LoRa技術(shù)是Semtech公司采用并且推廣的的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案，屬于低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network，LPWAN)通信技術(shù)中的一種。LoRa技術(shù)不再受限于傳輸距離和功耗的折衷考慮，為用戶們提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸距離遠(yuǎn)、功耗低、多節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，從而拓展成網(wǎng)絡(luò)。

隨著LoRa技術(shù)的受眾群體越來(lái)越多，以及本身的持續(xù)發(fā)展。Semtech公司緊接著推出了SX1280這顆芯片，意味著2.4GHz頻段的LoRa的面世。該芯片內(nèi)置Ranging Engine,即到達(dá)時(shí)間差(Time Difference Of Arrival, TDOA)融合測(cè)距引擎，使用了time-of-flight測(cè)距方法。正因?yàn)榈凸摹⒕嚯x遠(yuǎn)又能用于精確測(cè)距及定位，越來(lái)越多的公司跟進(jìn)了這一技術(shù)。如成都億佰特電子科技有限公司基于SX1280的SPI接口無(wú)線模塊E28-2G4M12S、E28-2G4M20S。

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接下來(lái)簡(jiǎn)要介紹time-of-flight測(cè)距方法，該方法屬于雙向測(cè)距技術(shù)，利用數(shù)據(jù)信號(hào)在一對(duì)收發(fā)機(jī)之間往返的飛行時(shí)間來(lái)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的距離。將發(fā)射端發(fā)出數(shù)據(jù)信號(hào)和接收到接收端應(yīng)答信號(hào)的時(shí)間間隔記為Tt,接收端收到發(fā)射端的數(shù)據(jù)信號(hào)和發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的時(shí)間間隔記為Tr，如下圖所示。信號(hào)在這對(duì)收發(fā)機(jī)之間的單向飛行時(shí)間Tf=(Tt-Tr)/2，則兩點(diǎn)間的距離d=c*Tf,其中c表示電磁波傳播速度。

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time-of-flight測(cè)距方法

time-of-flight測(cè)距方法有兩點(diǎn)關(guān)鍵的約束，接收端提供信號(hào)傳輸時(shí)間的長(zhǎng)短，發(fā)射端和接收端時(shí)鐘必須同步。

接下來(lái)簡(jiǎn)要介紹LoRa定位的原理，LoRa技術(shù)是使用上文提到的TDOA來(lái)實(shí)現(xiàn)地理位置定位的。LoRa定位的前提是所有的LoRa網(wǎng)關(guān)共享一個(gè)相同的時(shí)基，并且至少需要3個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)來(lái)接收數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)一個(gè)LoRaWAN終端設(shè)備發(fā)射一段數(shù)據(jù)信號(hào)，其所在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的所有的LoRa網(wǎng)關(guān)都會(huì)接收到這段信號(hào)，并傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過(guò)比較信號(hào)強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間、信噪比和其他參數(shù)來(lái)計(jì)算終端設(shè)備的最可能所在位置，如下圖所示：

正因?yàn)長(zhǎng)oRa地理位置功能無(wú)需涉及到GPS定位技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)最小尺寸、最低功耗、最低成本。目前LoRa地理位置功能開(kāi)始被應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，如物流、畜牧業(yè)、建筑、保險(xiǎn)行業(yè)等。下文簡(jiǎn)要介紹下畜牧業(yè)上的應(yīng)用。

目前畜牧業(yè)的主要現(xiàn)狀：

1、牛羊主要靠人工看管，人工投入成本大;

2、牛羊無(wú)定位，每年存在不同程度的牛羊走失;

3、部分用GPS+GPRS定位方案費(fèi)用高、續(xù)航時(shí)間短。

將LoRa地理位置功能應(yīng)用到畜牧業(yè)上，組成一個(gè)牛羊定位系統(tǒng)。該牛羊定位系統(tǒng)主要由LoRa定位模塊、LoRa網(wǎng)關(guān)、牲畜管理平臺(tái)組成。LoRa定位模塊主要用于牛羊的佩戴，一一對(duì)應(yīng)。幾個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)便可以滿足大型牧場(chǎng)的需求。LoRa定位模塊定時(shí)向幾個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)包，而LoRa網(wǎng)關(guān)向牲畜管理平臺(tái)傳輸這些數(shù)據(jù)。牲畜管理平臺(tái)通過(guò)算法處理分析這些數(shù)據(jù)，可以查看牛羊的具體位置、健康狀態(tài)等。當(dāng)牛羊生病時(shí)，工作人員可以及時(shí)趕到牛羊的位置進(jìn)行處理、治療等。

LoRa技術(shù)一直在高效地發(fā)展，隨之帶來(lái)的是LoRa距離測(cè)量與定位的完善和成熟，相信在未來(lái)會(huì)給更多的領(lǐng)域帶來(lái)方便。

　　審核編輯：湯梓紅