LoRa能夠實現遠距離傳輸,除了靈敏度優勢外,還有一個非常重要的因素是超強的抗干擾能力。LoRa具有低于噪聲20dB依然可以通信的極限抗干擾技術,這是現有傳統通信技術都不具備的。
如圖1-23所示,LoRa可以在噪聲之下20dB正常解調信號,而FSK理論上需要在噪聲之上8dB才能保證解調。2.1.3小節中有FSK的信噪比與誤碼率公式。當通信過程中遇到外界電磁信號干擾時,LoRa可以繼續穩定通信,而傳統的無線技術則無法通信。所以在一些信道干擾比較嚴重的區域,客戶都會選擇LoRa技術作為穩定通信的核心技術。
圖1-23 LoRa抗干擾示意圖
此外,LoRa針對更強的突發性的隨機干擾也有非常好的應對能力。如果面對突發長度< LoRa的符號長度或干擾占空比<50%的強干擾源,LoRa依然可以穩定解調,且保證其靈敏度惡化<3dB。
LoRa調制之所以有這么強的抗干擾能力,主要是因為Chirp調試在相干解調的時候可以把在噪聲之下有用的LoRa信號聚集在一起,而噪聲在相干解調后還是噪聲。具體的技術細節在2.2.2節中會有詳細介紹。
LoRa技術最主要的應用是物聯網,而物聯網對于終端設備的使用壽命的要求非常高,在傳統的電池供電下,許多應用都有5年甚至10年的工作壽命要求,電池的壽命直接影響用戶體驗,這就要求LoRa技術在應用時具有超低的功耗。超低功耗的實現主要由兩方面決定,一方面芯片的硬件要具備低功耗;另一方面應用協議也要具備低功耗。
LoRa調制具有不依賴于窄帶、重傳、編碼冗余的特點。因此,LoRa調制是一種非常高效的調制方式,工作電流非常低,其靜態電流<1μA;接收電流不到5mA;發射功率為17dBm時電流只有45mA。
圖1-24 LoRaWANClassA與NB-IoT的PSM模式對比
LoRaWAN協議是LoRa全球推廣的標準協議,具有輕量級、智能化的優點。LoRaWAN節點與網關通信簡單,開銷少;網絡服務器可以根據信號質量,動態調整節點速率和發射功率,以達到省電目的。圖1-24所示為LoRaWAN的一個數據包的發送與NB-IoT的一個數據包的發送對比示意圖。從圖中可以看出,LoRa的數據包非常簡單,而NB-IoT由于其自身運營商特性以及從LTE的精簡協議的原因,需要發送和接收大量的握手數據,即使在發射功率相同的情況下,由于通信時間的加長,NB-IoT的這個數據包的耗電量要到LoRa的3倍。而事實上NB-IoT的發射功耗一般比LoRa的發射功耗大3倍。
為達到省電的目的,業界廣泛應用周期偵聽(WakeonRadio,WOR)方式:如圖1-25所示,芯片周期性地進入接收(RX)模式以偵聽有沒有喚醒信號(比如前導),其他時間處于休眠(Sleep)模式。LoRaWAN的ClassB采用此種方式實現低功耗和實時性兼得。