文献综述（或调研报告）：
通过阅读相关文献和解读行业报告，目前物联网应用，如智能家居和智能城市更加普及，这使得网络传感器的规模大幅增加，爱立信的报告[1]指出，连接的物联网设备将从2017年的70亿增长到2023年的200亿，年复合增长率为19%。虽然目前的网络通信有多种成熟的技术，如蓝牙，WiFi，蜂窝技术等[2]。但是同时满足大区域覆盖，低使用频率，低成本建设，低数据速率情形的网络还没有成熟的技术，这就引导了物联网网络技术的一个新的分支：低功耗广域网络（LPWAN）。
现有的LPWAN技术分为三种类型：现有的LPWAN技术可分为三类，即基于蜂窝基础设施的网络[3]，使用第三方基础设施的网络[4]，不使用任何第三方基础设施的自主LPWA N网络[5]，即LoRa技术。首先，现有的蜂窝技术涵盖了广泛的领域，但其能源效率不符合LPWAN的要求。由于接入人口稠密，蜂窝网络无法处理新的大规模物联网设备，因为大规模物联网设备将带来严重的干扰。使用第三方服务提供商如SigFox,Ingenu的基础设施搭建的网络也存在如下问题：Ingenu的链路预算较高，能源效率不高，同时还容易受到WiFi技术的干扰。SigFox的主要限制包括（一）是专有的封闭源技术，（二）低安全机制和（三）对下行链路传输的限制[6]。而且专有网络的部署运营成本比较高，不利于大规模开展开网。最后，LoRa网络被广泛应用于LPWAN网络的部署。LoRa网络是一种开源技术，同时可以搭建在免牌照的频段，能够以低成本进行自主网络设置。而且，由于LoRa的开放性，它可以部署成不同的物联网网络。
LoRa在免牌照的sub GHz -ISM频段工作（美国900MHz ，欧洲860MHz,中国180Mhz）[7]。根据最近的报告，使用125K Hz、250K Hz 和500K Hz 的带宽，可以在5-15 Km的距离内传输高达250 字节的较小有效载荷，并且该系统可以持续5-10 年消耗低功率[8]。LoRa技术的物理层使用线性调频扩频（CSS）。由于线性调频信号的频率随时间线性变化，因此使用CSS调制在低于sub-GHz的频段工作使LoRa技术不受干扰，对噪声，衰落和干扰具有很高的弹性。LoRa网络比Sigfox和Ingenu提供更好的下行链路功能[9]。LoRa网络的另一个重要优势是可以通过无线发送配置和固件更新。对于不同场景下的不同需求，LoRa提供了三个不同的参数来提供个性化高效的数据传输方式，分别是：参数扩展因子(SF),带宽,码率(CR)。例如，可以使用SF9以线性调频编码九个位。以较高SF发送的消息将花费更多的时间在空中，并降低了数据速率，但提高了抗干扰能力[10]。LoRa调制也有两个其他参数即带宽和码率（CR）。带宽可以设置为125KHz，250KHz和500KHz。CR可以设置为4/5、4/6、4/7或4/8。
一个LoRa系统由终端设备、网关、网络和应用服务器组成。终端设备收集信息并发送到网关。网关在终端设备和网络服务器之间中继消息。网络服务器被配置为将消息引导到适当的应用服务器进行处理。
基于LoRa网络的优势，目前已经有相当一部分应用存在并且能够为研究提供参考。一些例子是：（i）韩国首尔的废物管理，（ii）美国内华达州卡森市的太阳能发电厂的综合传感，（iii）法国里昂和格勒诺布尔的电力监控。在LoRa网络的实际使用中，业界比较关注5个方面，同时提出了相应的解决方案。
a.能源消耗：预计LoRa网络将在较长时间内工作5-10年，并进行最低限度的维护。LoRa技术采用两种技术来降低能耗：（i）消耗瞬时带宽来发送线性调频信号；（ii）不使用繁重的MAC协议进行调度。同时提出了如下的技术，以提高终端设备的电池寿命：（i）从环境中获取环境能量；（ii）使用后向散射信号进行传输； （iii）检测和解码弱信号，并提高数据速率以降低功耗[11] 。
b．通信范围：LoRa网络有不同的应用场景，例如家庭，医院，学校，森林等。终端设备将可能放置在露天、用混凝土或钢材等封闭的地方。必须应对这种多样化的部署条件导致的信号衰减，传播损耗和衰落等问题[12]，以改善信号穿透性，从而提高LoRa网络的覆盖范围。由于LoRa的无线电固有特性：载波频率变化很小。Du[13]等提出了一种解决方案，距离网关较远的节点将发送SNR低于其低噪声的信号，而通过B类信标进行粗略同步之后，可以提高SNR，使得网关可以接收和解码这种碰撞信号，最终获得该区域的近似数据。该技术使得通信范围提高了2.64倍。Charm [14]提出了一种新的硬件和软件代码，以扩展LoRa设备的覆盖范围和电池寿命。这是通过允许多个网关将弱信号（无法由单个网关解码）发送到云并将其相干地组合以解码数据来实现的。
c.错误纠正：LoRa技术通过长距离传输数据。虽然信息是通过空气传输的， 但由于信道效应、环境条件或碰撞，数据有可能被损坏或丢失。现有的LoRa网络纠错方案，如Hamming代码，不能有效地帮助数据损坏或丢失[7] 。目前的解决方案有两种，即（ i）信道编码和（ ii）干扰消除。信道编码：一种基于卷积和源代码的新应用层数据恢复技术，称为DaRe。此技术使用冗余信息扩展数据。从先前的数据单元中选择这些冗余数据，以便可以从其他接收到的帧中计算出丢失的帧。桑德尔（Sandell）[15]等表明，内存会影响性能和复杂性。尽管DaRe使用复杂的高斯消去法使解码过程变得复杂，但在中提出了一种优化的解码技术。干扰消除： FTrack [16]提出了新颖的解决方案，用于对碰撞信号进行纠缠和解码。使用相长干扰，可以从远离网关的一组地理位置相同的终端设备获得数据的稀疏概览。测试台评估显示，通量比标准LoRa提高了6.84倍。
d.多重访问：LoRa网络旨在连接数千个终端设备在有限的区域和频谱上进行通信。这些终端设备传输的数据可能同时根据应用程序而变化。多路访问是为了允许多个终端设备共享有限的频谱。多路访问问题涉及两个不同的方面，即链接协调和资源分配。链路协调采用了ALOHA和TDMA调度器。资源分配主要通过调节参数扩展因子(SF),带宽,码率(CR)。
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