LoRa® — 支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的遠(yuǎn)程無線技術(shù)

LoRa（遠(yuǎn)程）是一種無線技術(shù)，可以利用為 M2M 和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用設(shè)計(jì)的傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)低數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)距離通信。LoRa 聯(lián)盟™ 是由多家合作成員組成的一個(gè)開放性組織，它開發(fā)了一種低功耗廣域（LPWA）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范

LoRaWANTM。該規(guī)范以 LoRa 技術(shù)為基礎(chǔ)，使用免許可的 GHz 以下頻段進(jìn)行通信。本應(yīng)用指南介紹了 LoRa  器件射頻測(cè)量中的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并指導(dǎo)用戶如何利用是德科技的測(cè)試解決方案克服這些挑戰(zhàn)。

LoRa 技術(shù)提供了兩種可選的調(diào)制方案：GFSK（高斯頻移鍵控）和 LoRa 調(diào)制。

Semtech 公司開發(fā)的 LoRa 調(diào)制方案是一種線性調(diào)頻擴(kuò)頻（CSS）技術(shù)，通過處理增益來提高接收機(jī)靈敏度。LoRa CSS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率由多種因素決定，包括擴(kuò)頻因子、帶寬和信道編碼率，其典型帶寬為 125 KHz、250 KHz 或 500 KHz。

LoRa 測(cè)試解決方案必須支持上述參數(shù)，這對(duì)于驗(yàn)證器件性能非常重要。

LoRa 幀包括起到同步作用的前導(dǎo)碼、包含系統(tǒng)信息的標(biāo)頭（ PHDR ）、靜荷以及循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）位。 盡管下行鏈路和上行鏈路的幀結(jié)構(gòu)不同（如圖 1 所示）， 但是它們使用了相同的技術(shù)，性能也相似。因此，我們僅將上行鏈路定義為測(cè)試模式。波形發(fā)生器需要遵循這種結(jié)構(gòu)，對(duì) LoRa 器件的性能進(jìn)行全面測(cè)試。

不斷變化的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)測(cè)試要求

生態(tài)系統(tǒng)中的廠商尚未開發(fā)出全套必需的 LoRa 器件測(cè)試。其中可能包括在研發(fā)階段中對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行的測(cè)試，通過測(cè)量器件升溫所引起的頻率漂移來表征器件特征。

最初的接收機(jī)測(cè)試要求側(cè)重于靈敏度測(cè)試，即測(cè)量誤包率（PER）。對(duì)于研發(fā)以及設(shè)計(jì)與驗(yàn)證測(cè)試，業(yè)界還在考慮增加其他測(cè)試要求，包括在加性高斯白噪聲（AWGN）和減損條件下（例如由本振頻率漂移或相鄰信道和同信道干擾引起的頻率誤差）對(duì)接收機(jī)的性能進(jìn)行驗(yàn)證。

最初的發(fā)射機(jī)測(cè)試要求側(cè)重于測(cè)量與總功率、頻譜和占用帶寬（OBW）有關(guān)的常規(guī)功率和頻譜。

是德科技測(cè)試解決方案可以滿足不斷變化的 LoRa 測(cè)試要求

是德科技提供了全套解決方案以滿足不斷變化的 LoRa 測(cè)試要求，包括接收機(jī)測(cè)試中的信號(hào)生成，以及發(fā)射機(jī)測(cè)試中的信號(hào)分析。在研發(fā)和制造過程中，工程師可以在不同的硬件平臺(tái)上使用相同的應(yīng)用軟件進(jìn)行測(cè)試。 

接收機(jī)測(cè)試中的信號(hào)生成

LoRa 接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)使用面向物聯(lián)網(wǎng)的 N7610C Signal Studio 軟件生成 LoRa 波形。波形被下載到是德科技信號(hào)發(fā)生器的任意波形存儲(chǔ)器中。信號(hào)發(fā)生器通過回放該波形生成射頻信號(hào)， 隨后將其饋送到接收機(jī)。取決于具體的測(cè)試場(chǎng)景，我們建議使用 Keysight N5182B MXG、N5172B EXG 和 N5166B CXG 信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行研發(fā)測(cè)試，使用 E6640A EXM 或 N9421A VXT 矢量收發(fā)信機(jī)進(jìn)行制造測(cè)試。

面向物聯(lián)網(wǎng)的 N7610C Signal Studio 軟件配有直觀的圖形用戶界面，能夠讓用戶輕松設(shè)置參數(shù)， 并利用這些參數(shù)控制各種配置，從而靈活地生成 LoRa 波形。LoRa 信號(hào)配置的關(guān)鍵參數(shù)包括：擴(kuò)頻因子（SF）、帶寬、碼率、前導(dǎo)碼長(zhǎng)度。

Signal Studio 軟件可以與一臺(tái)是德科技信號(hào)發(fā)生器配合使用，幫助用戶向波形增添減損，用來仿真符號(hào)時(shí)間誤差和頻率誤差。信號(hào)發(fā)生器生成實(shí)時(shí)加性高斯白噪聲，用戶可以將其添加到所需信號(hào)中創(chuàng)建指定信噪比（SNR）的信號(hào)，進(jìn)而評(píng)測(cè)接收機(jī)的性能。

用戶可以調(diào)整信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的功率，進(jìn)行接收機(jī)靈敏度測(cè)試。接收機(jī)通過校驗(yàn) CRC 位來檢測(cè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包，得到 PER 測(cè)量結(jié)果。

從性能的角度來看，是德科技建議使用單獨(dú)的信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行相鄰信道和同信道干擾測(cè)試。第  二個(gè)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生干擾信號(hào)，在射頻電平上與第一個(gè)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的有用信號(hào)合并。合并  后的信號(hào)被饋送到 LoRa 器件的接收機(jī)。在有用信號(hào)和干擾信號(hào)之間的功率電平差異特別大時(shí)， 這個(gè)系統(tǒng)可以為用戶帶來極大的好處。

如果您可以接受較低的性能，是德科技還支持一體化解決方案。在這種系統(tǒng)中，有用信號(hào)和干擾信號(hào)的波形會(huì)在基帶處合并。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)在基帶處使用指定的頻率和功率電平偏移進(jìn)行合并時(shí)，您需要考慮頻率和功率電平偏移。合并后的波形會(huì)下載到信號(hào)發(fā)生器并進(jìn)行回放。為了創(chuàng)建干擾信號(hào)，Signal Studio 軟件能夠生成不同格式的波形，包括 LTE 和WiFi及其他技術(shù)。

用于發(fā)射機(jī)測(cè)試的信號(hào)分析儀

Keysight X 系列信號(hào)分析儀可以幫助用戶進(jìn)行 LoRa 發(fā)射機(jī)測(cè)試，滿足廣泛且不斷變化的要求，包括常規(guī)功率測(cè)量以及診斷研發(fā)問題時(shí)所需要的更詳細(xì)的信號(hào)特征分析。Keysight N9063EM0E 模擬解調(diào)測(cè)量應(yīng)用軟件（X-apps）可以提供調(diào)頻解調(diào)功能，幫助用戶成功解調(diào) LoRa CSS 信號(hào)。

下圖顯示了 Keysight 模擬解調(diào)測(cè)量應(yīng)用軟件中使用 125KHz LoRa 信號(hào)對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果。它顯示了射頻、模擬頻譜和已解調(diào)的 CSS 信號(hào)。未來還可能使用解調(diào)結(jié)果進(jìn)行頻率漂移分析。