影响LoRa网络传输距离的关键因素是什么？

黎峰吖

一、LoRa通信距离的理论推导过程
让我们从下面这个无线通信的理论公式来开始吧。（理论计算是在可视距离内，无遮挡，无电磁干扰的情况）


无线通信的理论公式


等式左边是链路中可用于衰减的量，其中Pt是发射端（一般是节点侧）的发射功率，Pr是接收端（一般是网关侧）的接收灵敏度，Gt是发射端的天线增益，Gr是接收端的天线增益。

等式右边是链路中消耗的量，其中lg函数是信号随频率和距离的衰减量，f是工作频率，d是收发天线间的距离，c是光速，Lc发射天线的馈线插损，L0是环境带来的空中传播损耗。

既然我们看的是距离，那就把上面公式推导一下，计算如下：



二、如何提高LoRa传输距离d
从上面可以直观看出可以增大LoRa传输距离的主要因素如下：

1、增大Pt的值即增大发射端（节点）的功率来获取更远距离。

测试时确认一下节点功率是否调试到最大值。

从理论计算，链路上每相差6dB，距离就会相差一倍。

如：在其他条件相同的情况下节点发射10dB和发射16dB时距离会相差一倍。



2、减小Pr的值，即减小接收端（网关侧）的Pr代数值来获取更远距离，也可以认为是提高接收灵敏度。

在LoRaWAN里接收灵敏度是随SF速率变化的。

例如瑞科慧联LoRaWAN网关RAK7249，在125K带宽下的SF7对应的灵敏度是-127,SF12对应的接收灵敏度是-139.SF12的灵敏度值比SF7的要小12dB,也可以说SF12比SF7灵敏度高12dB。




图1   LoRaWAN网关示例


那理论上在其他条件都相同的情况的测试，图1所示的瑞科慧联LoRaWAN网关RAK7249，在SF12速率下的测试距离应该是SF7速率下的4倍。



3、增大Gt值，即增大发射端（节点侧）的天线增益来获取更远距离。

理论上在其他条件相同的情况下，节点侧使用6dBi增益的天线测试的距离是使用0dBi增益的天线的一倍。



4、增大Gr值，即增大接收端（网关侧）的天线增益来获取更远距离。

理论上在其他条件相同的情况下，网关侧使用6dBi增益的天线测试的距离是使用0dBi增益的天线的一倍。



5、减小Lc的值，即减少发射天线馈线的插损来获取更远距离。

所以我们尽量使用较短的，阻抗匹配接近50欧姆的连接馈线。

当然PCB线路板上射频线路的阻抗也不会精准到50欧姆，也会有一定影响，但是这个PCB我们也是无法改变的。就不考虑这方面的影响了。


6、减小L0的值来获取更远传输距离。

L0是环境带来的空中传播损耗。那怎么才能减少环境带来的影响？

尽量使LoRaWAN网关处于较高位置，天线保持竖直比如高楼楼顶，比较高的铁塔顶。位置越高，受到楼房，树木等的遮挡就小。同时移动节点位置，尽量使网关和节点处在一个可视位置。


7、最后就是频率的影响，从上面公式中看出应该是减小频率来获取更远距离。从LoRa常用的频率来看,在其他条件相同的情况下传输距离433M>470M>868M>915M。


结语
以上是从理论公式上推出来所有影响LoRa传输距离的因素，后续布网中可以上因素中分析着手，来提高网络覆盖率。

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