LoRa 칩, 처프, 심볼 및 비트 간의 관계 이해

LoRa 칩, "처프", 심볼 및 비트 간의 실제 관계를 이해하려고합니다. 나는 다양한 비율을 나타내는 방정식을 의미 하는 것이 아니라 실제로 이러한 것들이 양적으로 어떻게 관련되는지를 의미합니다.

Semtech 문서 AN1200.22 LoRa ™ 변조 기본 사항 에는 다양한 속도와 관련된 몇 가지 기본 방정식 및 정의가 포함되어 있습니다. 내가 이해할 수있는 한, 칩 속도 CR은 항상 선택한 대역폭과 숫자가 같습니다. 따라서 선택한 대역폭 = 125kHz 인 경우 칩 속도는 125,000 칩 / 초입니다. 그 후, 심볼 BW는 칩 레이트와 상호 교환 가능하게 사용된다.

확산 계수는 칩 및 기호와 관련이 있습니다. . 따라서 심볼 레이트 SR은 칩 레이트 (BW)와 관련이 있습니다. $2^{SF} chips = 1 \ symbol$

$SR = \frac{BW}{2^{SF}}$

LoRa 변조의 구현에서, 4 비트의 모든 데이터는 순방향 에러 정정의 형태로서 5, 6, 7 또는 8 개의 총 비트로 인코딩 될 것이고, 이들은 코딩 레이트 CR = 1, 2를 설정함으로써 선택된다. 따라서 사용자 데이터 비트의 실제 속도는 다음 요소에 의해 감소되어야합니다.

$BR_{user} = BR\frac{4}{4+CR}$ 입니다.

이것으로 내가 지금까지 이해하고 있다고 생각 합니다. 실제로 어떤 칩이나 기호가 무엇인지 모르겠습니다 . 예를 들어, 대역폭과 원시 비트 레이트 사이의 최종 관계에는 SF 용어가 추가로 있습니다.

$BR = SF\frac{BW}{2^{SF}}\ = SF \cdot SR$

즉, LoRa 사용 가능한 설정에서 하나의 심볼이 SR 비트 또는 6 ~ 12 비트 사이에 해당합니다. 그 맞습니까?

나는 여기에서 (또한 이 비디오 에서 13:00 이후를 본다 : EDIT : 가장 최근의 심층 토론 비디오 ) 주파수 df / dt의 최초 미분으로 처프 레이트의 정의를 발견했다. 그것은 단위 것이지만 거기에 표시된 표현은 다릅니다. 아마도 이것은 주파수의 변화율이 아닌 완전한 스위프 율 (처프)일까요? $time^{-2}$

위 : 스크린 샷은 여기에서 .

질문 : 칩과 "처프"의 관계는 무엇입니까 ? 스펙트로 그램에서 칩을 시각적으로 구별 할 수 있습니까? 각 칩의 시작과 끝을 볼 수 있습니까? 또한 실제로 심볼 당 6 비트와 12 비트 사이에 있습니까?

아래는 LoRa 신호의 스펙트로 그램 그림입니다. 각 처프 중에는 공칭 처프주기 당 평균적으로 주파수가 한 번에 순간적으로 이동하는 것처럼 보이지만, 이것이 일반적인 경우인지는 모르겠습니다.

위 : LinkLabs의 LoRa 스펙트로 그램 : "LoRa 란 무엇입니까?" .

위 : RTL-SDR로 LoRa IOT 프로토콜 디코딩의 LoRa 스펙트로 그램 .

위 : LoRa 반전 (PDF)의 스크린 샷 .

위 : 에서 디코딩 로라 -에서 잘립니다 여기 .

— 어 오
소스

이것은 관련 답변 입니다.

— uhoh

33C3에서 LoRa Phy에 대한 Matt Knight의 이야기를 보셨습니까? media.ccc.de/v/33c3-7945-decoding_the_lora_phy – GRCon 에서 개최 한 강연의 "확장 및 개선 된 버전"입니다 (둘 다 생생하게보기에는 좋았습니다). LoRa "GRCON에서 강연)

— Marcus Müller

@ MarcusMüller 지금보고 있습니다. 이전 동영상보다 훨씬 유용합니다. 새 링크를 포함하도록 내 질문을 편집하겠습니다.-감사합니다 !! 그러나 나는 처 프율 (df / dt)이 시간 단위를 가질 수있는 방법을 여전히 이해하지 못한다.

^{- 1}

${}^{-1}$

^{- 2}

${}^{-2}$

@Andreas LoRa에 관심이 있으십니까? 1) LoRa 반전 (pdf) , 2) LoRa PHY 디코딩 (우수한 비디오) , 3) Linklabs : LoRa 란 무엇입니까? , 4) LoRa 디코딩

— uhoh

편집 해 주셔서 감사합니다. 예, SEMATECH 는 모두 상한이지만 Semtech은 완전히 다릅니다. 근육 기억 이어야합니다 .

— uhoh

답변:

LoRa는 처프 기반 확산 스펙트럼 변조입니다. 기호 A는 짹짹 .

기호 / 처프를 생성하기 위해 모뎀은 발진기의 위상을 변조합니다. 모뎀이 위상을 조정하는 초당 횟수를 칩 속도 라고 하며 변조 대역폭을 정의합니다 . 칩 속도는 수정 주파수 (32MHz)를 직접 세분화합니다.

Example for 125 kHz LoRa:

125 kHz modulation bandwidth
    = 125000 chips per second
    = 8 µs per chip

modulation bandwidth < occupied spectral bandwidth < channel spacing (typ 200 kHz)

기본 처프는 단순히 fmin에서 fmax (위로 처프) 또는 fmax에서 fmin (아래로 처프)까지의 램프입니다. 데이터 운반 처프는 주기적으로 쉬프트되는 처프이며이 주기적 쉬프트는 정보를 전달합니다.

확산율은 두 개의 기본 값을 정의

$2^{SF}$
수 원시 심볼로 인코딩 될 수있는 비트는 SF

그 이유는 길이가 N 칩인 심볼을 주기적으로 0에서 N-1 위치로 이동할 수 있기 때문입니다. "참조"위치는 LoRa 프레임의 시작 부분에 쉬프트되지 않은 심볼로 표시됩니다. 따라서이 순환 쉬프트는 log2 (N) 비트의 정보를 전달할 수 있습니다. N이 2의 거듭 제곱이면 수학은 훌륭하게 작동합니다.

Example for SF 7

A SF 7 symbol is 128 chips long
    = 1.024 ms @125kHz modulation bandwidth
    = 512 µs @250kHz modulation bandwidth
    = 256 µs @500kHz modulation bandwidth

A 128-chip long symbol can by cyclically shifted from 0 to 127 positions, and that shift
carries 7 bits of raw information:
    ~ 6.8 kbps raw @125kHz modulation bandwidth
    ~ 13.7 kbps raw @250kHz modulation bandwidth
    ~ 27.3 kbps raw @500kHz modulation bandwidth

잡음으로 인해이 변조 / 복 조화 과정에서 오류가 발생하므로 오류 수정 코드가 추가됩니다. 일반적인 페이로드의 경우 처프를 조정하기 전에 25 % (CR1) 또는 50 % (CR2)의 중복성이 추가됩니다. 실제로, 사용자가 보낸 데이터는 더 나은 오류 수정 속성을 얻기 위해 혼합됩니다.

원시 데이터 속도 및 오류 수정은 공칭 데이터 속도를 정의합니다. 장치가 전송할 수있는 최대 데이터 속도를 얻으려면 다음을 고려해야합니다.

해당되는 경우 방출 대역의 법적 듀티 사이클 제한
전송 된 각 프레임에 대한 LoRa 프리앰블, 헤더 및 CRC의 오버 헤드 (짧은 프레임이 전송 될 때 중요한 영향)
각 프레임에 대한 프로토콜 오버 헤드 (짧은 프레임에도 매우 중요)

편집하다:

순환 쉬프트의 효과를 더 쉽게 이해할 수 있도록 처프의 경계를 (빨간색으로) 추가했습니다. 프리앰블의 끝에서 프레임의 시작을 알리는 몇 가지 특수 심볼을 제외하고 LoRa 프레임의 모든 처프는 정확히 동일한 길이입니다. 주파수는 상당히 "점프"하는 것처럼 보이지만 대역 내에서 원치 않는 고조파가 많이 발생하는 위상 불연속은 없습니다.

— 실뱅
소스

f_{m a x} - f_{m i n}

$f_{max}-f_{min}$

"불규칙성"및 "단계"는 순환-시프트에 기인한다. 변속되지 않은 상향 처프는 fmin에서 시작하여 fmax에서 끝납니다. 2 ^ (SF-1) 샘플에 의해 처프 된 쉬프 사이클은 (fmin + fmax) / 2에서 시작하여 처프 길이의 절반에서 최대 fmax까지 상승한 다음 fmin으로 즉시 점프 한 다음 (fmin + fmax) /까지 상승합니다. 처프 끝에서 2입니다.

— Sylvain

f_{m i n}

$f_{min}$

나는 여전히 비트 / 심볼 ~ SF에 붙어 있습니다. 이것은 신호에 정통하고 잘 알려진 것처럼 보이지만 아직 이유를 알지 못합니다. 더 읽을 수있는 곳을 알려 주시겠습니까? 난 그냥 "아하"가 필요해 실마리를 입력하십시오. 감사! LoRa가 저에게 정말 멋진 학습 경험 이 된 것 같습니다 .

— uhoh

지난 24 시간 동안 LoRa에 들어가서이 질문을 우연히 발견했습니다. 또한 처프 속도와 처프에서 다른 칩을 볼 수있는 방법 등으로 고착되었습니다. 나는 질문 이라는 부분을 다루지 않기 때문에 여기에 두 가지 답변이 마음에 들지 않습니다 . 시간이 있으면 내 자신의 답변을 쓸 것입니다. 그 순간 까지이 특허 를 읽는 것이 좋습니다. 이 답변은 실제로이 문서에서 나온 정보의 일부입니다. 예제와 특히 처프의 경계를 그리는 데 많은 도움이되었습니다. 이것이 정말 도움이되었습니다!

— Felix Crazzolara

정의

따라서 비트 , 심볼 , 칩 및 처 프란 무엇이며 이것이 무엇을 의미합니까?

비트

비트는 가장 작은 정보 단위입니다. 대부분의 경우, 우리는이 비트들을 발신자 (TX)에서 수신자 (RX)로 보내려고합니다.

이 비트를 RX로 보내려면 대상에 도달하기 위해 일종의 매체를 거쳐야합니다. 금속, 공기, 물, 광섬유 등 상상할 수있는 모든 종류의 매체 일 수 있습니다.
각각의 장점, 단점 및 단점이 있지만 다른 미디어의 단점을 보완해야하기 때문에 주로 사용합니다.
광섬유 는 공기를 매체로 사용하는 무선 전송에 비해 감쇠 가 훨씬 적고 신호를 전송하는 데 더 좋고 장거리에 대해 말하면 구리 기반 통신에 비해 훨씬 저렴 하기 때문에 광섬유가 사용됩니다 .
이 매체의 단점은 매체를 통해 전력을 전송할 수 없다는 것입니다. 무의미합니다. 마지막에이 전원을 재사용 할 수 없으므로 정보를 전송하는 동안 전원을 공급하려면 구리를 사용해야합니다.
비트 전송률은 시간 단위당 전송 또는 처리 된 비트 수입니다.

비 나는 티 아르 자형 ㅏ 티 이자형 = {아르 자형}_{비}

$Bit\ rate = R_b$

상징

이러한 다른 유형의 미디어를 통해 전송하려면 해당 비트 정보를 대상에 도달 할 수있는 방식으로 설명하고 전송해야합니다.
심볼은 하나 이상의 데이터 비트를 나타내며, 일종의 파형 또는 코드 일 수 있습니다 .
심볼 레이트는 시간 단위당 심볼 변경 수이며 비트 레이트와 같거나 적을 수 있습니다. 심볼 속도는 전송 속도 및 변조 속도라고도합니다.

다음 은 어떤 종류의 라인 코드가 존재하는지와 어떤 종류의 변조 가 있는지에 대한 예 입니다.

에스 와이 미디엄 비 영형 엘 아르 자형 ㅏ 티 이자형 = {아르 자형}_{에스}

$Symbol\ rate = R_s$

칩

칩은 확산 스펙트럼 전송의 맥락에서 데이터 시퀀스의 기본 이진 요소이며 혼동을 피하기 위해 비트와 다르게 이름을 지정했습니다.

확산 스펙트럼 은 데이터가 대역폭을 통해 확산되도록하는 아이디어입니다. 이러한 방식으로 전송이 더 중복되고 방해가 덜 발생합니다. 확산 스펙트럼을 사용하지 않고 동일한 안정성에 도달하려면 비교적 높은 전력으로 협 대역으로 전송해야합니다. 이것은 다른 전송을 방해하고 다른 모든 전송을 방해하지 않고 정보를 성공적으로 전송하는 통신의 전체 지점에 적용됩니다.
칩 속도 는 시간 단위당 전송 또는 수신 된 칩의 수이며 심볼 속도보다 훨씬 크기 때문에 여러 칩이 하나의 심볼을 나타낼 수 있습니다.