【技术】比LoRa具有更好扩展性的ZETA Advanced M-FSK调制技术，速率接近兆级别

时间： 2021-02-03 来源：纵行科技

技术问答

ZETA Advanced M-FSK是LPWAN领域的“5G”，5G实现了移动宽带领域的更高速率，Advanced M-FSK则实现了LPWAN领域的更广覆盖。与LoRa技术相比，具有更好的扩展性，可以接近兆级别的速率，极大的扩展了ZETA LPWAN的应用场景。

Advanced M-FSK调制技术与LoRa的关键参数对比如下表所示：

Advanced M-FSK调制技术参数包括：传输频域总带宽BW（不含保护带宽）、频点间隔SCS（SubCarrier space）、信道编码速率CR（Code Rate）。由频点间隔SCS和传输总带宽BW得到频域因子（根据载波频点数所能传输的比特数）；为了保证频点间正交，符号时长至少为。根据频域因子、信道编码速率、传输频域总带宽和符号时长确定频谱效率和比特速率，具体推导过程为：

频率因子：

比特速率：

频谱效率：

Advanced M-FSK中的参数SCS把Advanced M-FSK和5G联系起来了。Advanced M-FSK是5G在LPWAN领域的延申，是LPWAN领域的“5G”。

在5G领域，随着带宽增加，时延需求提高，以及频带不断向上扩展从sub 3GHz扩展到sub 6GHz到毫米波。引入了可扩展的（Scalable）载波间隔参数，以适应各种场景。

其中支持表格如下，可以看出，SCS是随着传输速率增加而不断变大：

LPWAN应用场景以低频触发低速率应用为主，如抄表，标签信息等，数据量少要求覆盖远为主，所以Advanced M-FSK主要考虑覆盖远的要求，频带以sub 1GHz为主。假设传输带宽以120kHz为例，随着SCS变小，速率更小，同样可以获得更远的覆盖：

如上所述，5G的SCS通过2的幂次增长，不断获得更高的速率；而Advanced M-FSK则通过2的幂次负增长，不断的获得更远的覆盖。

下面用一张图形象的表达Advanced M-FSK与5G在不同方向与维度的比较，可以看出为了追求极高的速率和极致的覆盖，他们是向相反的方向走的：

总结表格如下：

综上所述，5G通过SCS实现高带宽下的高速率，ZETA Advanced M-FSK则通过SCS实现窄带宽的广覆盖，因此Advanced M-FSK是5G在LPWAN领域(即低速率和广覆盖)的补充和扩展，Advanced M-FSK是LPWAN领域的5G。

Advanced M-FSK相比LoRa具有更高频谱效率，同等带宽下速率更高。Advanced M-FSK在能量效率基础上，同样可以不断的增加频谱效率，从而增加速率，提升Advanced M-FSK场景应用范围。

Advanced M-FSK相比LoRa频域因子K具有更大的灵活性。Advanced M-FSK与5G类似，为了提升速率，增大频点间隔SCS，即使频域因子K变小。

LoRa的技术也是通过改变时域SF和带宽两个参数，选择合适的速率。如果带宽一定，选择SF越小，则速率越大，理论上选择SF=1，速率最高。但实际应用中，市场上并未出现支持SF=1的产品，SF至少要大于等于6，实际上原因是CSS信号在SF=1的情况下并不容易发送，即在短时间内发送完整的CSS信号很困难。而Advanced M-FSK对频域因子没有限制，所以Advanced M-FSK具有更好的扩展性。

Advanced M-FSK相比LoRa具有相位调制功能。Advanced M-FSK与5G类似，可以通过增加相位调制增加频谱效率。5G是QAM调制，即在幅度和相位上同时调制信息；Advanced M-FSK为了保证能量效率，只进行相位的调制。而LoRa是无法调制相位的，即如表1所示，LoRa只能发送CSS信号，此信号并没有任何其他调制信息，所以无法额外发送比特。下图是相位调制示意图，8PSK每个符号可以额外发送3比特。

下表示意不同带宽通过增加相位调制获得速率：

从以上描述可以看出，Advanced M-FSK相比LoRa具有更高的频谱效率，在带宽上更容易扩展，可以在相位上调制信息。使Advanced M-FSK相比LoRa在sub 1GHz有限带宽内能满足对数据量要求更高的应用场景。如果在非授权更高频段内（比如2.4/5GHz），在保证终端的能量效率内，能满足兆级别数据的传输，因此可以应用到更广的工业场景中。

总结

本文通过5G的物理层基本重要参数SCS介绍了Advanced M-FSK技术，以及通过相位调制参数使Advanced M-FSK在有限带宽内能达到更高速率。LoRa技术是基于时域扩频技术发展起来的，在相对较高带宽时面临着种种限制，而Advanced M-FSK技术充分借鉴5G中创新性的基础概念SCS，打破了相对高带宽的限制，是LPWAN领域的5G。Advanced M-FSK无论在峰值速率还是覆盖范围的可扩展性方面，Advanced M-FSK都显著超过了LoRa技术，为行业提供了另外一种更低成本的LPWAN连接技术路径。

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全部评论（1）

Nicholas Lv7. 资深专家 2021-04-10

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型号- 2701498,2701497,2701499,2701494,2700163,SAC-2P-MSB/15,0-910/FSB SCO,2701493,2701496,1026932,2701495,2989103,2700164,2701490,1026937,2701492,2700161,2701491,2700160,2832849,2863119,PSR-PIP-24DC/MXF1/4X1/2X2/B,2700173,FL SWITCH 3004T-FX,2313342,GW MODBUS TCP/ASCII 2E/4DB9,2700172,PSI-MOS-DNET/FO 850 E,PSR-SPP- 24DC/FSP/1X1/1X2,SUBCON-PLUS-CAN/90/PG/M12,PSM-AD-D9-NULLMODEM,GW PL PA/HART,PSR-SCP- 24DC/TS/SDI8/SDIO4,PSR-SCP- 24UC/ESL4/3X1/1X2/B,2884033,1072838,1072839,SUBCON-PLUS-PROFIB/SC2,2700184,PSR-SCP- 24DC/FSP/1X1/1X2,1204384,SAC-4P- 2,0-PUR/M 8FR 0,34,AXL F DO8/2 2A XC 1H,PLD E 400 W 375,IB IL 400 MLR 1-8A,PSD-S AE SM8-6 102DB/1,ASI CC ADR,2404677,2986041,FL MC 2000T SC,2700196,1026923,1026922,SAC-2P-MSB/ 5,0-910 SCO,2700198,2700197,FL PLUG GUARD GN,PLD M 260 W-75/95 650/D70,1026924,IL PN BK DI8 DO4 2SCRJ-PAC,PSR-ESD-30024 V DC,1026929,CABLE- 9/8/250/RSM/LENZE,FL MC 2000T ST,BWP 2043W,NBC-MSD/ 5,0-93B/MSD SCO,SACC-FS-5QO-0,75 SH SCO,2700123,2701453,2700122,2701456,FL SWITCH SF 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目前电力载波通信方面有窄带载波和高速载波两种通信方案，二者有什么区别，和宽带通信又有什么区别

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技术问答发布时间 : 2018-11-23