LoRa調制技術及解調算法

劉樹聃1,2，孫繼炫

(1.許昌市耕新信息科學研究院，河南 許昌 461000；2.許昌職業技術學院 航空工程學院，河南 許昌 461000； 3.北京理工大學 自動化學院,北京 100081)

1 引 言

近年來，隨著智能設備的發展，物聯網(Internet of Things,IoT)[1-3]概念被廣泛提出并被大規模應用于各個行業。物聯網旨在解決物與物、物與人之間的連接及信息交換。從應用場景而言，物聯網主要分為兩類：諸如智能家居、工業數據采集等區域網通信場景，這類應用主要采用短距離通信技術，如Zigbee等；廣范圍、遠距離的通信應用場景，這類應用則需要廣域網通信技術支持。為了滿足物聯網中的低帶寬、低功耗、遠距離以及大量節點的連接需求，業界提出了低功耗廣域網(Low-Power Wide-Area Network，LPWAN)技術。

目前，LPWAN技術主要有LoRa、SigFox、LTE Cat-m、NB-IoT等[4-5]。其中，LoRa是目前應用前景非常看好的一種LPWAN技術。該技術起源于Semtech公司，目前已形成LoRa聯盟，旨在通過構建生態系統推動LoRa的普及。該聯盟也是LPWAN領域的第一個產業聯盟，中興、中科院等國內大公司及研究機構均為該聯盟成員，正在大力推進LoRa技術的應用普及。LoRa的專利[6]由Semtech公司擁有，專利文件中并沒有對詳細技術細節包括核心的調制技術進行描述。此外，目前公開發表針對LoRa技術的文獻寥寥無幾，僅有的也是對LoRa協議進行研究[7-9]，而對物理層算法的研究幾乎沒有。為此，本文將針對LoRa的調制解調技術原理進行詳細的數學描述，并給出具體的調制解調算法。

2 LoRa調制技術

LoRa調制是基于線性調頻擴頻(Chirp Spread Spectrum，CSS)的技術[10]。因為CSS技術作為物理層技術可以有效實現低功耗和……