LoRa çipleri, cıvıltıları, sembolleri ve bitleri arasındaki ilişkiyi anlama

LoRa cips, "cıvıltılar", semboller ve bit arasındaki gerçek ilişkiyi anlamaya çalışıyorum. Sadece çeşitli oranları ilişkilendiren denklemleri değil, aslında bunların niceliksel olarak nasıl ilişkili olduğunu kastediyorum .

Semtech AN1200.22 LoRa ™ Modülasyon Temelleri dokümanı , çeşitli oranlarla ilgili bazı temel denklemleri ve tanımları içerir. Anlayabildiğim kadarıyla, yonga oranı CR her zaman sayısal olarak seçilen bant genişliğine eşit olacaktır. Dolayısıyla, seçilen bant genişliği = 125 kHz ise, yonga oranı 125.000 yonga / saniyedir. BW sembolü daha sonra talaş oranıyla dönüşümlü olarak kullanılır.

Yayılma faktörü çipler ve sembollerle ilgilidir. . Dolayısıyla, SR simge oranı çip oranı ile ilgilidir (BW olarak): $2^{SF} chips = 1 \ symbol$

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

LoRa modülasyonunun uygulanmasında, her 4 veri biti bir ileri hata düzeltmesi biçimi olarak toplam 5, 6, 7 veya 8 bit olarak kodlanır ve bunlar CR = 1, 2 kodlama oranı ayarlanarak seçilir, 3, 4. Yani kullanıcı veri bitlerinin gerçek oranı faktör tarafından azaltılmalıdır:

$BR_{user} = BR\frac{4}{4+CR}$ .

Bu şimdiye kadar anladığımı düşündüğüm sonuca varıyor . Aslında çiplerin veya sembollerin ne olduğunu bilmiyorum . Örneğin, bant genişliği ve ham bit hızı arasındaki son ilişkide, anlamadığım ekstra bir SF terimi var.

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

Bu, bir sembolün SR bitlerine eşdeğer olduğunu veya LoRa kullanılabilir ayarlarında 6 ila 12 bit arasında olduğunu belirtir. Bu doğru mu?

Burada (ayrıca, bu videoda 13: 00'dan sonra izleyin EDIT: daha yeni ve daha derinlemesine konuşmanın videosu ) frekans df / dt'nin ilk türevi olarak cıvıltı oranının bir tanımını buldum . Bu ona zaman birimleri verirdi ama burada gösterilen ifade farklı. Belki de bu, frekans değişim hızından ziyade tam süpürme (cıvıltılar) oranıdır? $time^{-2}$

yukarıda: buradan ekran görüntüsü .

Soru: Yongalar ve "cıvıltılar" arasındaki ilişki nedir - yongalar spektrogramlarda görsel olarak ayırt edilebilir - her yonganın nerede başladığını ve bittiğini görebilir mi? Ayrıca, sembol başına gerçekten 6 ila 12 bit var mı?

Aşağıda LoRa sinyallerinin spektrogramlarının bazı örnekleri bulunmaktadır. Her cıvıltı sırasında, nominal cıvıltı dönemi başına kabaca ortalama bir anlık kayma var gibi görünüyor, ancak bunun genel olarak geçerli olup olmadığını bilmiyorum.

yukarıda: LinkLabs'dan LoRa spektrogramı : "LoRa nedir?" .

yukarıda: LoRa IOT Protokolünün bir RTL-SDR ile Kodunun Çözülmesinden elde edilen LoRa spektrogramı .

yukarıdaki: Reversing LoRa'dan ekran görüntüsü (PDF).

Yukarıda: dan Kod Çözme Lora - dan kırpılmış burada .

— Hata! Beklemedik
kaynak

Bu ilgili bir cevap .

— Ocak'ta uhoh

Matt Knight'ın 33c3'te LoRa Phy ile ilgili konuşmasını gördün mü? media.ccc.de/v/33c3-7945-decoding_the_lora_phy - GRCon'da yaptığı konuşmanın "her ikisi de canlı olarak görmek oldukça güzel olan" genişletilmiş ve geliştirilmiş sürümü "(" Reversing " LoRa "GRCon'da konuşma)

— Marcus Müller

@ MarcusMüller Şimdi izliyorum - bu eski videodan çok daha faydalı - Yeni bağlantılar eklemek için sorumu düzenleyeceğim - Teşekkürler !! Ama hala cıvıltı oranının (df / dt) nasıl zamana sahip olabileceğini anlamıyorum

^{- 1}

${}^{-1}$

^{- 2}

${}^{-2}$

@ LoRa ile ilgileniyor musunuz? 1) LoRa'yı Ters Çevirme (pdf) , 2) LoRa PHY kodunu çözme (mükemmel video) , 3) Linklabs: LoRa nedir? , 4) LoRa

— uhoh

@ mike65535 düzenleme için teşekkürler! Ederken Evet SEMATECH büyük harf, Semtech tamamen farklıdır. Kas hafızası olmalı .

— uhoh

Yanıtlar:

LoRa, cıvıltı temelli bir yayılma spektrum modülasyonudur. Bir sembol bir olduğunu cıvıltı .

Semboller / cıvıltılar üretmek için modem bir osilatörün fazını modüle eder. Modemin fazı ayarladığı saniyede kaç kez çip hızı olarak adlandırılır ve modülasyon bant genişliğini tanımlar . Yonga hızı, kuvars frekansının (32 MHz) doğrudan bir alt bölümüdür.

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)

Temel cıvıltılar sadece fmin'den fmax'a (yukarı-cıvıltı) veya fmax'tan fmin'e (aşağı-cıvıltı) bir rampadır. Veri taşıyan cıvıltılar, periyodik olarak kaydırılan cıvıltılardır ve bu döngüsel kayma bilgiyi taşır.

Yayılma faktörü iki temel değerlerini tanımlar:

$2^{SF}$
bu sembolle kodlanabilecek ham bitlerin sayısı SF'dir

Bunun nedeni, N yongası uzunluğundaki bir sembolün döngüsel olarak 0'dan N-1 konumlarına kaydırılabilmesidir. "Referans" konumu, LoRa çerçevesinin başındaki kaydırılmamış sembollerle verilir. Dolayısıyla bu döngüsel kayma log2 (N) bilgi bitlerini taşıyabilir. N ikisinin gücü ise, matematik iyi çalışır.

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

Gürültü nedeniyle, bu modülasyon / demodülasyon işlemi hatalar getirir ve bu nedenle bir hata düzeltme kodu eklenir. Tipik bir yük için, cıvıltıları modüle etmeden önce% 25 (CR1) veya% 50 (CR2) artıklık eklenir. Uygulamada, daha iyi hata düzeltme özellikleri elde etmek için kullanıcı tarafından gönderilen veriler de karıştırılır.

Ham veri hızı ve hata düzeltme, nominal veri hızını tanımlar. Bir cihazın iletebileceği etkin maksimum veri hızını elde etmek için şunları dikkate almanız gerekir:

Varsa, yaydığınız bandın yasal görev döngüsü sınırı
gönderilen her kare için LoRa önsözünün, başlığının ve CRC'nin yükü (kısa çerçeveler gönderildiğinde önemli etki)
Her kare için protokolünüzün ek yükü (kısa çerçeveler için de çok önemlidir)

Düzenle:

Döngüsel kaymaların etkisini daha kolay anlamak için cıvıltıların sınırlarını (kırmızı) ekledim. Önsözün sonunda bir karenin başlangıcını işaret eden birkaç özel sembol dışında, bir LoRa çerçevesindeki tüm cıvıltılar aynı uzunluktadır. Frekans biraz "zıplıyor" gibi görünse de, fazda bandın her yerinde bol miktarda istenmeyen harmonik oluşmasına neden olacak bir süreksizlik yoktur.

— Sylvain
kaynak

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

$f_{max}-f_{min}$

"Düzensizlikler" ve "adımlar" döngüsel kaymadan kaynaklanmaktadır. Kaymamış bir yukarı-cıvıltı fmin'de başlar ve fmax'ta sona erer. 2 ^ (SF-1) numunesi ile değiştirilen bir cıvıltı döngüsü (fmin + fmax) / 2'de başlar, cıvıltı uzunluğunun yarısında fmax'a kadar yükselir, sonra hemen fmin'e atlar, sonra (fmin + fmax) / 2 cıvıltı sonunda.

— Sylvain

f_{m i n}

$f_{min}$

Hala bitler / sembol ~ SF sıkışmış. Bu, sinyal meraklıları tarafından bilinen ve iyi bilinen bir şeye benziyor, ancak nedenini henüz göremiyorum. Beni daha fazla okuyabileceğim bir yere yönlendirebilir misin? Sadece bir "aha!" tip ipucu. Teşekkürler! Görünüşe göre LoRa benim için gerçekten güzel bir öğrenme deneyimi haline geldi .

— uhoh

LoRa'ya girmek için son 24 saatimi geçirdim ve bu soruyu tökezledim. Ayrıca cıvıltı oranı ve nasıl bir cıvıltı farklı fişleri görebiliyordu ve böylece sıkışmış. Soruların etiketli kısmına değinmedikleri için her iki yanıtı da sevmiyorum : Zamanım olursa kendi cevabımı yazacağım, o ana kadar bu patenti okumanızı tavsiye ederim . Bu cevap aslında bu belgeden karıştırılan bilgi parçalarıdır. Örnekler ve özellikle cıvıltıların sınırlarını çizmek için çok teşekkürler bu gerçekten yararlı oldu!

— Felix Crazzolara

Tanımlar

Peki, biraz , sembol , çip ve cıvıltı nedir ve bunlar ne anlama geliyor?

Bit

Bit en küçük bilgi birimidir. Çoğu zaman, bu bitleri gönderenden (TX) alıcıya (RX) göndermeye çalışırız.

Bu bitleri RX'e göndermek için, hedeflerine ulaşmak için bir tür ortamdan geçmek zorundalar. Herhangi bir metal, hava, su, fiber optik, vb. Hayal edebileceğiniz her türlü ortam olabilir.
Her birinin avantajları, dezavantajları ve kendi tuhaflıkları var, ancak çoğunlukla onları kullanıyoruz çünkü diğer medyanın eksikliğini telafi etmemiz gerekiyor.
Fiber optikler kullanılır, çünkü uzun mesafeden bahsediyorsak havayı ortam olarak kullanan kablosuz iletime kıyasla çok daha az zayıflama ile sinyal iletmede daha iyi ve bakır bazlı iletişime kıyasla çok daha az maliyetlidir.
Bu ortamın dezavantajı, üzerinde güç iletememeniz, anlamsız olmasıdır. Sonunda bu gücü tekrar kullanamazsınız, bu yüzden bilgi aktarırken bir şeye güç vermek istiyorsanız, bakır kullanmanız gerekir.
Bit hızı, zaman birimi başına iletilen veya işlenen bit sayısıdır.

B ben t r bir t e = {R,}_{b}

$Bit\ rate = R_b$

sembol

Bu farklı türdeki ortamlar üzerinden iletmek istiyorsanız, bu bilgi parçalarını hedefine ulaşacak şekilde tanımlamanız ve iletmeniz gerekir.
Bir sembol bir veya daha fazla veri bitini temsil eder, bir tür dalga formu veya bir kod olabilir .
Sembol hızı, zaman birimi başına sembol değişikliklerinin sayısıdır, bit hızına eşit veya daha düşük olabilir. Sembol hızı, baud hızı ve modülasyon hızı olarak da bilinir.

İşte ne tür bir hat kodunun var olduğunu ve ne tür modülasyonların olduğunu gösteren bir örnek .

S y m b Ö l r bir t e = {R,}_{s}

$Symbol\ rate = R_s$

Yonga

Çip, yayılmış spektrum aktarımları bağlamında veri dizisinin temel ikili elemanıdır ve karışıklıkları önlemek için, onu farklı bir şekilde adlandırdılar.

Spektrum spektrumu , verilerinizin bir bant genişliği boyunca yayılması fikridir, bu şekilde iletim daha gereksiz, sıkışmaya daha az eğilimli olacaktır. Spektrum spektrumu kullanmadan aynı güvenilirliğe ulaşmak istiyorsanız, nispeten yüksek güçte dar bir bantta iletim yapmanız gerekecektir. Bu, diğer yayınları sıkıştırabilir ve başkalarının iletimini rahatsız etmeden bilgileri başarıyla ilettiğiniz tüm telekomünikasyon noktasına aykırıdır.
Yonga hızı , zaman birimi başına iletilen veya alınan yonga sayısıdır ve sembol oranından çok daha büyüktür, yani birden çok yonga bir sembolü temsil edebilir.

C h ben p r bir t e = {R,}_{c}

$Chip\ rate = R_c$

Sembol oranı bit hızından daha düşük veya ona eşit, yonga oranı sembol hızından daha yüksek ve ayrıca bit hızından daha yüksek.

In Semtech AN1200.22 belgesinde sayfasında 9-10 aşağıdaki formüller kullanılır:

{R,}_{b} = S F \cdot \frac{B W}{2^{S F}} {R,}_{s} = \frac{B W}{2^{S F}} {R,}_{c} = {R,}_{s} \cdot 2^{S F}

$R_b = SF \cdot \cfrac{BW}{2^{SF}}\qquad R_s = \cfrac{BW}{2^{SF}}\qquad R_c = R_s\cdot 2^{SF}$

$R_b = SF\cdot R_s$ $R_c = \cfrac{R_b}{SF} \cdot 2^{SF}$
$100\ bps$ $200\ cps$

{R,}_{c} > {R,}_{b} > {R,}_{s}

$R_c > R_b > R_s$

Yonga kavramını kullanan başka hangi spektrum teknolojilerinin mevcut olduğu ile ilgileniyorsanız, Kod Bölümü Çoklu Erişim erişim yöntemine bakın .

Cıvıldamak

Cıvıltı, frekansın arttığı (yukarı cıvıltı) veya azaldığı (aşağı cıvıltı) bir sinyaldir. QPSK, BPSK ve birçok dijital modülasyonda, sinüzoidal dalgaları sembol olarak kullandılar, ancak CSS'de zaman içinde değişen voltaj / güç değil, zamandaki frekansı değiştiren cıvıltılar kullanıyorlar.

-Devam
etmek için- Çip kısmından cevabı revize etmem gerekiyor, çünkü iki belgeden ( 1 , 2 ) bir şey hesaplamak aynı sonucu vermiyor ve videoda hala ne aldığımızı net değil çip veya CSS modülasyonlu sinyalde bir sembol.

kaynaklar

Yonga

Yayılı spektrum

Modülasyon teknikleri

Bit, Sembol ve Çip oranı

Daha fazla okuma

Bit hızı ve Baud hızı

Çoğullama teknikleri

Modern dijital modülasyon teknikleri

Yayılı spektrum iletişimi teorisi

Uydu Haberleşme Sistemleri: Sistem, Teknik ve Teknoloji

Chirp Spread Spectrum (CSS) Teknolojisinin Bazı Uygulamaları ve Ölçümleri

Dijital İletim: VisSim / Comm ile Simülasyon Destekli Giriş (Sinyaller ve İletişim Teknolojisi)

— domenix
kaynak

Bu çok güzel bir cevap ve kesinlikle güncellemeler için "bizi izlemeye devam edeceğim". Etiketli bölümünü unutma Soru: Özellikle Lora için ilişkiyi anlamak ister ve ben Lora gerçek spectrogam içinde cips ve sembolleri tanımak için nasıl anlayabiliriz eğer sinyal modüle olacaktır. Teşekkürler!

— uhoh