我们如何增加无线电连接的范围?在这里，我们看看在构建现实世界的远程无线电链路时的约束条件。我们将展示如何以及为什么LoRa技术是设计无线电链路的正188bet金博宝滚球确选择，因为距离很重要。
现实世界的长期和低消耗
我们如何在实际应用中最大化低功率无线电链路的范围?假设我们不想承担蜂窝解决方案的硬件和经常性运营成本以及高能量消耗，这意味着要在无许可证的ISM频段中寻找解决方案。
如何制作远程无线链路?
上图显示了无线电设计的现实约束条件。这里，为了简单起见，我们只考虑单向链路，单个发射机Tx和接收机Rx分别连接到增益为g的天线。为了提高链路的范围，我们需要考虑两个基本的约束条件:
监管限制
这是使用收音机的法定限度。这些在不同的司法管辖区有所不同，但如果我们以欧盟(ETSI)和美国(FCC)的法规为指导，限制范围的最重要的约束是传输功率(PTX)超过一定水平是不允许的。高功率传输也意味着高功率消耗——因此，首先并不一定是可取的。
实际的限制
这是可能的，我们可以增加大小和增益的接收器天线，以扩大我们的范围，但链接需要适合的应用。这通常对天线的尺寸和增益有很大的实际限制。
考虑到在设计远程连接时面临的监管和实际约束的结合，这使得我们只剩下接收器灵敏度作为我们可以自由地最大化我们的范围的区域。
提高远程通信的灵敏度
看看下面显示的接收器，我们看到的主要元素目前几乎每一个低功率无线电设计。
采用多次
信号首先到达低噪声放大器，LNA。LNA的作用是放大信号，增加尽可能少的噪声。每个真正的放大器都会增加噪音。我们使用噪声数字，NF，作为在放大过程中添加的噪声的度量。
混合机
混合器将放大的信号向下转换到较低的基带或中频，在这种情况下，信号可以通过比无线电频率更简单、更低频率的电子设备更容易处理。
通道滤波器
信道滤波器在以下阶段限制“看到”的频率。重要的是，这也限制了热噪声。热噪声是无线电系统中所有电子设备产生的电噪声，用噪声功率密度(kTB噪声)表示。这里k是玻尔兹曼常数，T是温度，B是带宽。在25°C的dB单位中，这相当于-174 dBm/Hz。对于每Hz的通道滤波器(接收器)带宽，BW，我们和更多的噪声功率。以分贝为单位，添加的热噪声功率为-174 + 10 * log10(BW)。
解调器
最后，我们有解调器。这是接收到的信号被转换为数字输出的地方(在我们的例子中)。解调器可以工作到一定的信噪比(SNR)。在这个水平以下，信号要么不再被解调，要么将产生更多的错误。
所有这些项的总和给出了我们的理论灵敏度，用dBm表示为绝对幂。如下图所示:
如果我们想提高灵敏度，就必须改进其中一个参数。可以说，最有效的方法是使用扩频来大幅度降低解调器输入端的信噪比要求。
扩频和负信噪比
扩频是一种技术，它涉及转换一个低数据速率的信号，并将其“扩展”到更宽的频谱。将低数据率信号转换为较宽频带信号做增加我们信号的带宽(BW以上)。然而，随着扩频过程中使用的更宽波段信号的知识，接收器有可能关联和“去扩频”具有负信噪比的扩频信号，即信号可以从热噪声以下恢复。
使用LoRa扩频的远程
这一现象如下所示。LoRa调制利用宽带频率啁啾对输入数据进行传播和编码。LoRa扩频的优点是能够接收热噪声下限以下20分贝的信号。请注意，随着灵敏度的提高，我们不得不以越来越低的有效数据速率发送数据，增加了我们在广播上的时间。下图显示了这种效果的实际情况。在相同的带宽下，我们可以看到MSK调制所需的正信噪比与SF10和SF12的LoRa传播因子(数据速率)相比。
这种性能使我们能够在应用软件中的数据速率和灵敏度之间进行选择。与传统调制方案相比，在没有数据速率或直播时间损失的情况下，仅通过切换到LoRa调制，我们就获得了8 dB的额外灵敏度。或者，我们可以以较低的数据速率传输数据，并从更高的灵敏度中受益，并建立以其他方式不可能实现的连接。
结论
在这里，我们已经看到接收器的灵敏度可以在没有任何调节限制的情况下得到提高，扩频允许我们通过接收低于热噪声的信号来提高接收器的灵敏度。在LoRa的情况下，采用啁啾扩频，接收机灵敏度可提高8 dB，且不增加能量消耗。
下一个什么?
关于使用LoRa调制解调器进行设计的快速概述，请查看我的应用说明使用LoRa调制解调器进行设计．要获得更多关于LoRa调制解调器的细节和如何优化消费的信息，请看看低功耗设计师指南．
