LoRa技术是一种低功耗广域网(LPWAN)技术，广泛应用于物联网领域。LoRa设备主要在非授权的ISM频段上运行，这些频段在全球范围内是免费可用的。LoRa支持的频段包括：
- 欧洲：868 MHz(EU868 MHz)，主要用于物联网应用，中心频率为868.3 MHz。
- 美国：915 MHz(US915 MHz)，中心频率为915.0 MHz。
- 亚洲：433 MHz和923 MHz频段。其中，433 MHz频段在亚洲广泛使用，而923 MHz频段则主要用于亚太地区。
- 澳大利亚：915 MHz(AU915 MHz)，具体带宽可能与美国不同。
- 中国：470 MHz至510 MHz频段，这是LoRa技术专用的频段。
LoRa的信道带宽可配置范围从7.8 kHz到500 kHz，常见的带宽选项包括125 kHz、250 kHz和500 kHz。这些带宽的选择取决于具体的应用场景和法规要求。例如，在欧洲，EU868频段通常使用125 kHz的带宽。
LoRa技术在全球范围内使用不同的频段和带宽，以适应各地的法规和应用场景。
一、 LoRa技术在不同国家/地区的频段分配和使用规定是什么?
LoRa技术在不同国家/地区的频段分配和使用规定如下：
1. 欧洲：
主要使用863-870 MHz频段，部分国家还使用433 MHz频段。
在欧洲，LoRa设备被视为通用低功耗设备，受到ERC 70-03法规的约束，如果未使用“听前说”技术，则必须遵守0.1%至1%的工作循环限制。
2. 美国：
使用902-928 MHz频段，该频段被分为专门的上行链路和下行链路信道。
美国的LoRa频段有8个子频段，每个子频段包含8×125 kHz上行链路信道、1×500 kHz上行链路信道和1×500 kHz下行链路信道。
3. 中国：
使用779-787 MHz和470-510 MHz频段。
在中国，LoRa技术在410-441 MHz频段内定义了约32个信道。
4. 澳大利亚：
使用915-928 MHz频段。
5. 日本：
使用920-923 MHz频段，信道带宽选项为125 kHz、250 kHz或500 kHz。
6. 亚洲其他国家：
在泰国，LoRa可用的频段为433 MHz和915 MHz。
在印度，LoRa的运营频率为865 MHz。
在西部亚洲，使用433 MHz频段。
7. 其他国家和地区：
- 瑙鲁：433.05 – 434.79 MHz，包括EU433和EU863-870子频段。
- 尼泊尔：863 – 870 MHz，仅使用EU863-870子频段。
- 新喀里多尼亚：433.05 – 434.79 MHz，包括EU433和EU863-870子频段;另有915 – 928 MHz的AS923-1和AU915-928子频段。
- 新西兰：819 – 824 MHz，864 – 868 MHz，使用IN865-867子频段。
- 尼加拉瓜：433.05 – 434.79 MHz，包括EU433和AU915-928子频段;另有915 – 928 MHz的IN865-867子频段。
- 尼日尔：865.6 – 867.6 MHz，867.6 – 868 MHz，使用IN865-867子频段。
- 尼日利亚：433.05 – 434.79 MHz，包括EU433和EU863-870子频段。
- 尼乌埃：864 – 868 MHz，915 – 928 MHz，使用IN865-867、AS923-1和AU915-928子频段。
- 北马里亚纳群岛：902 – 928 MHz，使用US902-928子频段。
- 挪威：433.05 – 434.79 MHz，包括EU433和EU863-870子频段。
- 阿曼：863 – 870 MHz，仅使用EU863-870子频段。
二、 LoRa技术的信道带宽配置对物联网应用性能的具体影响如何?
LoRa技术的信道带宽配置对物联网应用性能有显著影响，主要体现在数据速率、传输范围、抗干扰能力和能耗效率等方面。
带宽是LoRa技术中一个关键的配置参数，直接影响数据速率和传输范围。较宽的带宽(如500 kHz)可以提供更高的数据速率，但会牺牲传输范围。相反，较窄的带宽(如125 kHz)虽然数据速率较低，但能够扩展传输范围。这种权衡关系使得在不同的应用场景中需要根据具体需求选择合适的带宽配置。
带宽的选择也影响LoRa系统的抗干扰能力。较宽的带宽能够更好地抵抗窄带干扰，因为信号在更广泛的频率范围内传播，减少了干扰的影响。然而，较窄的带宽同样具有其优势，例如在某些特定场景下，较窄的带宽可以提高对窄带干扰的抗性。
在能耗方面，带宽配置同样起着重要作用。较宽的带宽通常会导致更高的能耗，因为需要更多的功率来支持高速数据传输。而较窄的带宽则相对节能，但传输速率较低。因此，在设计物联网设备时，需要综合考虑带宽、数据速率和能耗之间的平衡。
带宽配置还影响LoRa网络的覆盖范围和整体性能。较大的带宽有助于提高信号的覆盖范围，尤其是在城市环境中，通过调整带宽、代码率和扩展因子可以优化网络性能和抗干扰能力。此外，LoRa采用星型拓扑结构，通过少量网关直接通信，减少网络复杂度，同时利用较大的带宽避免信道噪声和多普勒效应。
不同的应用场景对带宽的需求不同。例如，在工业物联网(IIoT)应用中，由于环境复杂且干扰较多，通常需要较大的带宽以提高系统的可靠性和抗干扰能力。而在智能城市等应用中，为了平衡数据速率和覆盖范围，可以选择适当的带宽配置。
LoRa技术的信道带宽配置对物联网应用性能有着深远的影响。
三、 如何根据应用场景选择LoRa技术的频段和带宽?
选择LoRa技术的频段和带宽需要根据具体的应用场景来决定。以下是基于不同应用场景的详细建议：
1. 频段选择
LoRa技术可以在多个频段上运行，包括Sub-1 GHz频段(如433 MHz、868 MHz和915 MHz)和2.4 GHz频段。不同频段具有不同的特性，适用于不同的应用需求：
Sub-1 GHz频段：
优点：穿透能力强，适合室内和复杂环境下的应用，如智能农业、环境监测和紧急服务等。
缺点：数据速率较低，通常在几kbps到40 kbps之间。
2.4 GHz频段：
优点：数据速率较高，可达250 kbps，适合需要较高数据速率的应用，如仓库管理和施工现场监控。
缺点：穿透能力较弱，受建筑物和其他障碍物影响较大。
TVWS频段：
优点：频率范围广，路径损耗低，适合长距离和广泛覆盖的应用，如远程监控和资产管理。
缺点：频段是授权的，可能需要额外的许可和管理。
2. 带宽选择
带宽的选择直接影响数据速率和接收灵敏度。LoRa支持的带宽范围从7.8 kHz到500 kHz，具体选择应根据应用场景的需求进行调整：
低带宽（7.8 kHz至125 kHz）：
优点：接收灵敏度高，适合长距离传输和低功耗应用。
缺点：数据速率较低，不适合需要高数据速率的应用。
中等带宽（125 kHz至250 kHz）：
优点：平衡了数据速率和接收灵敏度，适用于大多数物联网应用。
缺点：在某些情况下，仍然可能受到干扰。
高带宽（250 kHz至500 kHz）：
优点：数据速率高，适合需要快速数据传输的应用。
缺点：接收灵敏度较低，容易受到干扰。
3. 扩展因子(SF)和错误纠正率(CR)
扩展因子和错误纠正率也是影响LoRa性能的重要参数：
扩展因子（SF）：
高SF值（SF7至SF12） ：增加接收灵敏度，但降低数据速率。
低SF值（SF6至SF7） ：提高数据速率，但降低接收灵敏度。
错误纠正率（CR）：
高CR值（4/5至4/8） ：增强错误纠正能力，但增加传输开销。
低CR值（4/5至4/7） ：减少传输开销，但降低错误纠正能力。
应用场景示例
- 智能农业和环境监测：使用Sub-1 GHz频段和低带宽(如125 kHz)，选择高扩展因子(如SF7)和高错误纠正率(如4/5)，以确保长距离传输和高接收灵敏度。
- 仓库管理和施工现场监控：使用2.4 GHz频段和中等带宽(如250 kHz)，选择中等扩展因子(如SF9)和中等错误纠正率(如4/6)，以平衡数据速率和接收灵敏度。
- 远程监控和资产管理：使用TVWS频段和高带宽(如500 kHz)，选择低扩展因子(如SF6)和低错误纠正率(如4/7)，以实现高数据速率和快速数据传输。
四、 LoRa技术在全球范围内的法规限制和兼容性问题有哪些?
LoRa技术在全球范围内的法规限制和兼容性问题主要体现在以下几个方面：
在欧洲，LoRa技术在433.05-434.79 MHz或863-870 MHz频段上运行，根据不同的子频段，ETSI规定了不同的最大占空比(duty cycle)，分别为0.1%、1%和10%。为了避免网络拥塞，LoRa Alliance将最大占空比规定为1%，这限制了基于LoRa的网络的可扩展性。这种占空比限制也影响了LoRa网状网络的覆盖扩展比例。
尽管LoRa技术在全球范围内得到了广泛应用，但在某些国家或地区和地区，由于当地法规复杂、难以识别合适的非授权频段以及与监管机构联系困难，LoRaWAN解决方案的实施仍面临挑战。例如，在亚洲和中东地区，LoRa Alliance正在努力扩展支持更多的国家或地区，并利用新开放的频谱。
LoRa技术在ISM频段中使用时，必须遵守多项法规，包括随机改变传输频道、遵守最大占空比和最大发射功率等。这些法规限制了设备在特定频道上的传输时间，从而影响了通信的可靠性和效率。
在拥挤的无线电频率环境中，LoRa技术可能会受到干扰，尤其是在城市和森林区域，这可能影响通信的可靠性。此外，不同国家和地区对ISM频段的使用规定不同，导致LoRa设备在不同地理区域可能需要进行多次设计迭代以满足不同的法规要求。
在北美，由于法律法规和实际使用限制，LoRa的最大数据速率仅为27 kbps，远低于其理论最大值。此外，IoT网络对LoRa的使用也受到网络运营商规则和指导方针的约束，例如TTN建议每天限制下行消息数量为10条，最大有效负载为12字节，这导致实际数据速率非常低。
尽管LoRaWAN标准确保了一定程度的互操作性，但不同解决方案间的实施标准差异可能导致兼容性问题。例如，商业专有LoRa网状网络大多不兼容，每个设备供应商提供的硬件(如路由器、传感器和网关)之间无法互操作，导致在能耗、范围、吞吐量和延迟方面表现各异。
LoRa技术在全球范围内的法规限制和兼容性问题主要集中在最大占空比限制、频段和法规差异、发射功率和传输时间限制、干扰和频率选择性、数据速率和通信限制以及兼容性和互操作性问题等方面。
五、 LoRa技术的最新发展和未来趋势是什么?
LoRa技术在物联网(IoT)领域已经取得了显著的发展，并且未来趋势主要集中在以下几个方面：
- 与5G网络的融合：LoRa技术正朝着与5G网络的结合方向发展。5G网络因其大规模机器类通信(mMTC)、增强型移动宽带(eMBB)和超可靠低时延通信(URLLC)等特性而日益普及。结合LoRa与5G基带网进行研究，将有助于消除干扰或碰撞造成的不确定性，实现精确控制。例如，可以设计类似5G中的时间敏感网络(TSN)的算法，合理安排基于优先级的上行流量调度，确保下行控制信号和管理网络可扩展性。
- 边缘计算的整合：LoRa技术在边缘计算中的应用也备受关注。由于物联网应用对快速响应生成的数据需求日益增长，LoRa可以与边缘计算结合，用于车辆数据分析、智能家居、视频流分析和虚拟现实等领域。通过将数据计算或存储迁移到网络“边缘”，LoRa能够缓解中央计算单元的资源拥堵，并提高实时响应能力。
- 提高通信效率和抗干扰能力：LoRa技术在未来的研究中需要进一步提高通信效率和抗干扰能力。特别是在密集网络环境中，确保数据传输的确定性和可靠性是关键。此外，LoRa技术还需要设计与其他技术/系统的交互机制，以实现更高效的协同工作。
- 扩展应用场景：LoRa技术的应用场景正在逐步扩展，包括制造、交通、消费等新兴热门领域。随着产业链上下游资源的加速整合，LoRa技术的传输安全性提升和功耗降低也将成为未来发展的重要方向。
- 认知无线电和频谱管理：LoRa技术还可以与认知无线电结合，通过频谱感知技术和适当的扩展因子分配来提高网络容量和性能。此外，机器学习框架在IoT频率带中感知和建模干扰的应用，也是未来研究的重要方向。
- 全球部署和标准化：LoRa技术在全球范围内得到了广泛认可和部署。截至2021年底，LoRa或LoRaWAN网络已覆盖171个国家和地区，部署了超过270万个基于LoRa的网关和超过2.25亿个终端节点。未来，LoRa技术将继续朝着产业化和标准化方向发展。
LoRa技术的最新发展和未来趋势主要集中在与5G网络的融合、边缘计算的整合、提高通信效率和抗干扰能力、扩展应用场景、认知无线电和频谱管理以及全球部署和标准化等方面。
