里德
针对LPWAN通信速度低、覆盖和移动难以监控等问题，ZETA LPWAN最近开发了高级m-FSK调制方法，提高并优化了ZETA无线通信调制/解调处理的物理层，使ZETA能够适应各种应用场景的不同速度要求
一些新技术可以解决LPWAN通信速度低、难以覆盖和监控移动物体等问题，与目前市场上的LPWAN技术相比，在典型应用场景下，传输速度提高3倍以上，灵敏度提高5dB以上，最高接收灵敏度可达-150dbm
该技术是ZETA LPWAN最近提出的高级m-FSK调制方法，在提高并优化ZETA的无线通信调制/解调处理物理层，使ZETA能够适应各种应用场景的不同速率要求的同时，充分参考5G的先进接收机技术
一、LP广域网技术需要寻找低功耗、长距离、适应各种场景的最佳方案
根据香农定理，
c是传输速率，b是传输带宽，=C/B是频谱效率，
下图中的红线是香农定理的线，通过代码调制正在接近这条线，但不能超过这条线。
5G等eMBB技术侧重于频谱效率领域，关注有限带宽内的传输速度。 由于LPWAN技术对电池寿命的要求时间长(3-5年)，所以重点是能量效率区域，即每bit传输能量尽量少。 也就是说，LPWAN在追求终极能效的过程中，可以牺牲一定的频谱效率。
信号传输距离：
在此，Pt为发送功率，Pr为接收灵敏度，Gt为发送天线增益，Gr为接收天线增益，与方向性图案相关。 在LPWAN中，经常在单天线上发送接收，所以发送功率受到限制。
因此，有效地利用发射功率并增加接收器的敏感度是制定LPWAN物理层技术的主要目标。
1、最大化发送功率，让LPWAN通信在不瞬间变成高功率的同时，最大化功耗的能量效率(即PAPR )。 在功率放大器的设计中，线性是一个非常重要的指标。 由于信号中存在瞬时的大功率，所以为了确保该瞬时的大功率点的线性指标，通常使用回动力技术来确保线性，在通过放大器后不会使信号失真。 由于回电技术会降低电力消耗的效率，所以需要寻找降低平均电力比(PAPR—Peak to Average Power Ratio )。
2、提高接收机灵敏度，提高复盖距离。 如果接收器的6dB灵敏度增加到4倍，则复盖距离可以增加到2倍。
3、满足不同行业特定的数据监测需求。 例如，随着物流行业的发展，物联网技术不仅需要支持大量静态传感器接入，还需要大量支持移动包裹接入，即支持多普勒和多径无线复杂环境的物体接入。
二、实现路径：提出自适应高级M-FSK技术
为了解决“低功耗、长距离、多种场景需要完全不同的性能指标”(例如物流需要支持移动性，工业场景需要在满足一定覆盖距离的基础上，重视通信速度和延时)的三大痛点，ZETA遵循了传统的2 .更多的带宽可用于传送更多的比特信息，从而降低每比特的传输能量； 3、更好的接收灵敏度。
一)关键参数设计可以自适应地最大化能效
典型的M-FSK调制在频域上的m个正交频率点上选择时域1的信号进行频率调制并发送。 如下图所示，M=8，可以按频率为每个码元调制3比特的信息。 频率间隔为2kHz。
根据上图，一般的M-FSK调制技术为： 1、在调制信息只在相位上变化，振幅不变化的情况下，PAPR为0，维持低功耗特性； 2、在发送功率不变的情况下，带宽增加，调制比特增加(log2(m ) )。 3、为了减少频谱泄漏，需要使符号之间的相位连续。
ZETA提出的高级m-FSK进行了深挖掘设计。 最重要的参数如下。
频率点数：
这里，k是该码元可以调制的信息比特数。 频率间隔和编码速率。
总带宽/速率等可以根据这些参数计算。
符号的长度如下。
比特率：
在一定的带宽上m越多，SCS就越小。 也就是说，是以下内容。
以LoRa为例，高级m-FSK及其一些参数的比较如下。
从上面的表中可以看出，与LoRa技术相比，高级m-FSK技术的发送信号更简单，而且基于主流的4G/5G调制技术，即频域的调制，充分参考了5G的先进接收机技术。
二)高级m-FSK帧结构可以满足LPWAN的各种应用场景
高级M-FSK优化了帧结构设计，以满足各种APP场景的速率要求(0.02-20kbps )，同时考虑国家法规要求。
p>根据无委相关规定要求，在非授权频谱上，终端每次发送信号，带宽不能超过200KHz，持续时长不超过1秒。帧结构设计也必须满足这些要求。
Advanced M-FSK 帧结构有三部分组成，一个是前导帧，一个是SYNC帧，一个是数据发送主体。
前导帧主要作用用于接收机的检测和接收机的时频同步(即信道估计)，让接收灵敏度更低。在低信号时，数据解调对时频估计的精度特别敏感，所以导频设计也考虑到这一点，以窄带设计为主，在接收端通过低通滤波器，提升基于preamble导频的时频估计精度。另外使用2FSK技术也同时做到了可以兼容现有2FSK芯片。每个burst最长发送时间限制在1秒之内，导频和数据帧占用时间分配也要做到一种平衡，在设计时满足时频估计性能下，尽量使前导少占用时间，提升数据发送时长。
SYNC帧承载着数据调制格式信息传送，AdvancedM-FSK设计时考虑满足多种应用场景，比如速率要求高的好信号场景，覆盖为主的极低信号场景，另外兼容现有2FSK产品（比如Silicon Labs SI4463, STMicro stm32WL)。不同场景必然会导致数据帧具有不同的格式。SYNC帧通过特殊编码方式，完成数据调制格式信息传输，同时在兼容现有2FSK产品，SYNC帧保留原有格式与信息。
数据帧即传输MAC层传给物理层的有效信息，Advanced M-FSK可支持各种速率的数据发送。整个发射过程如下，即数据编码，白化，交织，最后是映射发送。这个过程的几个关键信息：编码速率，重复次数，发送频点数，决定了数据和相应接收机灵敏度。这些关键信息通过SYNC帧发送。
三）Advanced M-FSK 通过先进接收机技术提升灵敏度
Advanced M-FSK在设计好发射端技术同时，同时通过接收端先进接收机技术，使Advanced M-FSK技术在极低信号具有更好的灵敏度，与其他LPWAN技术相比：相同的速率下，具有更低的灵敏度。在同样灵敏度下，具有更高的速率。通过内外场测试，100bps的数据速率，灵敏度可以到-144.7dBm。30bps的速率，灵敏度可以到-149.2dBm灵敏度。
接收机的三项关键技术：时频同步，数据解调，终端移动速度支持。比如，极低信噪下时频同步性能：比较终端频偏较大和频偏较小两种场景。在频偏较小场景时，假设频偏残留误差在200Hz内为标准，灵敏度可以到-150dBm。如果一些低成本的终端，即存在较大频偏时，灵敏度也可以到-145dBm。
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