LoRa技术特点

        LoRa技术是一种扩频调制技术，也称为Chirp调制（注：Chirp这个词来源于同名鸟类的叫声的信号特点，对于信号处理来讲也可称作扫频），这种调制技术是Semtech公司独有的IP（知识产权）。扩频技术是一种用带宽换取灵敏度的技术，Wi-Fi、ZigBee等技术都使用了扩频技术，但是LoRa调制的特点是可以最大效率地提高灵敏度，以至于接近香农定理的极限。尤其是在低速率通信系统中，打破了传统的FSK窄带系统的实施极限，如图1-20所示。

  图1-20   LoRa与FSK灵敏度对比图

        LoRa调制可以在更宽泛的通信速率工作，甚至可以工作在几十比特每秒，而传统的FSK技术很难工作在超窄带环境，无法实现超低速率工作。如表1-6所示，在相同的通信速率下，LoRa比FSK灵敏度好8～12dBm，这是由两种技术的调制解调特性决定的，LoRa调制的灵敏度已经靠近了香农定理的极限了。可以说LoRa生态最重要的是LoRa调制技术，由于LoRa调制技术在物理层有巨大的优势，才使LoRa可以在短短几年时间内成为全球的LPWAN事实标准。

表1-6   LoRaVSFSK灵敏度对比表

LoRa技术有如下优点。

        LoRa的字面意思是远距离（LongRang），那么到底LoRa能传多远呢？现在已经有多家卫星公司把LoRa发射到了近地卫星上，一般近地卫星距离地面600～1600km。2019年1月底的TTN（TheThings Network）大会上，LacunaSpace的CTOThomas Telkamp带来了卫星物联网的分享和现场演示Using gatewayson satellitesto connect your existing LoRaWAN devices any where in the world（使用卫星基站连接全球任意位置的LoRaWAN设备）。TTN与Lacuna在大会期间从SpaceNorway、Norwegian航天中心那边借来了Norsat-2卫星。当这颗卫星从会议室上空飞过时，卫星会向地球发送LoRa消息。在会议大楼以及荷兰台夫特理工大学的屋顶上都使用Semtech标准芯片搭建了接收节点，当卫星经过，会立刻传回消息，再通过现场布置的一台60年高龄的电报机打出消息。图1-21为LoRa卫星的工作原理示意图，LoRa传感器可以放置在地球的任意角落（室外无顶部遮挡），都可以将数据传输到卫星上，并通过地面接收站，最终数据进入互联网和服务器中。

图1-21     LoRa卫星工作原理示意图

       这里需要强调的是，在LoRa的卫星应用中所有LoRa的硬件设备都使用Semtech标准芯片搭建，与传统LoRa地面的应用中使用的芯片完全相同，且卫星的天线和功率也都和普通的LoRa应用完全相同。LoRa卫星物联网就是利用了LoRa生态中现有的大量低成本传感终端设备，以及非授权频段的广泛使用，当然卫星应用中最重要的还是LoRa那超远的工作距离。

       无线设备的传输距离用1.2.3小节中的MCL表示或用链路预算表示。链路预算中最重要的参数为接收灵敏度，LoRa的最高灵敏度可达-149.1dBm，而蓝牙、ZigBee等无线技术的灵敏度为-100dBm左右。LoRa灵敏度比它们好50dB。也就是说，LoRa可以解调的信号强度是蓝牙、ZigBee的十万分之一。LoRa的超高灵敏度来自调制本身，不依赖于窄带（Sigfox使用超窄带技术）也不依赖于重传（NB-IoT使用重传技术），也不依赖于编码冗余（ZigBee使用编码冗余）。

        图1-22为LoRa在美国硅谷湾区的一个案例，一个LoRa网关可以覆盖图中的一大片区域，最远覆盖处距离网关50km，这都是源于LoRa的远距离特性。

图1-22   LoRa实地测试

2.抗干扰能力强

        LoRa能够实现远距离传输，除了灵敏度优势外，还有一个非常重要的因素是超强的抗干扰能力。LoRa具有低于噪声20dB依然可以通信的极限抗干扰技术，这是现有传统通信技术都不具备的。

        如图1-23所示，LoRa可以在噪声之下20dB正常解调信号，而FSK理论上需要在噪声之上8dB才能保证解调。2.1.3小节中有FSK的信噪比与误码率公式。当通信过程中遇到外界电磁信号干扰时，LoRa可以继续稳定通信，而传统的无线技术则无法通信。所以在一些信道干扰比较严重的区域，客户都会选择LoRa技术作为稳定通信的核心技术。

图1-23      LoRa抗干扰示意图