Ghidul dezvoltatorului pentru lora-modemurile sx1272

1. INFORMAȚII GENERALE
Acest manual oferă informațiile de bază necesare pentru a evalua fezabilitatea utilizării modemului LoRa în produsul proiectat de radiotelefonie. Descrierea parametrilor de proiectare este împărțită în două secțiuni: într-unul, se iau în considerare parametrii principali, iar în celălalt - cei adiționali.







2. PRINCIPIILE DE PROIECTARE A DISPOZITIVELOR CU APLICAREA MODULATIEI LoRa

2.1. Metoda de modulare LoRa
LoRa (Long Range) este o schemă de modulație a spectrului de dispersie în care datele sunt codificate prin impulsuri de craniu de bandă largă la o frecvență care crește sau scade pe un anumit interval de timp. În această abordare, două avantaje principale: o creștere semnificativă a sensibilității receptorului datorită extinderii spectrului și criticalitatea scăzută la frecvența detuning între emițător și receptor. Pentru a înțelege mai bine principiile de proiectare ale dispozitivelor radiotehnice care utilizează modularea LoRa, este necesar să revedeți pe scurt factorii care afectează sensibilitatea receptorului.

2.2. Sensibilitatea receptorului
Sensibilitatea radioului la temperatura camerei este dată de următoarea formulă:


Primul termen se datorează zgomotului termic la 1 Hz din banda de frecvență și poate fi afectat numai prin modificarea temperaturii receptorului. Al doilea termen, BW, descrie banda de frecvență a receptorului. NF este cifra de zgomot a receptorului care este constantă pentru o anumită implementare hardware. În cele din urmă, SNR este raportul semnal-zgomot necesar pentru schema de modulare aplicată. Parametrii constructivi pentru proiectantul echipamentelor radio folosind modularea LoRa sunt raportul semnal-zgomot și banda de frecvență a receptorului.

2.3. Raportul semnal-zgomot și factorul de împrăștiere
Esența de bază a modulației cu răspândirea este aceea că fiecare bit de date este codificat de mai multe elemente ale unui semnal sau cipuri (dintr-un cip de engleză). Relația dintre rata de date Rb și rata de cip Rc (rata elementului semnal) pentru modularea LoRa este dată de următoarea formulă:


Aici SF este factorul de răspândire.
SNR este cea mai mică valoare a raportului dintre puterea semnalului dorit și puterea de zgomot la care este posibilă demodularea. Avantajele inerente ale metodei de modulare LoRa, cuplate cu corecția proactivă a erorilor și răspândirea, pot crește semnificativ raportul semnal-zgomot. Exemple de valori ale raportului semnal-zgomot pentru modularea tradițională și LoRa sunt prezentate în tabelul de mai jos. Cu cât acest raport este mai mic, cu atât mai sensibil va fi receptorul. Valorile negative indică posibilitatea recepționării unui semnal sub nivelul de zgomot al receptorului:


Din reprezentarea unui bit de date prin mai multe chipsuri, rezultă că factorul de împrăștiere afectează în mod direct durata pachetului LoRa. Mai jos este prezentat modul în care factorul de împrăștiere afectează sensibilitatea receptorului și durata pachetului cu o lățime de bandă fixă ​​de 250 kHz.

2.4. Lățimea de bandă și rata cipului
Unul dintre principalele compromisuri de design pe care trebuie să le iei atunci când alegi un factor de împrăștiere este alegerea raportului dintre durata pachetului și lărgimea de bandă ocupată. Deoarece un bit este reprezentat de câteva chips-uri, este necesar fie să se extindă lățimea de bandă prin transferarea chips-uri, la o rată mai mare decât datele originale, sau pentru a lăsa neschimbat banda, dar să-și petreacă mai mult timp pentru a transfera informații.
Rata de cip a fluxului de date cu modulare LoRa, exprimată în jetoane pe secundă (chip / s), este numeric egală cu lărgimea de bandă a semnalului în hertz. De exemplu, banda de frecvență a semnalului LoRa, egală cu 125 kHz, corespunde unei rate de cip de 125 kips / s.
Formula (1) arată că extinderea benzii de frecvență BW datorată introducerii zgomotului suplimentar în canal duce la o scădere a sensibilității receptorului. Acest lucru înseamnă că, pentru un anumit coeficient de extindere a spectrului poate proiecta sau alege o lățime de bandă îngustă, pentru a maximiza sensibilitatea și costul creșterea lungimii pachetului, sau pentru a extinde banda si pentru a accelera de transmitere a sacrifica sensibilitatea.
De exemplu, să luăm modemul SX1272 cu posibilitatea setării programabile a trei valori de lățime de bandă - 500, 250 sau 125 kHz (vezi mai jos). (Pentru SX1276, banda de frecvență poate fi setată în intervalul de la 7,8 până la 500 kHz.)

Ghidul dezvoltatorului pentru lora-modemurile sx1272

Efectul benzii de frecvență asupra lungimii totale a pachetelor și sensibilitatea receptorului la un factor de împrăștiere fixă ​​este prezentat mai jos în Tabelul 10 pentru un pachet cu 10 octeți de sarcină utilă:








Pe baza parametrilor de bază - lățimea de bandă și factorul de împrăștiere - este posibilă evaluarea rapidă a fezabilității aplicării modulației LoRa într-un anumit caz. În cazul în care concluzia cu privire la oportunitatea este pozitivă, atunci în continuare pentru a optimiza caracteristicile produsului care este proiectat, este necesar să se ia în considerare un număr de alți parametri de proiectare.

3. PARAMETRII CONSTRUCTIVE SUPLIMENTARE ALE APARATELOR RADIO CU UTILIZAREA LORRĂ DE MODULARE
Pe lângă factorul de difuzare și lățimea de bandă, există încă alți parametri de proiectare pe care proiectantul ar trebui să le ia în considerare atunci când implementează o legătură de modulare LoRa. Mai ales ele sunt importante în optimizarea designului pentru astfel de parametri precum imunitatea la zgomot și timpul de transmisie.

3.1. Eroare proactivă de eroare
Modemul LoRa utilizează una dintre tipurile de corecții proactive de eroare, ceea ce vă permite să recuperați biții de date care sunt distorsionați datorită interferențelor. Aceasta necesită o cantitate mică de redundanță asociată codării suplimentare a datelor din pachetul transmis. Următoarea familie de curbe demonstrează o creștere a toleranței la erori în prezența zgomotului termic excepțional, în funcție de rata de cod selectată.

Ghidul dezvoltatorului pentru lora-modemurile sx1272

Dar câștigul real din corecția de eroare preemptivă poate fi obținut în condiții de zgomot de impuls. Dacă este de așteptat o interferență în canalul de comunicare de acest tip, este recomandabil să se ia în considerare posibilitatea aplicării unei corecții proactive de eroare.
Tabelul de mai jos arată modul în care creșterea vitezei de codare afectează durata pachetului cu o lățime de bandă fixă ​​de 250 kHz și un factor de împrăștiere de 10.

3.2. Implementarea hardware
Calea de frecvență radio a receptorului afectează, de asemenea, sensibilitatea receptorului și modul de antet pentru durata pachetului. Efectul modului antet este descris în secțiunea 4.
Modemurile SX1272, SX1273, SX1276, SX1277 și SX1278 oferă două scheme de comutare a căii de radiofrecvență, care sunt prezentate în figura de mai jos. Sensibilitatea optimă (prin reducerea factorului de zgomot NF din formula (2) poate fi obținută prin separarea căilor de transmisie și recepție folosind antene separate sau o antenă și un comutator de frecvență radio.

3.3. Mod de optimizare pentru rate scăzute de date și modul antet
Ultimii doi factori care depind de durata unui pachet sunt modul de funcționare a modemului și parametrii de transmitere a pachetelor setați în acesta. Pentru a înțelege influența acestora, este necesar să se ia în considerare formatul pachetului LoRa.

4. FORMATUL ȘI DURATA PACHETULUI
Din cele de mai sus, pentru a se conforma în mod eficient cu constrângerile de proiectare sisteme legislative și de reglementare caracter de inginerie pe lungime de pachete și sensibilitatea receptorului trebuie să fie în măsură să calculeze lungimea pachetului la configurația modemului. Formulele exacte corespunzătoare sunt date mai jos.
Pentru a calcula durata unui pachet, este convenabil să determinați parametrul "duration of symbol" (Tsym). Acesta este momentul în care 2 cipuri SF sunt transmise la o viteză dată de cip. Reamintind că viteza cipului este determinată de banda de frecvență, avem:


După cum arată figura următoare, pachetul constă din mai multe elemente.

Ghidul dezvoltatorului pentru lora-modemurile sx1272

Modulul comun pentru toate configurațiile modemului este o secvență de simboluri preambul, a căror durată este dată de următoarea formulă:


Aici npreamble este numărul programat al simbolurilor preambulului. Numărul de simboluri care constituie sarcina utilă și antetul pachetului este dat de următoarea formulă:


Parametrii cu formula:
• PL - numărul de octeți de date privind sarcina utilă.
• SF este factorul de răspândire.
• H = 0 când transferul antetului este activat și H = 1 când nu există antet.
• DE = 1, când este activată optimizarea pentru rate scăzute de date și DE = 0 atunci când este dezactivată.
• Viteza codului CR (de la 1 la 4).
De aici rezultă că, dacă aveți nevoie să reduceți durata unui pachet, iar lungimea acestuia în caractere este cunoscută în prealabil, puteți șterge antetul. Timpul de transmisie a sarcinii utile în acest caz va fi egal cu durata simbolului înmulțită cu numărul simbolurilor încărcăturii utile:


Lungimea pachetului este pur și simplu suma duratei transmisiei preambulului și a sarcinii utile:


De aici se poate observa că în modul bandă îngustă durata pachetului LoRa poate fi semnificativă.
Pentru a evita problemele legate de deviația oscilatorului de referință din cuarț din cauza fluctuațiilor de temperatură sau a deplasării dispozitivului, se utilizează un bit de optimizare pentru rate scăzute de date. În special, atunci când banda de frecvență de 125 kHz și un factor de răspândire SF = 11 și 12, face puțină redundanță pentru a crește rezistența la fluctuațiile frecvenței de referință la interval de timp de transmisie de pachete LoRa.

5. CALCULATORUL PARAMETRILOR DE LUCRU LoRa-modem
Pentru a simplifica adoptarea deciziilor de proiectare legate de utilizarea modemului LoRa, a fost creat un instrument software care vă permite să evaluați rapid parametrii de operare ai modemului LoRa, precum și lungimea pachetului și sensibilitatea receptorului. Acest instrument poate fi descărcat de pe www.semtech.com.
Următoarea ilustrație prezintă fereastra principală a calculatorului parametrilor de operare modem LoRa. Aici vedem că toți parametrii de proiectare de mai sus pot fi modificați, calculând lungimea pachetului obținute și sensibilitatea receptorului fără a fi nevoie să calculați manual parametrii formulelor date în acest manual și în caracteristicile tehnice ale modemului.
Pentru comoditate, figura prezintă etichete numerice - numerele capitolelor din acest manual unde se discută parametrul specificat. Pentru informații despre alți parametri, consultați specificațiile tehnice ale modemului.

Ghidul dezvoltatorului pentru lora-modemurile sx1272

Pentru întrebări legate de obținerea probelor, asistență tehnică și achiziționarea de produse, vă rugăm să contactați distribuitorul oficial al firmei Semtech Corporation din Rusia - firma QUEST.

Ghidul dezvoltatorului pentru lora-modemurile sx1272







Trimiteți-le prietenilor: