LoRa无线通信技术定义与系统解析
一、定义
LoRa（Long Range）是由Semtech公司开发的低功耗广域网络（LPWAN）技术，其技术本质为：
物理层特性
调制方式：CSS（Chirp Spread Spectrum）扩频
工作频段：Sub-1GHz ISM频段（EU 868MHz/CN 470MHz等）
信号带宽：125/250/500kHz可调
网络架构
拓扑结构：星型网络（终端-网关-服务器）
协议标准：LoRaWAN（MAC层协议）
传输距离：城市3-5km，郊区15km（LOS）
二、关键技术参数
| 参数 | 规格 | 技术优势 |
|---|---|---|
| 接收灵敏度 | -148dBm@125kHz | 超远覆盖 |
| 发射功率 | 20dBm（EU）/30dBm（CN） | 法规适配 |
| 扩频因子 | SF7-SF12（6.5dB增量） | 速率-距离权衡 |
| 数据速率 | 0.3-50kbps | 自适应调节 |
三、协议栈架构
四、终端设备类型
Class A
双向通信（下行仅在上行后开启）
功耗（电池寿命10年+）
典型应用：传感器类设备
Class B
定期接收窗口（Beacon同步）
平衡功耗与实时性
典型应用：智能表计
Class C
持续接收模式（除发送时）
高功耗高响应
典型应用：智能开关
五、网络部署模式
私有组网
自建网关+私有服务器
典型方案：Semtech LoRa?+LoRaWAN?
公共网络
运营商统一部署（如The Things Network）
按连接数/数据量计费
混合网络
本地网关+云端NS
支持漫游切换
六、典型性能指标
| 场景 | 传输距离 | 每日数据量 | 电池寿命 |
|---|---|---|---|
| 智能水表 | 2km（城区） | 100Bytes | 10年 |
| 环境监测 | 10km（乡村） | 50Bytes | 5年 |
| 资产追踪 | 5km（郊区） | 300Bytes | 3年 |
七、技术对比
| 特性 | LoRa | NB-IoT | Sigfox |
|---|---|---|---|
| 频谱 | 非授权 | 授权 | 非授权 |
| 峰值速率 | 50kbps | 250kbps | 100bps |
| 网络成本 | 低（自建） | 高（运营商） | 中（服务费） |
| 移动性 | 有限支持 | 支持 | 不支持 |
八、演进路线
LoRa 2.0
速率提升（FLRC调制）
定位＜50m（TDoA增强）
抗干扰能力提升
卫星直连
支持卫星通信（Semtech LR-FHSS）
全球覆盖方案
该技术符合ETSI EN 300 220法规要求，LoRaWAN 1.0.4版本支持ADR（自适应数据速率）和FRMPayload加密。在智慧农业领域市场占有率超40%，典型组网成本较蜂窝网络降低60%，成为企业级物联网的主流选择。