很多人不清楚LoRa是什么，而且對于“LoRa是什么”這個問題可能很難去回答，這是因為LoRa可能不僅僅意味著是一件事：

??技術(shù)上來說，LoRa是一種無線電調(diào)制方案——利用Chirp的多符號格式調(diào)制無線電信號的方法;

??LoRa也指支持調(diào)制的系統(tǒng)，包括LoRa芯片和網(wǎng)關(guān);

??有時在物聯(lián)網(wǎng)應用中稱為LoRa通信網(wǎng)絡(luò)。

??從本質(zhì)上講，LoRa芯片價格低，但具有較高的接收靈敏度和較低的誤碼率(BER)。這意味著在低速應用場景中，使用LoRa比使用其他同等價格的無線電技術(shù)可以實現(xiàn)更長的傳輸距離。

??LoRaWAN

??LoRaWAN是基于LoRa的媒體訪問控制(MAC)層協(xié)議，采用Semtech的LoRa調(diào)制方案(LoRa只是物理層協(xié)議)。然而，LoRaWAN更適合于公共廣域網(wǎng)，因為所有信道都調(diào)制到同一頻率;對于私有網(wǎng)絡(luò)，為了避免沖突，最好只有一個網(wǎng)絡(luò)運行。

?網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)關(guān)都綁定到同一服務器。服務器決定哪個網(wǎng)關(guān)應該響應傳輸。在大型網(wǎng)絡(luò)中，任何給定的傳輸通常由多個接收器檢測到;然后服務器通知一個網(wǎng)關(guān)響應，而其他網(wǎng)關(guān)忽略該傳輸。這個過程有助于避免上行鏈路和下行鏈路的沖突，因為只有一個網(wǎng)關(guān)在傳輸，而重疊的網(wǎng)關(guān)可以簡單地監(jiān)聽其他傳輸。

??很多人沒有意識到的是，有一種方法可以在不使用LoRaWAN的情況下使用LoRaWAN的底層技術(shù)(又名LoRa)。例如，Link Labs的Symphony Link在Semtech的芯片上使用了一個專有的MAC層，使其更適合需要將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全連接到云上的企業(yè)和工業(yè)客戶。此外，許多公司在其他協(xié)議中使用LoRa芯片。

??技術(shù)上回答“什么是LoRa”

??從技術(shù)角度來看，LoRa是一種獨特的調(diào)制方法。

??Semtech的RF組件(SX1272、SX1276/7/8收發(fā)器芯片)集成了LoRa調(diào)制技術(shù)(該技術(shù)為私有調(diào)制技術(shù)，目前技術(shù)細節(jié)尚未公開)。這種技術(shù)被稱為調(diào)頻(FM)Chirp。LoRa的核心技術(shù)是利用分數(shù)鎖相環(huán)(PLL)產(chǎn)生穩(wěn)定的Chirp信號。其他調(diào)制格式包括頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。一個重要的觀點是：LoRa本身并沒有描述物理(RF介質(zhì))層之上的系統(tǒng)功能。

??首先看Chirp信號(這個術(shù)語是從同名鳥類的信號特征中派生出來的，也可以稱為信號處理的掃頻)。Chirp的特點是信號的頻率變化具有一定的規(guī)律性，而FSK信號只在兩個頻點上進行切換。下圖是線性Chirp信號的時域圖。

??LoRa物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

??2012年，Semtech以500萬美元收購了法國Cycleo SAS，從而收購了LoRa 無線技術(shù)。

??調(diào)制解調(diào)器在處理LoRa信息時可以對Chirp信號進行濾波，從而獲得額外的處理增益，提高接收靈敏度。為了“鎖定”LoRa信號，需要發(fā)送一個長的“恒定Chirp”信號(見下圖)。這就是LoRa獨特之處，它使用較低價格的芯片和晶體就可以用來實現(xiàn)非常高的接收靈敏度。

??這個前導信號可以設(shè)置為可變數(shù)目的“符號”，即Chipr的數(shù)目。可以想象，不同的LoRa發(fā)射器的前導信號之間沒有選擇性，但是LoRa解調(diào)器可以監(jiān)聽恒定的Chirp信號(無論它是否來自預定的系統(tǒng))。一個LoRa接收系統(tǒng)在面對常規(guī)的功率干擾和LoRa干擾時的抗干擾性能是非常重要的，這也是Symphony Link的關(guān)鍵技術(shù)。

??一旦LoRa modem被“鎖定”到前導碼，前導碼的末端由圖中所示的“反向Chirp”發(fā)出。然后開始數(shù)據(jù)傳輸，它有一系列的“符號”，這些符號的功能與M-ARY FSaK符號很相似，但發(fā)生在Chirp上，見下圖。

??LoRa的另一個強大特性是能夠解調(diào)多個“正交”或同時的同頻信號，只要它們具有不同的Chirp變化率。在數(shù)據(jù)表中，LoRa Chirp變化率稱為擴頻因子(Spread Factor)。擴頻因子越高，Chirp變化越慢。Semtech的SX1301芯片支持這一特性，能夠同時解碼許多同時的LoRa Chirp。此功能使創(chuàng)建大型網(wǎng)絡(luò)成為可能。

??LoRa特點

??LoRa聯(lián)盟成立于2015年，旨在標準化LoRaMAC的功能。LoRa聯(lián)盟開發(fā)了LoRaWAN協(xié)議，允許移動網(wǎng)絡(luò)運營商使用未經(jīng)授權(quán)的頻譜與網(wǎng)絡(luò)中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行通信。

??LoRaWAN是一種多訪問協(xié)議的服務器端實現(xiàn)，旨在減少與大量端點的沖突。需要一個服務器應用程序在網(wǎng)絡(luò)連接上運行MAC功能;

??LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，其中網(wǎng)關(guān)是在終端設(shè)備和后端中央網(wǎng)絡(luò)服務器之間中繼消息的透明橋;

??客戶端邏輯內(nèi)置于web服務器中;

??它主要是為具有多個端點的僅上行應用程序設(shè)計的，或者只需要少量下行消息的應用程序(受應用程序或端點數(shù)量的限制);

??同一網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)需要同步;

??終端設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間的通信分布在不同的頻率和數(shù)據(jù)速率上。傳輸距離和數(shù)據(jù)速率之間需要權(quán)衡(也就是說，傳輸距離越遠，數(shù)據(jù)速率越低);

??許多行業(yè)正在利用開放的LoRaWAN物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備標準，包括農(nóng)業(yè)(用于灌溉/水位監(jiān)測和蟲害控制)、公用事業(yè)(用于智能電表、照明和能源管理場景)和建筑施工(用于建筑門窗傳感器和建筑結(jié)構(gòu)健康應用)。