1901年，古列爾默.馬可尼把長波無線電信號從Cornwall（康沃爾，位于英國的西南部）跨過大西洋傳送到3200公里之外的Newfoundland(加拿大的紐芬蘭島)，至此人類進入了無線通信時代。100多年來，無線技術的發(fā)展為人類帶來了無線電、電視、移動電話和通信衛(wèi)星。近20年，最讓人們深刻感受的是移動通信，手機幾乎成為人們的一個器官，用它便捷接入Internet。
無線通信具有一些天生優(yōu)勢：投入成本低，擴展靈活性大，跨越空間阻礙。我們推測以下將成為未來的趨勢
手持設備（手機，平板電腦等）繼續(xù)使用4G/5G的移動通信技術
市電供電的設備（電視機、音響等）采用諸如UWB之類的高速短距離無線
電池供電的設備（能耗表計，自行車等）將會采用微功率無線
更大膽的推測是，隨著生物識別技術、大容量儲能和柔性屏幕材料突破，顯示和通信將會無處不在，手機可以會消失，付款按指紋即可。
是時候，讓我們一起揭開無線通信的神秘面紗，了解下原理，接觸一個即將來臨身邊的微功率無線通信。
在通信系統(tǒng)中，我們需要弄清模擬和數(shù)字的關系：一個模擬信號就是一個連續(xù)變化的電磁波，一個數(shù)字信號是一個電壓脈沖序列。看一個實例，下圖選自經(jīng)典教材《無線通信與網(wǎng)絡（第二版）》，電話通信是典型的模擬數(shù)據(jù)（聲波）通過模擬信號傳輸；家庭寬帶拔號上網(wǎng)是典型的數(shù)字數(shù)據(jù)（計算機只能處理數(shù)字信號）通過模擬信號（由“貓”完成調(diào)制）傳輸，同時模擬信號也可以轉換成數(shù)字信號（由“貓”完成解調(diào)）；計算機局域共享則是典型的數(shù)字數(shù)據(jù)通過數(shù)字信號傳輸。
通信信號的第一個“敵人”是噪聲，如下圖所示，噪聲會影響數(shù)字位，足以將1變?yōu)?，或將0變?yōu)?。
無線傳播主要有3種類型：地波傳播、天波傳播和直線傳播，如下圖所示。
無線信號除直線傳播外，因為阻礙物的存在，還會發(fā)現(xiàn)如下圖所示的3種傳播機制：反射（R）、散射（S）和衍射（D），因為傳輸路徑的不同而引起多徑衰退是無線通信的一個挑戰(zhàn)。
因為電磁波是連續(xù)的模擬信號，無線通信中數(shù)字數(shù)據(jù)都需要調(diào)制成模擬信號，常見的方法有：ASK（幅移鍵控）、FSK（頻移鍵控）和PSK（相移鍵控），如下圖所示。
1944年，好萊塢26歲女影星HedyLamarr（號稱世界上最美麗的女人）發(fā)明了擴頻通信技術，這種跳頻技術可以有效地抗擊干擾和實現(xiàn)加密。
后來人們發(fā)現(xiàn)，擴頻技術可以得到如下收益：從各種類型的噪聲和多徑失真中獲得免疫性；得到信噪比的增益。換句話說，使用擴頻通信抗干擾性更強，通信距離更遠。CDMA和WiFi模塊都使用了擴頻技術。
lora擴頻調(diào)制的示意圖如下所示，用戶數(shù)據(jù)的原始信號與擴展編碼位流進行XOR（異或）運算，生成發(fā)送信號流，這種調(diào)制帶來的影響是傳輸信號的帶寬有顯著增加（擴展了頻譜）。
當然lora擴頻技術也不是萬能的，它至少有2個弊端：擴展編碼調(diào)制生成更多片的數(shù)據(jù)流導致通信數(shù)據(jù)率下降；較復雜的調(diào)制和解調(diào)機制。
長期以來，要提高通信距離常用的辦法是提高發(fā)射功率，同時也帶來更多的能耗。電池供電的設備（如水表）一般只能使用微功率無線通信，這樣一來就限制了其通信距離。現(xiàn)在，SemTech公司推出的LoRa射頻，因為采用了擴頻調(diào)制技術，從而在同等的功耗下取得更遠的通信距離。
2013年SemTech公司推出SX1276/8系列的擴頻調(diào)制射頻芯片，它的實現(xiàn)方式非常巧妙，整個解調(diào)器引擎只需要50K個門。功耗低：休眠電流0.2uA，接收電流12mA，發(fā)射電流29mA@13dBm，和常見的GFSK芯片Si4438和CC1125接近，但是通信距離是GFSK芯片的3倍。附帶說一句，我們國人在IT技術上最大的弱項是硬件呀，基本上IC（集中電路）芯片都靠進口。
SemTech公司官方宣稱該LoRa芯片可以達到：可視距離15kM，城市環(huán)境中3kM的通信距離。根據(jù)我們的實測數(shù)據(jù)：SX1278在1kbps的速率下可以單跳覆蓋一個5000多戶的小區(qū)。這意味著，使用簡單的星型組網(wǎng)就可以建立LoRa微功率網(wǎng)絡，而GFSK調(diào)制的芯片常常需要樹型或MESH等復雜的路由網(wǎng)絡。
同時，根據(jù)我們的使用經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)LoRa射頻芯片至少有2個弊端：首先，通信速率低，lora真正與GFSK拉開通信距離差距的速率都低于1kbps，這意味著LoRa模塊主要用于低速率通信，如傳感器數(shù)據(jù)；另外，1.5～2美金的售價比GFSK芯片高出許多，給產(chǎn)品帶來高成本。
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