Метод автоматичного визначення параметрів радіосигналів сформованих за стандартом LoRa
Ключові слова:
метод, радіосигнал, LoRa, лінійна частотна модуляція, параметр, ширина спектра, фактор розширення, автоматизаціяАнотація
Радіосигнали сформовані за стандартом LoRa (далі – радіосигнали LoRa) широко використовуються в телекомунікаційних системах як цивільного, так і військового призначення, що обумовлено насамперед їх високою перешкодостійкістю. В статті удосконалено математичну модель радіосигналу LoRa, показано взаємозв’язок між модуляційним параметрами радіосигналу, параметрами кодування та швидкістю передачі даних і перешкодостійкістю. Проаналізовано характеристики сучасних радіоелектронних компонентів, які підтримують технологію LoRa, та встановлено межі діапазонів зміни модуляційних параметрів, що можуть бути застосовані в радіосигналі. Запропоновано метод автоматичного визначення параметрів радіосигналів LoRa, який складається із 4-х етапів. На першому етапі розраховуються несуча частота та ширина спектра за характеристиками амплітудно-частотного спектра сигналу. На другому етапі обчислюється тривалість інформаційного символу шляхом аналізу особливостей автокореляційної функції. Отримані модуляційні параметри округлюються до найближчих сталих значень відповідно до методу мінімальної метрики. На третьому етапі обчислюється фактор розширення, який аналітично пов'язаний із шириною спектра та тривалістю інформаційного символу. На четвертому етапі визначається напрямок зміни частоти радіосигналу LoRa. Для цього синтезуються два узгодженні фільтри (для up-chirp та down-chirp символів), налаштування яких відповідають обчисленим на попередніх трьох етапах параметрам радіосигналу LoRa. Рішення про напрямок зміни частоти приймається за максимальною амплітудою сигналів на виході узгоджених фільтрів. Ефективність запропонованого методу перевірено шляхом моделювання в програмному середовищі MATLAB та технічного аналізу радіосигналів відомих протоколів передачі даних стандарту LoRa. Показано, що метод дозволяє правильно визначити параметри радіосигналів LoRa із ймовірністю близькою до 1 при відношенні сигнал/шум від -5 дБ.
Посилання
References
LoRa technology. Applications. www.semtech.com.
Khutsoane O., Isong B. and Abu-Mahfouz A. M. (2017). IoT devices and applications based on LoRa/LoRaWAN. IECON 2017 - 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, pp. 6107-6112, doi: 10.1109/IECON.2017.8217061.
Kamal M., Alam M., Sajak A. et al. (2023). Requirements, Deployments, and Challenges of LoRa Technology: A Survey. Computational Intelligence and Neuroscience, Article ID 5183062, 15 p. doi: 10.1155/2023/5183062.
I. de Almeida, M. Chafii, A. Nimr et al. (2021). Alternative Chirp Spread Spectrum Techniques for LPWANs. Electrical Engineering and Systems Science, 15 p. doi: 10.48550/arXiv.2102.09250.
Janssen T., BniLam N., Aernouts M., Berkvens R. et al. (2020). LoRa 2.4 GHz Communication Link and Range. Sensors, Vol. 20, Iss. 16, 4366; doi:10.3390/s20164366.
Falanji R., Heusse M., Duda A. (2022). Range and Capacity of LoRa 2.4 GHz. EAI Mobiquitous, 20 p, hal-03868942.
Gbadoubissa J., Ari A., Radoi E., Gueroui A. (2023). M-Ary Direct Modulation Chirp Spread Spectrum for Spectrally Efficient Communications. Information, Vol. 14, Iss. 6, 15 p. doi: 10.3390/info14060323.
Courjault J., Vrigneau B., Berder O. and Bhatnagar M. R. (2020). How robust is a LoRa communication against impulsive noise? IEEE 31st Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, p. 1–6. doi: 10.1109/pimrc48278.2020.9217348.
Bor M., Roedig U. (2017). LoRa Transmission Parameter Selection. 13th International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems, p. 27–34. doi: 10.1109/dcoss.2017.10.
Turčinović F., Vuković J., Božo S., and Šišul G. (2020). Analysis of LoRa Parameters in Real-World Communication. International Symposium ELMAR, P. 87–90. doi: 10.1109/elmar49956.2020.9219028.
Silva E., Figueiredo L., de Oliveira A., et al. (2023). Adaptive Parameters for LoRa-Based Networks Physical-Layer. Sensors, Vol. 23, Iss. 10, 4597; doi: 10.3390/s23104597.
Araujo D. C., Ferre G., Cavalcante C. C. and Guerreiro I. M. (2020). A Spectral Efficiency Enhancement for Chirp Spread Spectrum Downlink Communications. 2020 IEEE Latin-American Conference on Communications (LATINCOM), pp. 1-6, doi: 10.1109/LATINCOM50620.2020.9282266.
Yi Y., Zhao H., Wang Y. (2020). LoRa Signal Monitoring System of Multi-Node Software Define Radio. IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW), pp. 1-5. doi: 10.1109/wcncw48565.2020.9124898.
Horne C., Peters N., Ritchie M. (2023). Classification of LoRa signals with real-time validation using the Xilinx Radio Frequency System-on-Chip. IEEE Access, Vol. 11, pp. 26211-26223. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3252170.
Ben G., Zheng X., Wang Y., et al. (2021). Local Search Maximum Likelihood Parameter Estimator of Chirp Signal. Applied Sciences, Vol. 11, Iss. 2, 673, DOI: 10.3390/app11020673.
E32-900T30D 868MHz/915MHz 30dBm new LoRa wireless module. User manual. Ver. 1.1. (2020). Chengdu Ebyte Electronic Technology Co., Ltd., 32 p.
SX1261/62. Datasheet. Rev 1.1. (2017). Semtech Corporation, 107 p.
SX1280/1281. Datasheet. Rev 3.2. (2020). Semtech Corporation, 158 p.
SX1272/73. Datasheet. Rev 4. (2019). Semtech Corporation, 129 p.
SX1276/77/78/79. Datasheet. Rev 5. (2016). Semtech Corporation, 129 p.
SX1276/SX1278 wireless modules E32 series. User manual. Ver. 1.3. (2018). Chengdu Ebyte Electronic Technology Co., Ltd., 30 p.
LLCC68. Datasheet. Rev 1.0. (2019). Semtech Corporation, 106 p.
E32-900T30D. SX1276 868MHz/915MHz DIP wireless module. User manual. Ver. 1.2. (2023). Chengdu Ebyte Electronic Technology Co., Ltd., 20 p.
E220-900T30D 868MHz/915MHz 30dBm LoRa wireless module. User manual. Ver. 1.0. (2020). Chengdu Ebyte Electronic Technology Co., Ltd., 22 p.
TBS CROSSFIRE R/C System. Adaptive Long Range Remote Control System. (2022). 88 p.
Kroese, D. P., Botev, Z., Taimre, T., & Vaisman, R. (2023). Data Science and Machine Learning: Mathematical and Statistical Methods, 513 p.
Benvenuto N., Cherubini G., Tomasin S. (2021). Algorithms for Communications Systems and their Applications, 2nd edition. Wiley, 960 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Oleksandr Anatoliiovych Nahorniuk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
