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LoRa的優(yōu)勢是由自身的調(diào)制解調(diào)特性決定的,其難點(diǎn)和專利所在為接收機(jī)的解調(diào)過程,再準(zhǔn)確一點(diǎn)說,LoRa的數(shù)字解調(diào)算法是最核心的部分。2.2節(jié)介紹了多種擴(kuò)頻方法,但并非使用了擴(kuò)頻技術(shù)其靈敏度就會大幅增加,也不是處理增益越高的系統(tǒng)靈敏度越高,而是與系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)機(jī)制相關(guān)。這也是LoRa調(diào)制技術(shù)區(qū)別于其他擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)。
一、LoRa調(diào)制理論在研究LoRa調(diào)制理論前需要對一些基礎(chǔ)參數(shù)的概念進(jìn)行解釋:
圖3-1中的LoRa調(diào)制鏈路由五部分組成,分別是糾錯編碼機(jī)、交織器、擴(kuò)頻序列產(chǎn)生器、笛卡兒極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器、Delta-sigma調(diào)制器。
圖3-1 LoRa調(diào)制框圖
1)糾錯編碼機(jī)
如圖3-1所示,當(dāng)一組數(shù)據(jù)[用戶的有效載荷(Payload)]被推入數(shù)據(jù)包接口(PacketInterface)時,調(diào)制過程開始。調(diào)制器通過糾錯編碼機(jī)將前向糾錯編碼(ForwardErrorCorrection,F(xiàn)EC)添加到這些字節(jié)中。
這些有效載荷數(shù)據(jù)每一字節(jié)首先分成半字節(jié)(4位一組)。然后,根據(jù)編碼速率配置,在1~4冗余糾錯位之間選擇并追加到每個半字節(jié)。調(diào)制器編碼速率通過CR寄存器進(jìn)行設(shè)置,表3-1為前向糾錯編碼配置表。
表3-1 前向糾錯編碼配置表
2)交織器
通過糾錯編碼后,產(chǎn)生的(4+CR)比特段,隨后被存儲到交織器的存儲陣列中。交織器(Interleaver)有(4+CR)列和SF行。一旦交織器滿了,它的內(nèi)容將編碼到碼元上。每個碼元都帶有SF位。因此,交織器內(nèi)有(4+CR)×SF比特,獨(dú)立于擴(kuò)頻因子SF被編碼到4+CR碼元上。
這里舉一個例子幫助讀者理解交織器。假設(shè)此時CR=1,SF=7,其交織器為7行、5列。需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流為:00000001001000110100010101100111。先將這些比特流分為4b一組(b1/b2/b3/b4):0000;0001;0010;0011;0100;0101;0110;0111;對上述數(shù)據(jù)增加1b校驗(yàn)位(b1/b2/b3/b4/C)后為:00000;00011;00101;00110;01001;01010;01100;01111;再將上述數(shù)字填入交織器的存儲列陣中。表3-2所示為交織器存儲列陣數(shù)據(jù)模擬表,表中共有7行、5列,可以放置35b的數(shù)據(jù)。
表3-2 交織器存儲列陣數(shù)據(jù)模擬表
交織器存儲列陣中的數(shù)據(jù)放置是通過一定的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。如圖3-2所示,為數(shù)據(jù)與碼元的交織映射關(guān)系示意圖,可以看到35位的數(shù)據(jù)按照一定的映射關(guān)系被塞入5個碼元中。
圖3-2 交織映射示意圖
當(dāng)35b數(shù)據(jù)進(jìn)入交織器的存儲列陣后,交織器存儲滿了,下一組數(shù)據(jù)(b1/b2/b3/b4/C)需要填入下一個交織器中。
3)擴(kuò)頻序列產(chǎn)生器
每個碼元都由2SF個碼片組成。碼片速率chip-rate等于調(diào)制帶寬BW。因此,碼元(symbol)的持續(xù)時間為
則無限長有效載荷(Payload)的有效數(shù)據(jù)速率