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新 LoRaWAN 物理层的优势
本文将介绍一些数值数据和一些实际场景测量，以便比较在 LoRaWAN 1.0.2 规范之后使用的新 LoRa 跳频扩频调制方案。
一、LoRa简介
在过去的 5 年中，LoRaWAN 迅速成为物联网网络领域的主要参与者之一。它支持分布在室内和室外的传感器和执行器之间的远程、节能通信。它是一种具有成本效益的技术，由易于部署和维护的网络架构支持。LoRaWAN 堆栈的物理层核心是 LoRa，这是一种由 Semtech 收购并注册商标的啁啾扩频 (CSS) 调制。LoRa网关
LoRa 专为超长距离通信（10 公里以上）而设计，因此它优先考虑稳定性而不是数据速率。它允许人们通过扩频因子 (SF)、频率信道和信道带宽的多种组合在带宽利用率和鲁棒性之间找到适当的平衡。
使用 LoRa 的 LoRaWAN 依赖于基于ALOHA的通信技术，该技术受到区域占空比法规（和/或先听后说 (LBT) 机制）的限制。这降低了复杂性，但牺牲了可扩展性和最大可实现的吞吐量。
LoRaWAN 和 LoRa 已在全球范围内得到广泛采用，毫不夸张地说，它可能是当今最广泛使用的物联网技术。尽管事实上它有许多固有的缺点，特别是在部署非常密集的网络中，但由于其简单的媒体访问控制 (MAC) 协议，整体容量受到严重限制。
2. LR-FHSS 概述
因此，为了解决长期的可扩展性问题，Semtech 宣布了 LoRa 物理层的扩展，称为 LR-FHSS。它是通过使用跳频 (FH) 技术增加网络容量和鲁棒性来缓解大规模、密集的 LoRaWAN 部署不可避免地出现所产生的问题。与使用单通道的传统调制方案相比，它使数据包内跳频能够实现更好的容量、灵敏度和干扰抑制。同时，这种改进并不以降低通信范围或功率效率为代价，这是这些类型的低功率广域网 (LPWAN) 的两个主要特征。最后但并非最不重要的一点是，它旨在改善 LoRa 卫星通信，以促进其更广泛的采用。
LR-FHSS 专门设计用于上行链路，A 类中的下行链路仍然使用 LoRa 和相同的 RX1/RX2 窗口。
LR – FHSS 通过在单个无线电数据包传输期间快速切换频率，将低数据速率比特流编码到相对较宽的带宽上。跳频算法使用的带宽可以设置在 39.06 kHz 和 1.5742 MHz 之间。6 dB 调制带宽为 500 Hz。LR-FHSS瞬时调制波特率为488.28125波特，采用2-GMSK调制，BT=1（不再使用啁啾扩频调制）。
启用跳频后，每个 LR-FHSS 数据包都分布在多个频率网格上。
数据包标头包含网关用来计算数据包将使用的频率的信息。发送多个报头以确保接收稳健性。
下面的表 1 将最窄带宽通道与最宽通道进行了比较，因此人们可以了解可以拥有的跳频网格和通道范围有多大。
作为如何传输数据包的示例，请考虑下图。数据包被分成几个频率网格，覆盖信道的分配带宽。特别是，我们将数据包头复制了 3 次（HRD 1、HDR2、HDR3），除了原始的（HDR0）。这是一个选项，但推荐用于稳健性。
接下来，数据有效载荷在多个频率网格（PL1 到 PLN）上拆分，直到整个数据被传输（使用的网格数量取决于数据包大小，其中包头是预定义的）。
