在改善 LoRa 衛(wèi)星通信，以促進(jìn)其更廣泛的采用。

LR-FHSS 專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于上行鏈路，A 類(lèi)中的下行鏈路仍然使用 LoRa 和相同的 RX1/RX2 窗口。

LR – FHSS 通過(guò)在單個(gè)無(wú)線電數(shù)據(jù)包傳輸期間快速切換頻率，將低數(shù)據(jù)速率比特流編碼到相對(duì)較寬的帶寬上。跳頻算法使用的帶寬可以設(shè)置在 39.06 kHz 和 1.5742 MHz 之間。6 dB 調(diào)制帶寬為 500 Hz。LR-FHSS瞬時(shí)調(diào)制波特率為488.28125波特，采用2-GMSK調(diào)制，BT=1（不再使用啁啾擴(kuò)頻調(diào)制）。

啟用跳頻后，每個(gè) LR-FHSS 數(shù)據(jù)包都分布在多個(gè)頻率網(wǎng)格上。

數(shù)據(jù)包標(biāo)頭包含網(wǎng)關(guān)用來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)包將使用的頻率的信息。發(fā)送多個(gè)報(bào)頭以確保接收穩(wěn)健性。

下面的表 1 將最窄帶寬通道與最寬通道進(jìn)行了比較，因此人們可以了解可以擁有的跳頻網(wǎng)格和通道范圍有多大。

作為如何傳輸數(shù)據(jù)包的示例，請(qǐng)考慮下圖。數(shù)據(jù)包被分成幾個(gè)頻率網(wǎng)格，覆蓋信道的分配帶寬。特別是，我們將數(shù)據(jù)包頭復(fù)制了 3 次（HRD 1、HDR2、HDR3），除了原始的（HDR0）。這是一個(gè)選項(xiàng)，但推薦用于穩(wěn)健性。

接下來(lái)，數(shù)據(jù)有效載荷在多個(gè)頻率網(wǎng)格（PL1 到 PLN）上拆分，直到整個(gè)數(shù)據(jù)被傳輸（使用的網(wǎng)格數(shù)量取決于數(shù)據(jù)包大小，其中包頭是預(yù)定義的）。