LoRa空口數據的同步與解調
2022年電子技術應用第4期
雷 芳1，陳 博1，呂京昭1，李平安1，杜海濤2，粟 栗2
1.重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶400065；2.中國移動通信集團公司研究院，北京100053
摘要： LoRa通信技術具有低功耗、遠距離的特點，在生活中越來越受到關注。然而，對于底層的LoRa調制解調技術以及物理層通信鏈路流程，官方沒有公開的技術文檔說明，只有一些文獻提及了這些內容。基于此，結合官方羅德儀表LoRa調制參數配置接口與文獻資料，完善了物理層通信鏈路流程；從本質上，描述了LoRa調制解調技術的原理，從羅德儀表空口采集LoRa調制數據，對文獻提出LoRa調制解調算法進行驗證，提出了一種LoRa空口數據的同步算法，實現了對LoRa空口數據的解調。最后，對LoRa調制技術在5種碼率下進行抗噪聲性能仿真。仿真結果表明，并不是糾錯碼位數越多糾錯效果越好；碼率為4/5效果糾錯最佳，抗噪聲性能大約提高1 dB。
中圖分類號： TN929.5
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211637
中文引用格式： 雷芳，陳博，呂京昭，等. LoRa空口數據的同步與解調[J].電子技術應用，2022，48(4)：81-85.
英文引用格式： Lei Fang，Chen Bo，Lv Jingzhao，et al. Synchronization and demodulation of LoRa null port data[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(4)：81-85.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211637
中文引用格式： 雷芳，陳博，呂京昭，等. LoRa空口數據的同步與解調[J].電子技術應用，2022，48(4)：81-85.
英文引用格式： Lei Fang，Chen Bo，Lv Jingzhao，et al. Synchronization and demodulation of LoRa null port data[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(4)：81-85.
Synchronization and demodulation of LoRa null port data
Lei Fang1，Chen Bo1，Lv Jingzhao1，Li Pingan1，Du Haitao2，Li Su2
1.School of Communication and Information Engineering，Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065，China； 2.Research Institute of China Mobile Communications Group Corporation，Beijing 100053，China
Abstract： LoRa communication technology has the characteristics of low power consumption and long distance, and has attracted more and more attention in life. However, for the underlying LoRa modulation and demodulation technology and the physical layer communication link flow, the official does not have the public technical document description, only some literature mentioned these contents. This paper improves the physical layer communication link flow by combining the LoRa modulation parameter configuration interface the official Rhode instrument with the literature. The principle of LoRa modulation and demodulation technology is described in essence, and the LoRa modulation data are collected from the Rhode instrument null port. The modulation and demodulation algorithm of LoRa literature is verified, and a synchronization algorithm of LoRa null port data is proposed. The LoRa demodulation of null port data is realized. Finally, the noise resistance performance was simulated for the LoRa modulation technique at 5 code rates. The simulation results show that the reduction of bit rate does not mean that the anti-noise ability of the system will be improved. The code rate is 4/5 with the best effect error correction, and the noise resistance performance improves by about 1 dB.
Key words : LoRa；Rhode instrument；communication links；null port data；synchronization algorithm
0 引言
近年來，智能設備的蜂擁而起，先后涌現了一系列的無線通信技術，被大規模應用于各個行業各種應用場景。其中，在廣域網通信技術中，LoRa是一種前景比較好的低功耗廣域網(Low Power Wide Area Network，LPWAN)[1-3]技術，主要應用于具有低功耗、遠距離特點的應用場景，如智能抄表[4]、智慧農業[5]、智慧城市[6]等。
LoRa技術是由美國Semtech公司開發的一種擴頻技術，融合了數字擴頻、數字信號處理及前向糾錯編碼等技術[7]。與傳統擴頻技術相比，LoRa技術增加了鏈路預算和對帶內干擾的抗干擾能力，擴大了無線通信鏈路的通信范圍[8]。在SX1280技術手冊[9]以及文獻[10]中，給出了LoRa數據包結構以及長度計算方法，并沒有給出物理層LoRa數據包的調制解調算法、通信鏈路流程；僅有一些文獻提到LoRa調制解調技術的原理及物理層收發端流程框圖[11-13]。在文獻[14]中，提到了一種LoRa空口數據鎖相環的硬同步算法，但基本沒有文獻提出軟同步算法。
基于此，本文將結合官方的羅德儀表中的LoRa調制技術和文獻中的資料對LoRa物理層進行更詳細更完整的說明，提出一種高效的軟同步算法，并對羅德儀表生成的LoRa空口數據實現解調。
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作者信息：
雷 芳1，陳 博1，呂京昭1，李平安1，杜海濤2，粟 栗2
(1.重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶400065；2.中國移動通信集團公司研究院，北京100053)
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