开启LPWAN 2.0时代的底层技术：Advanced M-FSK 物联网智库转载二次转载请联

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导读
针对LPWAN通信速率低、难以覆盖及监测移动物体等问题， ZETA LPWAN最新研发了Advanced M-FSK的调制方法，它对ZETA的无线通信的调制/解调处理的物理层进行了提升优化，使ZETA能根据各种应用场景的不同速率要求进行自适应，同时能充分借鉴5G的先进接收机技术从而提升灵敏度，突破现有LPWAN技术接收灵敏度上限，由此为新一代的LPWAN2.0技术的演进提供了新的思路。
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有一种新的技术能解决LPWAN通信速率低、难以覆盖及监测移动物体等问题，相比目前市场上的LPWAN技术，在典型应用场景下，其传输速率提高了3倍以上，灵敏度提高了5dB以上，最高接收灵敏度能达到-150dbm 。
该技术是ZETA LPWAN最新提出的Advanced M-FSK的调制方法，它对ZETA的无线通信的调制/解调处理的物理层进行了提升优化，使ZETA能根据各种应用场景的不同速率要求进行自适应，同时能充分借鉴5G的先进接收机技术从而提升灵敏度，由此为新一代的LPWAN2.0技术的演进提供了新的思路。
一.LPWAN技术需寻找低功耗、长距离、适应各种不同场景的最佳方案
根据香农定理，
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C为传输速率， B为传输带宽， η=C/B ，为频谱效率，
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下图红线即为香农定理的线，通过编码调制不断接近这个线，但永远无法越过这个线。
5G等eMBB技术重点在频谱效率区，关注的是有限带宽内的传输速率。 LPWAN技术因对电池寿命要求时间长（3-5年），因此重点是在能量效率区，即每bit需要传输能量尽可能的少。即LPWAN在追求极致的能量效率的过程中，是可以牺牲一定频谱效率的。
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信号传输距离：
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其中Pt为发射功率， Pr为接收灵敏度， Gt为发射天线增益， Gr为接收天线增益，与方向图相关。在LPWAN中，常常使用单天线收发，发送功率受限。
所以有效利用发射功率和提高接收机的灵敏度，成为制定LPWAN物理层技术的主要目标。
1、最大化利用发射功率，保证LPWAN通信不出现瞬时高功率的同时，使功耗能量效率最大化（即PAPR）。在功率放大器设计中，线性是非常重要的指标。由于信号存在瞬时的高功率，为了保证该瞬时高功率点处的线性指标，通常采用功率回退技术来保证线性，使得信号通过功放后不失真，功率回退技术降低了功耗的效率，因此需要寻找降低平均功率比（PAPR—Peak to Average Power Ratio）。
2、提升接收机的灵敏度，增强覆盖距离。如果提升接收机6dB灵敏度即4倍，覆盖距离可以增强一倍。
3、满足不同行业的特定数据监测需求。比如，随着物流行业的蓬勃发展，物联网技术不仅仅要支撑大量的静态传感器接入，同时也需要大量支持移动包裹的接入，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：提出自适应的Advanced M-FSK技术
【开启LPWAN 2.0时代的底层技术：Advanced M-FSK】为了解决“低功耗、长距离、多样化的场景需要截然不同的性能指标”（比如物流需要支持移动性，工业场景需在满足一定覆盖距离的基础上更重视通信速率和延时) 三大痛点， ZETA 对传统的LPWAN技术进行了革新，提出了最新的Advanced M-FSK调制技术，使得ZETA LPWAN的物理底层技术更优：1、PAPR为零；2、利用更多的带宽，可以传输更多的比特信息，从而降低每比特传输的能量；3、更优的接收灵敏度。
一）关键参数设计能自适应使得能量效率最大化
一般M-FSK调制是在时域为1的信号在频域上M个正交频点上选择一个频点调制发送。如下图所示， M=8 ，每个频点每个符号可以调制3个比特信息。频点间隔为2kHz 。
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据上图所示，一般的M-FSK调制技术有以下特点：1、调制信息只在相位上改变，在幅度不变的情况下PAPR为零，从而保持低功耗特性；2、在发送功率不变的情况下带宽增加，调制比特增多(log2(M)) 。 3、为了减少频谱泄露，需保持符号间相位连续。