LoRa学习：LoRa关键参数（扩频因子，编码率，带宽）的设定及解释

学习大纲

• 1、扩频因子（SF）
• 2、编码率（CR）
• 3、信号带宽（BW）
• 4、LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系
• 5、 LoRa信号带宽、扩频因子和编码率的设定
• 6、空中速率

1、扩频因子（SF）

LoRa采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位，扩频信息的发送速度称为符号速率（Rs），而码片速率与标称的Rs比值即为扩频因子（SF，SpreadingFactor），表示了每个信息位发送的符号数量。。
LoRa扩频因子取值范围：
   

注意：因为不同的SF之间为正交关系，因此必须提前获知链路发送端和接收端的SF。另外，还必须获知接受机输入端的信噪比。。在负信噪比条件下信号也能正常接收，这改善了LoRa接受机的林敏度，链路预算及覆盖范围。。

理解扩频因子的概念：

通俗的说 扩频时你的数据每一位都和扩频因子相乘，例如有一个1 bit需要传送，当扩频因子为1时，传输的时候数据1就用一个1来表示，扩频因子为6时（有6位）111111，这111111就来表示1，这样乘出来每一位都由一个6位的数据来表示，也就是说需要传输总的数据量增大了6倍。
这样扩频后传输可以降低误码率也就是信噪比，但是在同样数据量条件下却减少了可以传输的实际数据，所以，扩频因子越大，传输的数据数率（比特率）就越小。。。

Lora扩频因子的使用：

当扩频因子SF为6时，LoRa的数据传输速率最快，因此这一扩频因子仅在特定情况下使用。使用时需要配置LoRa芯片SX127x：

• 在RegModemConfig2，将SpreadingFactor设为6
• 将报头设置为隐式模式
• 在寄存器地址（0x31）的2至0位写入0b101
• 在寄存器地址（0x37）写入0x0C

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2、编码率（CR）

编码率，是数据流中有用部分的比例。
编码率（或信息率）是数据流中有用部分（非冗余）的比例。也就是说，如果编码率是k/n，则对每k位有用信息，编码器总共产生n位的数据，其中n-k是多余的。
LoRa采用循环纠错编码进行前向错误检测与纠错。。使用该方式会产生传输开销。。
每次传输产生的数据开销如下：

在存在干扰的情况下，前向纠错能有效提高链路的可靠性。由此，编码率（抗干扰性能）可以随着信道条件的变化而变化，可以选择在报头加入编码率以便接收端能够解析。。。

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3、信号带宽（BW）

信道带宽（BW）是限定允许通过该信道的信号下限频率和上限频率，可以理解为一个频率通带。比如一个信道允许的通带为1.5kHz至15kHz，则其带宽为13.5kHz

在LoRa中，增加BW，可以提高有效数据速率以缩短传输时间，但是 以牺牲部分接受灵敏度为代价。对于LoRa芯片SX127x，LoRa带宽为双边带宽（全信道带宽），而FSK调制方式的BW是指单边带宽。

LoRa带宽选项：

 

注意：较低频段（169MHz）不支持250K和500KHz的BW

LoRa带宽测试的波形图可以参考链接：
http://blog.csdn.net/HowieXue/article/details/79199712

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4、LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系

LoRa符号速率Rs可以通过以下公式计算：

Rs=BW/(2^SF)

每Hz每秒发送一个码片。。

LoRa数据速率DR可以通过以下公式计算：

DR= SF*( BW/2^SF)*CR

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5、LoRa信号带宽、扩频因子和编码率的设定

LoRaWAN主要使用了125kHz信号带宽设置，但其他专用协议可以利用其他的信号带宽（BW）设置。改变BW、SF和CR也就改变了链路预算和传输时间，需要在电池寿命和距离上做个权衡。

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6、空中速率

所谓空中速率表示LoRa/FSK 无线（在空气中的）通讯速率，也叫空中波特率，单位bps，
空中速率高，则数据传输速度快，传输相同数据的时间延迟小，但传输距离会变短。
空中速率和距离、延迟的关系如下图：

作者：HowieXue