LORA / LORAWAN 第十三節

LoRa Packet Format, Time on Air and Adaptive Data Rate

這個章節我將會介紹LoRa Packet Format(封包格式), Time on Air (佔據空中通道時間) and Adaptive Data Rate(自適應資料速率)

LoRa Packet Format

LoRa 的封包格式

• LoRa 的封包格式由三個部分組成

1. Preamble (前導碼 — 要講話前的”喂.. 喂.. 喂.. ”)
2. Header (檔頭-“要傳的東西”的說明)
3. Payload (“載荷”-要傳的東西)

LoRa 的封包格式由三個部分組成

Preamble 前導碼

Preamble (前導碼) — 就像是要講話前的”喂.. 喂.. 喂.. ”，目的讓人知道你要開始講話了

Header (檔頭)

• Header (檔頭-“要傳的東西”的說明，也可以不用說明)
• LoRa 傳輸分為兩個型態用來區分有沒有傳檔頭：

Payload (載荷)

• Payload (“載荷”-要傳的東西)
• 為了確定Payload有沒有傳錯我們通常會有CRC檢查碼加在Payload最後面！

ToA

Time On Air (佔據空中通道時間) (參考第三節)

• ToA指的是傳輸資料階段，於傳輸端的天線發送能量到空中所佔用的時間。

Note: ToA 不是 從傳輸端到接收端所使用的時間

ToA

Time On Air (計算公式)

很複雜，不過有人幫我們寫好試算程式了

• 線上計算軟體 www.loratools.nl/#/airtime
• Example:

Low Data Rate Optimization

低位元速率優化

• Low Data Rate 指的是發生在 Symbol duration 超過 16ms，也就是 BW=125k Hz, SF=11 or 12時。
• 這時候的發送與接收端的解調器必須用來分辨 125kHz / 2048 或是 125k / 4096個分割頻率與時間長度。 這時候的無論發送端與接收端的硬體計時器有所偏差都可能造成資料錯誤。這時可以開啟Low Data Rate Optimiztion 來增加整個系統的強健性。

在SF大於11 而BW=125kHz 時，Ts 超過16 mS ，這時Timer的誤差會影響系統

Time On Air & Data Rate

“佔空時間”與”資料速率”

使用 www.loratools.nl 試算結果

Adaptive Data Rate

“自適應資料速率”

• LoRaWAN協定定義了”自適應資料速率”這個方法來控制”上傳的裝置參數 “:

1. Spreading Factor (SF)
2. Bandwidth (BW)
3. Transmission power

• 當”自適應資料速率”這個功能被啟動的時候終端節點設定”ADR Flag”在上傳訊息中，這時候網路服務器(network server) 就可以來控制終端節點的上傳參數。
• ”自適應資料速率”通常被用於無線訊號穩定的狀態而終端節點通常是固定不動的。而可移動的終端節點也可以啟動”自適應資料速率”在它需要的時候，例如：移動到定點後，會有固定一段時間不再移動。

由end node 設定 ADR 設定與 由 Network server 控制 ADR

“自適應資料速率” 運作方式

• ”Network Server” 收集20次最近上傳的傳輸訊息 (SF ,BW 與 SNR) 。
• LoRa 可以調解 S/R = -7.5 dB ~ -20 dB的訊號。(ref.第8節)

SNR 說明圖(ref.第8節)

“Margin”

• 只要訊號的SNR高於 — 20 dB 就可以被解調出來。 所以定義 SNRlimit= -20 dB。
• 量測20次的SNR作為 SNRmeasured
• 設定一個不要調超過的 Margindefault= 10 dB
• “Margin” 的公式 ，只要Margin大於 0，就代表訊號太好了，可以調整節點端的輸出功率或是調整SF來減少電池電量的耗損。

margin 的公式

範例:

聽的到就好不用那麼大聲

第十三節 結束

參考資料

• Semtech SX1272/3/6/7/8: LoRa Modem designer Guide ,AN1200.13
• www.mobilefish.com