Low Power Wide Area Networks için faz Modulation Teknikleri (lpwan)

LPWAN'a ve Faz Modulation'ın Rolüne Giriş

Düşük Güç Geniş Alan Ağı (LPWAN), Nesnelerin İnterneti (IoT) bir temel taşı olarak ortaya çıktı, uzun menzilli iletişim gerektiren cihazlar için bağlantı sağlar, çeşitli modasyon aileleri aracılığıyla düşük veri. Örnekler akıllı metreler, toprak nezaretleri, varlık parçaları ve çevresel monitörler. herhangi bir LPWAN teknolojisi, modülasyon seçenekleri doğrudan güç verimliliği, aralıkları ve sağlamlığı sağlar.

Faz Modulation

Aşama Değiştir Anahtarlama (PSK) Temelleri

Faz modulation, bir sinüsoid taşıyıcı sinyalinin aşamasını değiştirerek dijital bilgileri kodlar. En basit şekilde, taşıyıcı aşaması, sonlu bir parçalı devletlerden biri alır, her biri 0°'nin bir çiftliği 0'ni temsil edebilir, ancak 180° değişimi, ikili 1'i ikili bir geçişle birlikte gerçekleşir.

Diagrams ve Sembol Mapping

İzin verilen aşama durumlarının seti, her noktanın belirli bir aşamaya (ve genellikle amplitüdün) karşılık verdiği bir takım sabit amplifikasyonu için, tüm puanlar belirli bir sinyal-to-noise oranına sahiptir; QPSK 45°, 135°, 225° ve 315°'de dört puana sahiptir.

Anahtar Aşama Modulation Techniques in LPWAN

İkili Aşama Değiştir Anahtarlama (BPSK)

BPSK, kontrol kanalları için bile birkaç LPWAN standardına sahip olmak için en sağlam aşama modları oluşturuyor ve aynı enerji için QPSK'den daha iyi bir şekilde faydalanıyor.Geçmiş fiziksel alt bağlantı kanalı (NPDCCH) kontrol kanallarını kullanarak BPSK'yi kullanarak, kontrol kanallarında veya ödeme yükleri için çok daha düşük veri oranı için kullanıyor.

Quadrature Faz Shift Keying (QPSK)

QPSK, BPSK'nın gerekli bant genişliğini dört aşama devletleri aracılığıyla simgeye sokmadan ikiye katladı.Dörtücü puanlar genellikle taşıyıcı kurtarma için 45° ile eş zamanlı olarak döndürülür. QPSK, her sembolün sabit olduğu zaman BPSK'ye yaygın olarak LPWAN teknolojileri için kullanılır, çünkü her bir sembolün ikisinde de biraz daha kötüleştirici bir şekilde kullanılması gerekir.

Offset QPSK (OQPSK)

QPSK'nin bir çeşidi, Offset QPSK, işaretsiz güç yükselticilerini kullanarak büyük anlık varyasyonları geciktirir. OQPSK özellikle LPWAN uç noktalarında çalışan 180° faz geçişlerini önler, bu basit değişiklik, C veya Sınıf E yükselticileri en yüksek çözünürlükte 90 °C'ye kadar, varsayılan olarak kullanılan fazları sınırlandırır.

Diril PSK (DPSK) ve pi/4-DQPSK

Disko aşamasında anahtarlama (DPSK), bilgi, fazı mutlak aşamadan ziyade ardışık semboller arasında kodlanmış durumda.Bu, alıcıda eşleyiciye olan gereksinimi ortadan kaldırır, devre dışı bırakır ve güç tüketimini azaltır. DPSK, bazı IoT zarflarında yaygın olarak kabul edilir, çünkü çiftliği dengelemek için daha düşük bir şekilde azaltılır ve böylece yüksek çözünürlükte bir şekilde azalır.

Modulation Schemes for LPWAN

Ancak, bir LPWAN sistemi için uygun faz modülasyon şeması, veri oranını, aralıklarını, güç tüketimini ve alıcı karmaşıklığını içerir. BPSK, QPSK'ye karşılaştırıldığında daha iyi performans için 3 dB'ye kadar aynı BER. OQPSK ve pi/4-DQPSK'ye kadar uzanan daha düşük maliyetli cihazlar için daha iyi bir performans sağlar.

Büyük LPWAN Teknolojilerinde Faz Değişikliği

LoRa ve Chirp spread Spectrum

LoRafa (Uzun bir aralık), taşıyıcı frekansının zaman içinde lineer olarak sabitlediği özel bir chirp aralığı olarak görülebilir.Internal olarak frekans bağlantı noktası olan, en yüksek çözünürlükte (tarafsız) işlem süresine kadar uzanan bir bağlantı noktası olarak görülebilir.The Print to the chirps can be seen to be highly sensitive (down to -148 dBm) by the processing gain of the frequency and increases or mitigates encodes to the scheduling effects of the speed functionality, which is actually a stage-modated signal.

NB-IoT ve LTE-M

3.75 kHz veya 15 kHz. Alt bağlantı noktası, QPSK modulation on each subcarrier Frekans Kına sahip (SC-FDMA) ve 343/2-QPSK ile birlikte, QPSK modulation (OFDMA) ile birlikte, yüksek çözünürlükte (PAPR) kullanan ve yüksek çözünürlükte (SC-FDMA) yüksek çözünürlükte (C-FDMA) kullanan bir yüksek çözünürlükte (P) daha genişleyen bir şekilde çalışır.

Sigfox ve Ultra-Narrowband

Sigfox, düşük bağlantıda (GFPSK) bir alt bağlantıya sahip bir ultra-narrowband (UNB) yaklaşımı kullanıyor, çünkü bu, sabit olmayan bir şekilde, düşük maliyetli ve güçlendirici bir şekilde birleştirilmiş durumdaki bir veri akışı ve güçlendiricisi ile bir araya geliyor.

Ticaret: Güç, Data Rate ve Range

Tek bir faz modülasyon programı tüm LPWAN senaryoları için en uygun değildir. BPSK ve DBPSK, en düşük veri oranına en uzun erişim sunar, bunları uygulamadaki batarya destekli sensörler için ideal kılar, LPWAN tasarımcıları genellikle bir kombinasyon kullanır: uplink (sensor topassK veya DBPSK) BPSK veya DBPSK ile bağlantı bütçesini azaltır ve aynı zamanda yüksek çözünürlükte olan bağlantı noktası kontrol eder.

Uygulamayı Değerlendirme

senkronizasyon ve faz Gürültü

Tüm PSK sistemleri, DPSK gibi normal olarak küçük dengelemelere neden olan doğru frekansı ve faz senkronizasyonunu gerektirir, çünkü mutlak aşamalardan ziyade faz değişikliklerine dayanan kodlanabilirler, ancak o zaman sembolün tespiti gerekir. OQPSK ve 343/4-DQPSK, belirli QPSK gibi fazları dengelemek için daha fazla ayarlıdır.

Low Power için Transceiver Design

Güç yükselticisi (PA), verimlilikin yüzde 50 oranında ulaştığı en büyük enerji tüketicilerinden biridir. PSK modulations that maintain a constant zarf, such as BPSK and QPSK (bir lineer PA kullanarak), PA'nın yaklaşık yüzde 50 oranında işe yaramasına izin verir. Ancak, QPSK gelişmiş bir modasyon oluşturan amplifikasyonun, bu da çok sayıda dijital dönüşüme ve TY / 4-DQPSK'yi doğrudan entegre etmesine izin verir.

Future Trends and Advanced Techniques

Araştırma, GMSK ve GFSK'nın özel durumlarda görüldüğü gibi, yüksek çözünürlükte bir güç verimliliği sağlamak amacıyla, frekans tabanlı bir platformda kullanılan bir diğer eğilim, bazı özel LPWAN sistemlerindeki algılama sistemlerinin entegrasyonudur.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sigfox ultra-narrowband'da kullanılan standart, veri oranı ve güç tüketiminin sağlam basitliğinden itibaren, verilen bir uygulama için doğru modem veya protokole ihtiyaç duyan IoT sistemi mimarları için gerekli olan her program, yüksek cihaz kesintilerini ve daha fazla talep eden kullanım koşullarını, fazlamalarını ve daha iyi bir şekilde tasarlamaya devam edecektir.

Daha fazla okuma için, [FOWAN modulation:0)Semtech LoRa modulation white paper)[FOWAN modulation ([FLT) ve )Wikipedia makale PSK temelleri üzerinde[FLT: 5)[FONT|D=IoT:2|D=FONT=FONT=3GPP teknik raporları [FLT: 4)