„Wissen erlangen“ Wie viel wissen Sie über die LoRa-Spread-Spectrum-Technologie?

LoRa (Long Range) ist ein Low-Power-Wide-Area-Network-Protokoll (LPWAN), das auf der Spread-Spectrum-Technologie basiert und hauptsächlich für die drahtlose Kommunikation von Internet-of-Things-Geräten (IoT) über große Entfernungen verwendet wird. Die LoRa-Technologie nutzt Spread-Spectrum-Modulation und erreicht so ein gutes Gleichgewicht zwischen geringem Stromverbrauch und Übertragung über große Entfernungen.

Bei der Spread-Spectrum-Technologie handelt es sich um eine Technologie, die zur Übertragung von Informationen ein Spektrum nutzt, das weit über die Signalbandbreite hinausgeht. Bei der Spread-Spectrum-Kommunikation werden die zu übertragenden Informationsdaten mithilfe einer Pseudozufallscodierung moduliert, wodurch ihr Spektrum vor der Übertragung gespreizt wird. Auf der Empfangsseite wird dieselbe Codierung für die Demodulation und Korrelationsverarbeitung verwendet, um die ursprünglichen Informationsdaten wiederherzustellen. Hierbei handelt es sich um ein Breitband-Kodierungsübertragungssystem. 

In der Übertragungsstrecke der Spread-Spectrum-Kommunikation werden die Informationen zunächst mit Spread-Spectrum-Techniken moduliert und dann durch HF-Modulationsverfahren übertragen. In der Empfangsverbindung wird nach der Abwärtskonvertierung das Spread-Spectrum-Entspreizungsschema angewendet. Dies kann als Hinzufügen von Spread-Spectrum-Modulation und Spread-Spectrum-Entspreizung zweier Module zum vorhandenen HF-Pfad verstanden werden.

Eigenschaften der Spread-Spectrum-Modulation

Starke Anti-Interferenz-Fähigkeit:  Die Spread-Spectrum-Technologie verfügt über eine starke Anti-Interferenz-Fähigkeit, die in Widerstandsfähigkeit gegen Breitbandinterferenzen und Schmalbandinterferenzen unterteilt werden kann. Unter breitbandigen Störungen kann man ein Störsignal mit hohem Grundrauschen verstehen, unter schmalbandigen Störungen versteht man Impulssignale.

Hohe Verschleierung:  Spread-Spectrum-Signale weisen eine starke Verschleierung auf. Aufgrund der großen Bandbreite und der geringen Leistungsdichte des Spread-Spectrum-Signals liegt das Signal nach der Ausbreitung vollständig unter dem Grundrauschen und kann nicht anhand der Energieintensität erkannt werden.

Spreizspektrum -Mehrfachzugriff :  Mit der Spreizspektrum-Mehrfachzugriffstechnologie können mehrere Geräte gleichzeitig innerhalb desselben Frequenzbands kommunizieren, ohne sich gegenseitig zu stören. Verschiedene Geräte können unterschiedliche Spreizfaktoren verwenden und das Signal jedes Geräts wird mit unterschiedlichen Modulationsmethoden übertragen. 

Hohe Spektrumnutzung: Die Spread-Spectrum-Technologie zeichnet sich  durch eine  hohe Spektrumnutzung und große Kapazität aus und ermöglicht die Kommunikation über große Entfernungen bei relativ geringer Übertragungsleistung. Dies reduziert die Belegung von Spektrumressourcen. Durch unterschiedliche Spreizfaktoren können mehrere Geräte dasselbe Frequenzband nutzen, was die Spektrumsnutzung weiter verbessert.  

Genaue Positionierung und Entfernungsmessung:  Die Spread-Spectrum-Technologie ermöglicht präzises Timing, Entfernungsmessung und Positionierung. Die UWB-Technologie (Ultra-Wideband) nutzt diese Eigenschaft, indem sie ultrakurze, ultrabreitbandige Impulssignale überträgt, um eine genaue Positionierung zu erreichen.

 Gängige Spread-Spectrum-Systeme werden in Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) und Time-Hopping Spread Spectrum (THSS) unterteilt .  Direktsequenz-Spreizspektrum kann weiter in Breitband-Spreizspektrum und Schmalband-Spreizspektrum unterteilt werden. Das Frequenzsprung-Spreizspektrum kann in schnelles Frequenzspringen und langsames Frequenzspringen unterteilt werden. Breitband-Linear-Chirp-Spread-Spectrum und Hybrid-Spread-Spectrum fallen ebenfalls unter die Spread-Spectrum-Technologie und kombinieren die Eigenschaften dieser drei gängigen Spread-Spectrum-Techniken. 

Merkmale der Front  -End-Module und drahtlosen Datenübertragungsmodule von NiceRF mit LoRa-Spread-Spectrum-Technologie

Lange Übertragungsdistanz :Mit hoher Empfangsempfindlichkeit können diese Module längere Übertragungsdistanzen erreichen.

Geringer Stromverbrauch und niedrige Kosten: LoRa-Module ermöglichen einen extrem niedrigen Stromverbrauch auch über große Entfernungen. Darüber hinaus verfügt LoRa über eine hohe Kapazität, sodass ein einzelnes LoRa-Gateway eine Verbindung zu Tausenden von LoRa-Knoten herstellen kann, wodurch die Modul- und Verkabelungskosten erheblich gesenkt werden. Dadurch ist es weit verbreitet und wird in großen Gebieten eingesetzt.

Hohe Empfindlichkeit: Die Modulationstechnologie von LoRa führt eine einzigartige spektrumserweiternde Verarbeitung des Signals durch .  Bei gleichen Datenratenbedingungen erreicht die Spread-Spectrum-Modulation eine höhere Empfindlichkeit im Vergleich zur herkömmlichen FSK-Modulation. Durch die erhöhte Empfangsempfindlichkeit eignet es sich für die Übertragung über große Entfernungen und für Szenarien, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern.

Hohe Sicherheit: LoRa-Module nutzen die eingebettete Punkt-zu-Punkt-AES-128-Datenverschlüsselungstechnologie und gewährleisten so die Sicherheit der Datenübertragung.

Starke Anti-Interferenz-Fähigkeit : Die LoRa-Funktechnologie ist eine spezielle Art der Spread-Spectrum-Technologie. Durch die Verwendung eines hohen Spreizfaktors können Daten mit geringer Kapazität über ein breites Funkspektrum übertragen werden. Selbst wenn Signale gleichzeitig mit derselben Frequenz an den Host gesendet werden, stören sie sich nicht gegenseitig und bieten so starke Anti-Interferenz-Fähigkeiten.

Niedrige Datenrate: L oRa hat eine relativ niedrige Datenrate, die typischerweise zwischen einigen hundert und mehreren zehn Kbit/s liegt. Je niedriger die Datenrate, desto länger ist die Übertragungsdistanz. Dadurch eignet es sich besser für Anwendungen, die eine langsame oder kleine Datenübertragung erfordern.

Aufgrund ihrer extrem langen Übertragungsentfernung und ihres geringen Stromverbrauchs bietet die LoRa-Technologie breite Anwendungsaussichten im Bereich des Internets der Dinge (IoT). In Smart Cities kann LoRa beispielsweise für intelligente Beleuchtung, intelligentes Parken und intelligente Sicherheitssysteme eingesetzt werden, um ein effizientes Stadtmanagement zu erreichen. Im Agrarsektor kann LoRa zur Bodenüberwachung, Wetterüberwachung und Aquakultur eingesetzt werden und so die landwirtschaftliche Produktivität steigern. Darüber hinaus kann die LoRa-Technologie in der Logistik und im Lieferkettenmanagement zur Artikelverfolgung und Lagerverwaltung eingesetzt werden, wodurch die Effizienz und Genauigkeit der Logistik verbessert wird.