性能超越美國LoRa，縱行科技ZETA國產(chǎn)替代的底氣在這里

上一篇重點(diǎn)介紹了縱行科技研發(fā)的Advanced M-FSK調(diào)制技術(shù)的需求來源，基本原理和幀結(jié)構(gòu)，得到了眾網(wǎng)友的認(rèn)可，意猶未盡，本文繼續(xù)介紹Advanced M-FSK的一些重要理念?？偨Y(jié)一句話：Advanced M-FSK是5G在LPWAN的領(lǐng)域延申，是LPWAN領(lǐng)域的“5G”。5G實現(xiàn)了移動寬帶領(lǐng)域的更高速率，Advanced M-FSK則實現(xiàn)了LPWAN領(lǐng)域的更廣覆蓋。與LoRa技術(shù)相比，具有更好的擴(kuò)展性，可以接近兆級別的速率，極大的擴(kuò)展了ZETA LPWAN的應(yīng)用場景。

注：以上表格傳輸寬帶為120kHz

這里再簡單的回顧Advanced M-FSK的調(diào)制技術(shù)，如下表所示：

Advanced M-FSK調(diào)制技術(shù)參數(shù)包括：傳輸頻域總帶寬BW（不含保護(hù)帶寬）、頻點(diǎn)間隔SCS（SubCarrier space）、信道編碼速率CR（Code Rate）。由頻點(diǎn)間隔SCS和傳輸總帶寬BW得到頻域因子（根據(jù)載波頻點(diǎn)數(shù)所能傳輸?shù)谋忍財?shù)）；為了保證頻點(diǎn)間正交，符號時長至少為。根據(jù)頻域因子、信道編碼速率、傳輸頻域總帶寬和符號時長確定頻譜效率和比特速率，具體推導(dǎo)過程為：

頻率因子：

比特速率：

頻譜效率：

Advanced M-FSK中的參數(shù)SCS把Advanced M-FSK和5G聯(lián)系起來了。

Advanced M-FSK是5G在LPWAN領(lǐng)域的延申，是LPWAN領(lǐng)域的“5G”

在5G 領(lǐng)域，隨著帶寬增加，時延需求提高，以及頻帶不斷向上擴(kuò)展從sub 3GHz擴(kuò)展到sub 6GHz到毫米波。引入了可擴(kuò)展的(Scalable)載波間隔參數(shù)，以適應(yīng)各種場景。

其中支持表格如下，可以看出，SCS是隨著傳輸速率增加而不斷變大:

LPWAN應(yīng)用場景以低頻觸發(fā)低速率應(yīng)用為主，如抄表，標(biāo)簽信息等，數(shù)據(jù)量少要求覆蓋遠(yuǎn)為主，所以Advanced M-FSK主要考慮覆蓋遠(yuǎn)的要求，頻帶以sub 1GHz為主。假設(shè)傳輸帶寬以120kHz為例，隨著SCS變小，速率更小，同樣可以獲得更遠(yuǎn)的覆蓋：

如上所述，5G的SCS通過2的冪次增長，不斷獲得更高的速率；而Advanced M-FSK則通過2的冪次負(fù)增長，不斷的獲得更遠(yuǎn)的覆蓋。

下面用一張圖形象的表達(dá)Advanced M-FSK與5G在不同方向與維度的比較，可以看出為了追求極高的速率和極致的覆蓋，他們是向相反的方向走的：

總結(jié)表格如下：

綜上所述，5G通過SCS實現(xiàn)高帶寬下的高速率，ZETA Advanced M-FSK則通過SCS實現(xiàn)窄帶寬的廣覆蓋，因此Advanced M-FSK是5G在LPWAN領(lǐng)域(即低速率和廣覆蓋)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，Advanced M-FSK是LPWAN領(lǐng)域的5G。

Advanced M-FSK相比LoRa具有更高頻譜效率，同等帶寬下速率更高

Advanced M-FSK在能量效率基礎(chǔ)上，同樣可以不斷的增加頻譜效率，從而增加速率，提升Advanced M-FSK場景應(yīng)用范圍。

Advanced M-FSK相比LoRa頻域因子K具有更大的靈活性。Advanced M-FSK與5G類似，為了提升速率，增大頻點(diǎn)間隔SCS，即使頻域因子K變小。

LoRa的技術(shù)也是通過改變時域SF和帶寬兩個參數(shù)，選擇合適的速率。如果帶寬一定，選擇SF越小，則速率越大，理論上選擇SF=1，速率最高。但實際應(yīng)用中，市場上并未出現(xiàn)支持SF=1的產(chǎn)品，SF至少要大于等于6，實際上原因是CSS信號在SF=1的情況下并不容易發(fā)送，即在短時間內(nèi)發(fā)送完整的CSS信號很困難。而Advanced M-FSK對頻域因子沒有限制，所以Advanced M-FSK具有更好的擴(kuò)展性。

Advanced M-FSK相比LoRa具有相位調(diào)制功能。Advanced M-FSK與5G類似，可以通過增加相位調(diào)制增加頻譜效率。5G是QAM調(diào)制，即在幅度和相位上同時調(diào)制信息；Advanced M-FSK為了保證能量效率，只進(jìn)行相位的調(diào)制。而LoRa是無法調(diào)制相位的，即如表1所示，LoRa只能發(fā)送CSS信號，此信號并沒有任何其他調(diào)制信息，所以無法額外發(fā)送比特。下圖是相位調(diào)制示意圖，8PSK每個符號可以額外發(fā)送3比特。

下表示意不同帶寬通過增加相位調(diào)制獲得速率：

從以上描述可以看出，Advanced M-FSK相比LoRa具有更高的頻譜效率，在帶寬上更容易擴(kuò)展，可以在相位上調(diào)制信息。使Advanced M-FSK相比LoRa在sub 1GHz有限帶寬內(nèi)能滿足對數(shù)據(jù)量要求更高的應(yīng)用場景。如果在非授權(quán)更高頻段內(nèi)（比如2.4/5GHz），在保證終端的能量效率內(nèi)，能滿足兆級別數(shù)據(jù)的傳輸，因此可以應(yīng)用到更廣的工業(yè)場景中。

總結(jié)

本文在上一篇基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過5G的物理層基本重要參數(shù)SCS介紹了Advanced M-FSK技術(shù)，以及通過相位調(diào)制參數(shù)使Advanced M-FSK在有限帶寬內(nèi)能達(dá)到更高速率，相信大家也更進(jìn)一步理解了Advanced M-FSK的精髓。LoRa技術(shù)是基于時域擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展起來的，在相對較高帶寬時面臨著種種限制，而Advanced M-FSK技術(shù)充分借鑒5G中創(chuàng)新性的基礎(chǔ)概念SCS，打破了相對高帶寬的限制，是LPWAN領(lǐng)域的5G。Advanced M-FSK無論在峰值速率還是覆蓋范圍的可擴(kuò)展性方面，Advanced M-FSK都顯著超過了LoRa技術(shù),為行業(yè)提供了另外一種更低成本的LPWAN連接技術(shù)路徑。

截止目前本系列文章僅介紹了Advanced M-FSK發(fā)送端設(shè)計理念，接收機(jī)方面設(shè)計如何？如果點(diǎn)贊較多，還有更詳細(xì)分析。