物联网无线技术-LORA

影响无线通信距离因素

自身因素：

○ 接收灵敏度

○ 发射功率

○ 发射天线增益

○ 接收天线增益

环境因素：

○ 障碍物

○ 发射与接收天线高度

○ 电磁干扰

○ 天气影响

○ 移动情况

物联网无线技术

A：接收灵敏度

接收机能够识别到的、低的电磁波能量。单位也是dBm。

灵敏度越高，传输距离也越远。

每增加3dB，接收灵敏度提高一倍。

之所以接收灵敏度不用“瓦”这个功率概念，是因为实在太小了，例如蓝牙的-90dBm约合0.000000001毫瓦，GPS的-150dBm，只有10的负15次方毫瓦。

• UWB（-96dBm）

• BLE（-90dBm）
  

• WiFi/11g（-85dBm）
  

• LTE（-110dBm）

• NB-IoT（-130dBm）

• LoRa（-142dBm）

• GPS（-150dBm）

LORA的理想环境距离50KM，接收灵敏度高是LORA的优势。

B：天线

在无线系统中，天线被用来把电流波转换成电磁波，在转换过程当中还能够对发射和接收的信号进行“放大”，这种能量放大的度量成为 “增益（Gain）”。天线增益的度量单位为“ dBi ”。 

因为无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加做用产生，所以度量发射能量同一度量－增益（ dB ），例如，发射设备的功率为 100mW ，或 20dBm ；天线的增益为 10dBi ，则： 
             发射总能量＝发射功率（ dBm ）＋天线增益（ dBi ） 
                         ＝ 20dBm ＋ 10dBi 
                         ＝ 30dBm 
或者：              ＝ 1000mW
                         ＝ 1W 

在“小功率”系统中（例如无线局域网络设备）每一个 dB 都很是重要，特别要记住“ 3 dB 法则”。 
            每增长或下降 3 dB ，意味着增长一倍或下降一半的功率：
                       -3 dB = 1/2 功率
                       -6 dB = 1/4 功率
                       +3 dB = 2x 功率
                       +6 dB = 4x 功率

天线并没有增加信号的能量，只是更改了信号的覆盖。天线的方向图可以展示信号的能量分布

C：发射功率

dBm = 10 x log[ 功率 mW] 

EIRP（Effective Isotropic Radiated Power）

有效全向辐射功率EIRP（Effective Isotropic Radiated Power）其计算公式为

EIRP = P – Loss + G。

 P：射频的发射功率，是天线的输入功率，每路射频的发射功率之和，即组合功率，单位dBm。例如一台3*3 MIMO的AP，有3路射频，假设单路射频的发射功率是20dBm(100mW)，放大3倍约为5dB，则组合功率是20 + 5 = 25dBm(300mW)。

Loss：连接天线的转接头和馈线等线路损耗，单位dB。

G：天线增益，单位dBi或dBd。具体概念可参见天线增益。

例如组合功率是25dBm，线路损耗是1dB，天线增益是3dBi，

则EIRP = 25 – 1 + 3 = 27dBm。

中国对于EIRP的限制

2.4GHz频段（天线增益＜10dBi时：≤100mW或≤20dBm，一般是家用路由器和室内AP；天线增益≥10dBi时：≤500mW或≤27dBm，一般是室外AP）

5.2Ghz频段（36~64信道）≤200mW或23dBm

5.8Ghz频段（149~165信道）：≤2000+mW或33dBm

LoRa支持+20dBm -100mW电压变化时恒定的射频功率输出。

LORA通讯

LoRa作为一种低功率、长距离、经济实惠、简单高效的无线数字通信技术被人所熟知，被广泛用于全球智能抄表应用和军事空间通信领域。是LPWAN通信技术中极具代表性技术，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。

LoRa技术本身拥有超高的接收灵敏度和超强的信噪比。LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术。

1、远距离：

由于LoRa采用了扩频技术，且敏度更接近香农极限定理，降低了信噪比要求，传播距离更长，即使是50Km也没有问题。

通常来说20dBm（100mW）的在低空速下距离可达4～6KM，功率再大些的30dBm(1W)空旷下可达8～10KM；

2、抗干扰能力：

在所有的物联网通信技术中，LoRa技术可在噪声下20dB解调，而其它的物联网通信技术必须高于噪声一定强度才能实现解调。

3、低功耗：

LoRaWan在睡眠状态电流甚至低于1μA，发射17dBm信号时电流仅为45mA，接受信号时电流仅为5mA。

4：LORA数据通讯

● 在LoRa模式中大数据包长度是255个字节。

● 传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长

● 支持128个信道，接收和发送可选择不同信道

● LORA（私有、节点数有限，节点带宽大）和LORAWAN（相对标准、节点是大，节点带宽小）两种通讯架构，适用不同的应用场景

● LORA中继是软件通讯技术解决更长距离LORA信号覆盖

● 硬性设备形态：LORA节点、LORA网关或LORAWAN网关、LORA中继）

UWB+LORA（基站方式）

UWB+LORA（信标方式）

○ UWB采用5频道，6.2-6.7GHz

○ LORA频段：410-570Mhz

○ UWB信标：38AH电池，3-5年

○ UWB+LORA胸卡：一个月以上