LoRa技术是怎样实现定位的

张旗

物联网应用的位置信息价值性和战略地位是非常高，一款物联网应用如果没有精准的定位功能，其他功能再强力也始终是美中不足的。在物联网应用中，包括汽车、物流、消费产品、保险、农业、建筑等领域，尤其是一些资产跟踪等的应用，对地理位置解决方案的需求非常高。
LoRa便是物联网无线数传中热点技术之一，今天泽耀科技便与大家聊一聊：作为窄宽带无线技术，它是如何实现定位的？



1.关于LoRa
LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的这种考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。它为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗的无线通信手段。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915 MHz等。



LoRa扩频

2.LoRa定位原理
作为一种窄带无线技术，LoRa是使用到达时间差来实现地理定位的。注意从终端节点到服务器的数据传输步骤，LoRa定位的前提是所有的基站或网关共享一个共同的时基。
当任何一个LoRaWAN终端设备发送一个数据包时，会被其所在网络范围内的所有网关接收，并且每个报文都将会报告给网络服务器。所有的网关都是一样的，它们一直在所有信道上接收所有数据速率的信号。
因此LoRa终端设备上没有开销，它们不需要扫描和连接到特定的网关。传感器被简单地唤醒，发送数据包，网络范围内的所有网关都可以接收它。
所有网关都会将接受到的相同数据包发到网络服务器，使用内置于最新一代网关中的专用硬件和软件捕获高精度的到达时间。网络服务器端的算法比较到达时间、信号强度、信噪比和其他参数来计算终端节点的最可能的位置。
为了使地理位置更准确，至少需要三个网关接收数据包。更多网关、更密集的网络会提高定位精度和容量。这是因为当更多的网关接收到相同的数据包时，服务器芥酸算法会得到更多信息，从而提高了地理位置精度。



3.LoRa定位的可控参数
频率分集：通过在所有可用信道上重复发送一条消息，平均来看地理位置结果有50％的改善。 一个工作在8通道网络上的静态终端节点在8个不同信道上发送8个数据包后，那么其结果将提高50％。
部署网关网格的形状。网关部署网格的影响约为25％。 一个长的细网格将比一个方格网格差25％。因此，网络部署应尽可能侧重于以方形模式部署网关。
网关分集： 超过6个网关，地理位置改善开始变得不明显。 3到4个网关，大概有25％的改善，超过4个网关地理位置改善开始减少。
天线分集对最弱的信号影响最大。当设备在3个网关上处于接收良好的位置，增加一个弱的第四个网关，天线分集通常会改变在第四个网关上接收到的数据包从不可用到可用。在这种情况下，它可以提供25％的地理位置改善。

4.LoRa目前定位精度
下图是Semtech发布的定位测试报告，使用了11个Gateway和42个测试点，可以看到在城市环境中，达到90%概率的正确定位（错误率为10%）误差达到500米。换一句话说，90%的情况下LoRa的定位范围是一个半径为500米的圆。



5.LoRa定位的特点
使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离，这种低功耗广域技术是各种应用领域都需求的，结合定位功能还有以下特点：
①最低功耗
传感器中没有位置任务的处理
发送位置数据不需要“空中时间”
可能使用尽可能小的LoRaWAN数据包进行地理位置定位

②最低成本
传感器中没有GNSS或其他硬件
更小的电池，因为没有使用传感器电源来获取位置
最小尺寸，包括电子部分，电池，外壳

③最低环境影响
传感器硬件最小化（包括电子部分，电池，外壳尺寸等）
许多传感器安装一个终生电池
<hr/>LoRa模块的优势特点：
1、空旷传输距离8000米
2、工作频率：433/470/868/915MHz可选
3、灵敏度高达 -139 dBm -139 dBm
4、TTL/232/485电平接口
5、通讯频道多达40个



LoRa无线通信技术的出现使得无线通讯距离有了新的突破，为物联网应用带来新的发展空间，并且给一些需要远距离的应用提供了技术支撑。LoRa模块应用广泛，在远程抄表、安防系统、门禁系统、实时定位等领域都有应用。
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