LoRa空口数据的同步与解调
2022年电子技术应用第4期
雷 芳1，陈 博1，吕京昭1，李平安1，杜海涛2，粟 栗2
1.重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆400065；2.中国移动通信集团公司研究院，北京100053
摘要： LoRa通信技术具有低功耗、远距离的特点，在生活中越来越受到关注。然而，对于底层的LoRa调制解调技术以及物理层通信链路流程，官方没有公开的技术文档说明，只有一些文献提及了这些内容。基于此，结合官方罗德仪表LoRa调制参数配置接口与文献资料，完善了物理层通信链路流程；从本质上，描述了LoRa调制解调技术的原理，从罗德仪表空口采集LoRa调制数据，对文献提出LoRa调制解调算法进行验证，提出了一种LoRa空口数据的同步算法，实现了对LoRa空口数据的解调。最后，对LoRa调制技术在5种码率下进行抗噪声性能仿真。仿真结果表明，并不是纠错码位数越多纠错效果越好；码率为4/5效果纠错最佳，抗噪声性能大约提高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(xiàn)了一系列的無線通信技術，被大規(guī)模應用于各個行業(yè)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(yè)[5]、智慧城市[6]等。
LoRa技術是由美國Semtech公司開發(fā)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(tǒng)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(fā)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(huán)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(xiàn)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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