在LoRa应用中，信道容量的问题一直被反复讨论。关于一个应用中应该使用LoRaWAN网络还是私有网络，如何分配信道和扩频因子，到底这个网络中可以支持多少节点，如何规划协议和信道可以有更好的信道容量和稳定性，这些问题在许多读者眼中一直是一笔糊涂账。下面的内容会从理论出发，根据LoRa的具体特点分析原理并给出计算方法和信道网络规划策略。

一、多址协议

       LoRa网络主要应用形式为星状网络结构，其中心为网关，每个终端设备与网关通信。如果多个终端设备同时发送数据，就会产生多个终端设备的数据帧在物理信道上相互重叠，使得接收端无法正确接收。为了有效地进行通信，就需要有某种机制来决定资源的使用权，这就是网络的多址接入控制问题。

      多址接入控制协议（MultipleAccessControlProtocol）就是在一个网络中，解决多个用户如何高效共享一个物理链路资源的技术。

      如图8-20所示，从分层的角度来看，多址技术是数据链路层的一个功能，由媒体访问控制MAC层负责。

图8-20多址链路层示意图

 

       MAC层将有限的资源分配给多个用户，从而使得在众多用户之间实现公平、有效地共享有限的带宽资源；实现各用户之间良好的连通性，获得尽可能高的系统吞吐量，以及尽可能低的系统时延。

       逻辑链路控制（LLC）子层为本节点提供了到其邻节点的“链路”；MAC子层协调本节点和其他节点有效地共享带宽资源。

      本书第2章介绍的Chirp调制为LoRa的物理层；第3章介绍的空口协议部分也是LoRa的MAC层。

1.多址协议的分类

        多址协议主要分为固定多址接入协议、随机多址接入协议和基于预约方式的多址接入协议，如图8-21所示。

        固定多址接入是指在用户接入信道时，专门为其分配一定的信道资源（如频率、时隙、码字或空间），用户独享该资源，直到通信结束。固定多址接入的优点在于可以保证每个用户之间的“公平性”（每个用户都分配了固定的资源）以及数据的平均时延。典型的固定多址接入协议有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）等。

        随机多址接入是指用户可以随时接入信道，并且可能不会顾及其他用户是否在传输。当信道中同时有多个用户接入时，在信道资源的使用上就会发生冲突（碰撞）。对于有竞争的多址接入协议，如何解决冲突，使所有碰撞用户都可以成功进行传输是一个非常重要的问题。典型的随机多址接入协议有ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA。

图8-21多址接入协议分类

 

        基于预约的多址接入协议，是指在数据分组传输之前，先进行资源预约。一旦预约到资源（如频率、时隙），则在该资源内可进行无冲突的传输。

2.固定多址接入协议

1）FDMA

       FDMA技术按照频率来分割信道，即给不同的用户分配不同的载波频率以共享同一信道。

       FDMA技术是模拟载波通信、微波通信、卫星通信的基本技术，也是第一代模拟移动通信的基本技术。

在FDMA系统中，信道总频带被分割成若干间隔相等且互不相交的子频带（地址），每个子频带分配给一个用户，每个子频带在同一时间只能供一个用户使用，相邻子频带之间无明显的干扰，如图8-22所示。

图8-22FDMA信道示意图

2）TDMA

       TDMA技术按照时隙来划分信道，即给不同的用户分配不同的时间段以共享同一信道。

       在TDMA系统中，时间被分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（地址）。无论帧或时隙都是互不重叠的。然后，根据一定的时隙分配原则，使各个设备在每帧内只能按指定的时隙向网关发送信号，如图8-23所示。

图8-23TDMA信道示意图

 

3）CDMA

      CDMA技术按照码序列来划分信道，即给不同的用户分配一个不同的编码序列以共享同一信道。