lorawan是semtech公司主導推進的低功耗廣域網lpwan技術。由於採用了基於css（chirpspread spectrum）的無線調製/解調技術，接收靈敏度達到，在低於1ghz的ism頻段，其傳輸距離達到了十幾公里，非常適合抄表等低速的無線應用。
但lorawan的協議只規定了mac層的規範。關於lora物理層，只是簡單規定了可以採用兩種調製方式：fsk和lora。為了最大限度地發揮發揮lorawan的優勢，需要採用lora調製。但lora調製技術是semtech公司的專利技術，並沒有公開。該專利技術由法國公司cycleo開發，cycleo公司在2023年被semtech收購。主要相關的專利為ep2763321（歐洲、2013）us7791415（美國、2008）。本文主要介紹lorawan的物理層，其中也包括一些國外對lorawan進行逆向工程的結果。
lora物理層概要
為了盡可能降低耗電，在終端裝置側（class-a），通過在傳送之後設定兩個接受視窗的方式，避免了其他一些技術（如基於802.15.4的一些標準）定時開機執行接收動作的操作，從而達到更長的睡眠時間。其缺點是下行資料不能自由傳送，必須在有上行資料時才有機會傳送。
lora利用小於1ghz的ism頻段，而這些頻段，各個國家和地區往往有不同的規定，因此，在lora協議中，專門有乙個單獨的文件《lorawanregional parameters》用於規定各種頻段的物理層引數。
lora調製採用chirp擴頻技術。chirp擴頻源於雷達測距的應用，從上世紀九十年代開始探索chirp擴頻在通訊中的應用。chirp擴頻通過在乙個symbol（符號）的時間週期內，讓頻率頻寬範圍內從低到高（up）、或從高到低（down）變化的方式來調製訊號的方式來傳輸資料。chirp擴頻具有良好的抗多徑、都卜勒效應的優點，而得到了較多的關注。
lora物理層幀結構
物理層幀格式如下：
前導碼preamble保護乙個syncword用於同步，其長度和syncword在regionalparameter中定義。如us902-928，對lora調製方式，syncword為0x34，preamble長度為8個symbol。
header部分可以隱含，有implicitmode（隱含模式）和explicitmode之分。如果sf=6，則採用implicitmode，否則，採用explicitmode。在header中定義以下引數：
但在lora協議中，規定preamble長為8個symbol，在下行包中不採用payloadcrc，但在上行包中採用。
下行資料傳輸視窗
在class-a裝置中，接收只能在傳送之後的特定時間段內進行，該時間段為接收視窗。在每乙個傳送包之後，跟著兩個接收視窗。其引數如下所示：
第乙個接收視窗的引數：
所用頻率：上行頻率的函式，由regional parameter決定
如us902-928，則：rx1channel number = transmit channel number modulo 8
資料速率：上行速率的函式，由regional parameter決定
如us902-928，由下表決定：
rx1droffset有效取值範圍為：[0,3]。
第二個接收視窗的引數：
不開啟條件：如在rx1中檢出有效的發給本裝置的frame，且通過mic檢查。
所用頻率：乙個可配置的固定頻率
如us902-928中，預設為923.3mhz
資料速率：乙個可配置的固定速率
如us902-928中，預設為dr8
lora調製
採用lora調製時，只需要給物理層指定簡單的幾個引數：
由於資料速率與頻寬和擴頻係數存在一對一的關係，因此也相當於指定了頻寬和擴頻係數。下表是eu867-870頻段的資料速率與頻寬和擴頻係數的關係。
在lora調製中，使用的基本引數如下：
乙個擴頻符號（symbol）週期ts為：
因此符號速率為：
乙個擴頻符號（symbol）編碼的bit數與擴頻因子相同，因此調製的bit速率為：
1) preamble的構成為：preamblelength暫存器指定個數symbol的up-chirp，再加上兩個up-chirp的syncword編碼的symbol，外加兩個symbol長的down-chirp，最後是1/4個symbol長的up-chirp。
2) 所有的資料都以乙個symbol長的up-chirp編碼，在乙個symbol中通過起始頻率的偏移來編碼sf bit的資料。在乙個symbol中當頻率達到頻帶的邊界時，反轉到另一側。在乙個symbol的時間範圍內，整個頻帶都覆蓋一次。4bitsyncnword的編碼如下圖所示：
3) 乙個symbol的時間長度為 ts。
但是對以下兩個問題，還沒有明確的答案：
1) 怎樣保證不同device在任意時間點發出的資料報完整可解？
2) 多device同時傳送時，怎樣保證不衝突？
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