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研究生: 陳振瑋
Chen, Jhen-Wei
論文名稱: LoRa調變中符號錯誤率之研究
A study of the symbol error rate in a LoRa modulation system
指導教授: 黃政吉
Huang, Jeng-Ji
口試委員: 黃政吉
Huang, Jeng-Ji
熊大為
Shiung, David
馮輝文
Ferng, Huei-Wen
口試日期: 2023/06/13
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 57
中文關鍵詞: 物聯網LoRa調變符號錯誤率瑞利隨機變數萊斯隨機變數
英文關鍵詞: Internet of Things, LoRa modulation, the symbol error rate, Rayleigh random variables, Rice random variables
研究方法: 實驗設計法比較研究
DOI URL: http://doi.org/10.6345/NTNU202301081
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:67下載:6
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  • 遠程(LoRa)調變系統採用線性調頻展頻(CSS)技術,旨在提供低功率和寬範圍的通信範圍(半徑可達數公里)。即當設備選擇展頻因子(SF)時,通過以與2𝑆𝐹成比例的速率掃描整個頻寬來發送每個符號。在接收處,首先使用去線性展頻信號去除接收信號的CSS部分,然後使用離散傅里葉變換(DFT)提取符號中包含的信息。本論文計算了LoRa調變系統的符號錯誤率。如將要說明的,當N-1個獨立瑞利隨機變量的最大值大於獨立萊斯隨機變量時,會出現符號錯誤,其中N是DFT中點的數量。與相關工作相比,從 MATLAB 仿真中獲得的數值結果顯示出很高的準確性。

    A chirp spread spectrum (CSS) technique is adopted n a long range (LoRa) modulation system, which aims at providing low power and a wide range of communication range (of radius up to several kilometers). That is, when a spread factor (SF) is selected by a device, each symbol is sent by sweeping the entire bandwidth under a rate proportional to 2𝑆𝐹. At the receiver, a de-chirp signal is first used to remove the CSS part of the received signal and the discrete Fourier transform (DFT) is then employed to extract the information contained in the symbol. In this thesis, the symbol error rate of a LoRa modulation system is calculated. As will be illustrated, a symbol error occurs when the maximum of (N-1) independent Rayleigh random variables is larger than an independent Rician random variable, where N is the number of points in the DFT. Numerical results obtained from MATLAB simulations show great accuracy, as compared to related works.

    謝  辭 i 中文摘要 ii 英文摘要 iii 目  錄 iv 表 目 錄 vii 圖 目 錄 viii 第一章  緒論 1 1.1  物聯網的背景及重要性[1] 1 1.2  低功耗廣域網路 3 1.3  LORA廣域網路 3 1.4  研究動機與背景 5 1.5  章節安排 5 第二章  重要相關文獻與相關背景知識 7 2.1  展頻技術 7 2.1.1 直接序列展頻[4] 8 2.1.2 Chirp展頻 10 2.1.3 LoRa調變 11 2.1.4 LoRa信號頻率與角度之關係 15 2.1.5 LoRa解調變 15 2.1.6 關於LoRa信號的檢測 16 2.1.7 不同展頻碼之正交關係 17 2.2  複數常態分佈[6] 21 2.2.1 複數標準常態隨機變量 21 2.2.2 複數常態隨機變量 21 2.2.3 複數標準常態隨機向量 22 2.2.4 複數常態隨機向量 22 2.2.5 均值、共變異數及關係矩陣 22 2.2.6 共變異數矩陣之間的關係 23 2.2.7 密度函數 23 2.2.8 特徵函數 24 2.2.9 特性 24 2.2.10 圓對稱中心案例 24 2.3  關於貝索函數[8] 26 2.3.1 貝索函數的應用 27 2.3.2 貝索函數的分類 27 第三章  分析方法 32 3.1  瑞利分佈[14] 32 3.2  萊斯分佈[16] 41 第四章  數值結果與討論 49 4.1  相關符號 49 4.2  符號調變 49 4.3  符號解調 50 4.4  決策指標的分佈 51 4.5  符號錯誤率 52 第五章  結論 54 參考文獻 55

    物聯網發展現況、應用場域、全球趨勢
    https://zh.oosga.com/iot/

    使用LoRa進行開發促成低傳輸率的遠距IoT應用
    https://www.digikey.tw/zh/articles/develop-lora-for-low-rate-long-range-iot-applications

    Shannon–Hartley theorem – Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Shannon%E2%80%93Hartley_theorem

    直接序列展頻–維基百科,自由的百科全書
    https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E5%BA%8F%E5%88%97%E6%89%A9%E9%A2%91

    正交分頻多工–維基百科,自由的百科全書
    https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%AD%A3%E4%BA%A4%E9%A0%BB%E5%88%86%E5%A4%8D%E7%94%A8

    Complex normal distribution–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Complex_normal_distribution

    Probability theory–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Probability_theory

    貝索函數–維基百科,自由的百科全書
    https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%B4%9D%E5%A1%9E%E5%B0%94%E5%87%BD%E6%95%B0

    Laplace's equation–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Laplace%27s_equation

    Helmholtz equation – Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_equation

    Frobenius method–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Frobenius_method

    Bessel–Clifford function–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Bessel%E2%80%93Clifford_function

    Laguerre polynomials–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Laguerre_polynomials

    Rayleigh distribution–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_distribution

    Chi distribution–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Chi_distribution

    Rice distribution–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Rice_distribution

    Rician fading–Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Rician_fading

    O. Afisiadis, M. Cotting, A. Burg, and A. Balatsouks-Stimmins, “On the Error Rate of the LoRa Modulation With Interference,” IEEE Trans. ON WIRELESS COMMUNICATIONS, vol. 19, no. 2, February 2020

    M. Chiani and A. Elzanaty, “On the LoRa modulation for IoT: Waveform properties and spectral analysis,” IEEE Internet Things J., vol. 6, no. 5, pp. 8463–8470, May 2019.

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