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LoRa调制在低轨卫星物联网下适应性研究

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资料介绍

LoRa(Long Range)有着低功耗、广覆盖的优点,是目前地面物联网发展最具前景的技术之一.在分析地面物联网中LoRa性能的基础上,本文研究了LoRa在低轨卫星物联网下的性能.先仿照LEO系统(铱星)的仿真系数,得出LoRa在有高斯白噪声的莱斯信道模型下的性能,然后分析比较了LoRa体制在不同多普勒残余频差、扩频因子和发射功率下的性能,仿真结果表明,LoRa调制可满足系统的吞吐量要求.因此在本文的仿真条件下,LoRa调制可以满足低轨卫星物联网场景下的性能要求.

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ROADcAsTING&TRA感勰

Ⅳ●翻&●

i，ro￡^口i一“rl^口

文献引用格式：吴庭薇，

，

更新．LoRa 制在低

星物网下适性研究[J]．

技，2018，42(9)：21— 25．

of LoRa modulation in LEO satellite internet of

W，XIE D，ZHANG

X．Adaptability

neering，2018，42(9)：21— 25．

号：TN927+．2 文献：A

things[J]．Video engi—

中

分

志

DOI：10．16280／j．videoe．2018．09．005

LoRa 制在低

星物网下适性研究

吴庭薇，

，

更新

(南京

大学通信与网技国家工程研究中心，江南京210003)

摘要：LoRa(Long Range)有着低功耗、广覆盖的点，是目前地面物

LoRa性能的基上，本文研究了LoRa在低星物网下的性能。先仿照LEO系

高斯白噪声的莱斯信道模型下的性能，然后分析比了LORa体制在不同多普勒残余差、

网

展最具前景的技之一。在分析地面物网中

星)的仿真系数，得出LoRa在有

因子和射功率下的性

星物

(

能，仿真果表明，LORa 制可足系的吞吐量要求。因此在本文的仿真条件下，LORa 制可以足低

景下的性能要求。

网

关

：地面物网；LORa；低

星物网；残余偏；自适速率

of LoRa modulation in LEO satellite internet of

Adaptability

things

WU _{Tingwei，XIE}

Jidong，ZHANG Gengxin

Local Joint

(National

Research

Communication and Network

Engineering

Centerfor

Technology，Nanjing University

Posts and

210003，China)

Telecommunications，Nanfing

which is

the most

the

IoT has the advanta—

ground— based

Range)technology

and wide

technologies

Abstract：LoRa(Long

promising

of low

of LoRa

in terrestrial internet of

things，the

ges

power consumption

coverage．Based

analysis

performance

studied the

of LORa in

performance

Intemet

LEO satellite

performance

the simulation coefficients of the LEO

paper

Things．Firstly，imitating

obtained the

of LORa in Rieian channel model which added Gaussian white

system(comet)，the

noise．Then，

paper

the

and

the

LoRa

system

under different

residual

Doppler frequency

paper analyzed

compared

performance

difference，spreading

factor and transmit

results show that LORa modulation can meet the

power．Simulation

system’S throughput requirements．So，under

the simulation conditions of this

Can

meet the

modulation

of low— orbit satellite IoT scenari—

requirements

paper，LoRa

performance

OS．

satellite

rate

Key words：loT；LoRa；LEO

loT；LPWAN；Residual

frequency offset；Adaptive

Power Wide Area

近年来，物

网

用慢慢渗入日常生活中，比如

等，随着物

采用LPWAN(Low

Network)技

，

Band—

共享

景越来越多，

、智能家居、智慧

网

用

有的LPWAN主要分 NB— IoT(Narrow

Internet of

的移通信技无法适用于所

Things)，Sigfox与LoRa，其中Sigfox与Lo—

有的

用

景。于地面网无法覆盖的地方，像

Ra均采用非授段，二者相比，Sigfox只能部署在

森林防火，地震

，

物

源开，可以采用低

端数据交

星

私有网，厂商需得到授才能掌握其用大数据，

而LoRa可直接部署在公开网上，故受到多数厂商

通信系

行大范

网

。

低

星系需要星与物

网

端

通

青

与支持⋯ 。NB— IoT采用运商授

段，

信，并把数据包

送

地面，由地面基站一管理数

星与物端数

物网端来，LoRaWAN

比NB— loT更

据，与各个端通信，于低

网

，更容易开

星与物

。

合来看，本文采用LoRa来解决

据通信一部分，要足低功耗、距离，所以适合

基金目：国家自然科学基金(91738201)

网

端通信

一

。

投稿网址http：／／www．videoe．cnI《

技

》第42卷第9期( 第506期)

万方数据

_l B 晰洲G&m感蹴

=11111。1111。

125

本文安排如下：第1章分析了地面物网中Lo—

kHz，合出

率与E。／No关系如 1所示。

Ra 制性能，主要是仿真分析

系，吞吐量与距离关系；第2章先分析了星通

信与地面通信的不同，然后基于自由空耗、莱斯

率与既／Ⅳo的关

信道、多普勒移影响仿真了星通信的LoRa

制性能。第3章在前文的基上，先分析了

LoRa 制影响，然后一定送功率、不同

因

子下的LoRa 制性能及一定

因子、不同送功

Eb／N0

率下的LoRa 制性能行仿真分析。

率-b E．／_~_(，关系

地面物网中的LoRa 制性能

从

一可以看出，色／Ⅳ0越大，

率越小。

分析

1．2吞吐量与距离关系

物理的最大吞吐量

，考路径耗，吞

LoRa 制是基于CSS(Chirp

Spread Spectrum)

吐量会随着

距离的增大而减小。在公式(4)中，

性

制技，本中的LoRa 制性能分析主

率与既／Ⅳ0的关系，以及吞吐量与

P。噪声功率，Ps 接收功率。其中接收功率随距

要是分析

离衰减。

距离的关系H。5]。

竺皇

尸。尺鼬(JsF)

堕：

Ⅳ0

1．1

率与玩／Ⅳ0关系

CSS 制的BER曲的解析表达式如公式(1)

r4、

、叫

里噪声只考

噪声，如公式(5)所示，K

所示。

波

曼(Boltzmann)常数，T

境温度，取25％，

(1)

即298．15 K，B

。

-跚-Q(

急)

√二

一0

P。=KTB

(5)

在公式(1)中，既／Ⅳ0表示每比特能量与噪声功

的密度比，因子 SF，Q(X)是Q函数。公

式(1)表明于更高的因子BER曲更陡峭。

率需制，添加

率。LoRa 制是取SF

假

距离的路径耗基于Hata模型[6

J，模型

率

很适用于大区制的移通信系

定参数，得到路径耗公式：

Pz。=69．55+26．1619(f)一13．8219(hB)一

，

文基于城市模

型

在Matlab程序里

算

：

高斯白噪声，解，得出

3．2(19(11．54h ))2-4．97+[44．9— 6．5519(hB)]lg(d)

(6)

个比特一个符号位，根据人的符号大小得出

性偏移的片信号。LoRa解：循 LoRa信

Lo．

得到LoRa反片，将LoRa

移

其中d是基站距

距离，f是

波

率(868

高度h材

号

率

行

率

得到LoRa 片，反向循移

MHz)，基站高度h。取30

Ill，移

Ra信号

行

取1In。

片与反片相乘，会得到恒定的率信号，将个信

一般接收功率

送功率减路径耗(dB

率关系足公式(1)；吞

号

行FFT／DFT，最高能量就表示解出的符号。

瓯／Ⅳo与SNR的关系如公式(2)所示，其中，B

，尺表示数据比特率。R 与SF关系如公式

位)，而接收信噪比与

吐量(bit／s)与

率关系足下面的公式(7)，其

中P。

率，d 基站距

距离，尺

比

(7)

的

(3)所示

特率。

，¨

、‘7

E一蔓塑墨

T=(1一P。)4 R拙

Ⅳn一

尺¨

在文献[7]中，可知sF越小，吞吐量越高，

距离越近。仿真得到理想情况下LoRa可

(3)

因

R =等×B

最

允

距离，取sF最大 12，射机射功率取ISM

的最大射功率25 mw， 125 kHz，在

因子表示一个符号的比特数，因此，

子越大，符号制后的比特数越多，数据速率就

率与，瓦／Ⅳ0关系仿真基上得到吞吐量与距离的

关系果如 2所示。

越小。

，

取SF 10，波率 868 MHz，

22《技

万方数据

》第42卷第9期( 第506期)I投稿网址http：／／www．videoe．CR

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