LoRa2021 长距离实测：FLRC 与 LoRa 模式对比数据

LoRa2021 是 G-NiceRF 基于 Semtech 最新一代 LoRa 芯片 LR2021 开发的无线收发模块。它不仅延续了 LoRa 长距离通信的优势，更实现了从“低速传感”到“高速传输”的跨越。

 

 

LoRa2021 的接收灵敏度典型值达 -143 dBm (SF12/62.5 kHz)。LR2021 在 Sub-GHz 频段新增对 FLRC 的支持，其传输速率最高可达 2.6 Mbps（标准 LoRa 模式下可达 125 kbps）。显著的带宽提升让 LoRa2021 能够支持 图像传输、语音/音频片段推送 以及更大规模的数据包更新。

 

并且该模块覆盖频段广泛，支持常用的 Sub-GHz（标配 433/470/868/915 MHz，可定制 150-960 MHz）和 2.4 GHz ISM 频段，并支持 1.5-2.5 GHz 高频段（含 S 频段卫星通讯），实现了从地面到卫星的覆盖。有效解决了无公网覆盖区域的通信问题，也无需针对不同国家开发不同版本的硬件。同一款产品可通过软件配置适应全球不同市场，大大降低了 库存压力 和 研发成本。

 

同时，在保持休眠电流 ≤2 µA 的低功耗基础上，LoRa2021 集成了 LR-FHSS 跳频扩频技术 以应对强干扰环境，支持 RTToF 测距，并全面兼容 LoRaWAN、BLE 5.0 及 Wi-SUN 等主流物联网协议。

 

 

为了验证芯片的实际性能，特别是“FLRC 高速模式”以及“传统 LoRa 模式”在实际场景下的传输距离，我们在深圳欢乐港湾进行了实地测试。

 

测试环境

为了客观评估芯片的通信性能，我们选择了以下两个典型环境进行测试：

1. 海面环境（欢乐港湾摩天轮附近）

我们以欢乐港湾摩天轮附近为起点，跨越前海湾海面进行测试。

 

 

硬件配置清单

• 核心模块：LoRa2021 (Semtech LR2021 芯片)
• 演示板：LoRa2021 DEMO V1.0

 

 

• 天线配合：SW868-ZD210 折叠棒状天线(VSWR ≤ 1.5)

* 如需查阅模块引脚定义或详细性能参数表，请查看文末的附录章节。

 

实测数据

本次测试涵盖了 FLRC 高速模式 和 LoRa 长距离模式，并在 Sub-GHz 和 2.4 GHz 频段下分别记录了不同距离的实际接收包数。

测试环境参数：

• 模块功率：21 dBm ± 1 dB (Sub-GHz) / 12 dBm (2.4 GHz)
• 测试频点：5 MHz (Sub-GHz) / 2486.5 MHz (2.4 GHz)
• 发包数量：每组 100 包
• Payload Length：255 Bytes @ FLRC；10 Bytes @ LoRa

 

LoRa2021 丢包率实测统计表（接收数/发送数）：

 

工作模式	速率	关键参数	876m (接收数)	1.4km (接收数)	1.8km (接收数)
FLRC (Sub-G)	2.6 Mbps	CR=1/2, SHAPE=BT 0.5	100	96	91
	1.3 Mbps		98	91	93
	650 kbps		100	99	95
	260 kbps		100	99	95
FLRC (2.4 GHz)	2.6 Mbps	CR=3/4, SHAPE=BT 0.5	93	78	52
	1.3 Mbps		100	75	72
	650 kbps		100	81	79
	260 kbps		100	89	80
LoRa (Sub-G)	125 kbps	SF=5, BW=1000	100	97	99
	62.5 kbps	SF=5, BW=500	100	100	100
	1.7 kbps	SF=9, BW=125	100	100	100
	0.98 kbps	SF=10, BW=125	100	100	100
LoRa (2.4 GHz)	101.5 kbps	SF=5, BW=812	100	94	96

 

 

性能表现

在本次 876 m / 1.4 km / 1.8 km 三个距离点、每点 100 包的实测中，Sub-GHz 频段整体链路裕量明显更大。FLRC 在 1.8 km 仍可实现 Mbps 级速率且 PDR≥91%（Payload 255B）；LoRa 也在本次参数下表现非常稳定，多个档位在 1.8 km 达到 PDR=100%（Payload 10B）。

 

相比之下，2.4 GHz 频段在长距离高速档位下更容易出现丢包，FLRC 2.6 Mbps 在 1.8 km 降至 PDR=52%(相关原因将在后文展开说明)，但降速后 PDR 明显改善。不过，2.4 GHz LoRa 在 1.8 km 仍达到 PDR=96%，适合对全球通用频段有要求的中远距应用。

 

注：FLRC 与 LoRa 的 Payload 长度不同（255B vs 10B），因此“接收率”可用于各自模式内横向对比，但不建议直接把两种模式的 PDR 当作同等条件下的绝对优劣对比。

 

FLRC（Sub-GHz）在 1.8 km 仍可保持高速传输能力（255B Payload）

关键结果（PDR）：

• 6 Mbps：876 m/1.4 km/1.8 km = 100% / 96% / 91%（PER=9% @1.8 km）
• 3 Mbps：98% / 91% / 93%
• 650 kbps：100% / 99% / 95%
• 260 kbps：100% / 99% / 95%

 

在 1.4 km 内，2.6 Mbps 仍保持 PDR=96%，说明链路在“高速大包”条件下仍具备可用性。即使拉长到 1.8 km，最高速率 2.6 Mbps 仍有 PDR=91%；而 260–650 kbps 档位则可稳定到 PDR=95%，更适合对稳定性更敏感的持续传输场景。至于个别距离点出现“更远反而更高”的情况（如 1.3 Mbps 在 1.8 km 高于 1.4 km），这主要由现场环境（干扰/多径/遮挡）引起，属于正常波动。

 

建议选型：

如果需要“尽量快、仍可接受少量重传”，优先考虑 2.6 或 1.3 Mbps。如果需要“明显更稳但仍比 LoRa 快很多”，则优先选择 650 或 260 kbps 档位（PDR≈95% @1.8 km）。

 

FLRC（2.4 GHz）长距离高速衰减明显但降速可显著改善（255B Payload）

关键结果（PDR）：

• 6 Mbps：93% / 78% / 52%
• 3 Mbps：100% / 75% / 72%
• 650 kbps：100% / 81% / 79%
• 260 kbps：100% / 89% / 80%

 

在 1.8 km 处，2.6 Mbps 下降到 PDR=52%，说明此档位已接近 链路边界。2.4 GHz 相比 Sub-GHz 更容易出现信号损失，主要来自“链路预算”的叠加损失：发射功率少了 9 dB（12 dBm vs 21 dBm），再加上自由空间路径损耗中仅频率项就多约 9.2 dB（20log(2486/860.5)≈9.2 dB）。两者合计产生了约 18 dB 量级的预算差，再叠加 2.4 GHz ISM 频段的环境干扰，更容易在远距离高速下出现丢包。

 

建议选型：

若目标距离接近公里级且追求可用性，建议将 2.4 GHz FLRC 降速到 650/260 kbps（此时 1.8 km PDR≈79–80%）。若必须保持更高可靠性，则需要考虑提高天线条件/链路余量（如 外置 PA、天线增益、架高、优化方向性）或直接切换到 LoRa 档位。

 

LoRa（Sub-GHz）可靠性高且长距离链路裕量充足（10B Payload）

关键结果（PDR）：

• 125 kbps（SF5/BW1000）：100% / 97% / 99%
• 5 kbps（SF5/BW500）：100% / 100% / 100%
• 7 kbps（SF9/BW125）：100% / 100% / 100%
• 98 kbps（SF10/BW125）：100% / 100% / 100%

 

即便在 LoRa 的高速档（125 kbps），1.8 km 仍达到 PDR=99%，说明链路抗干扰与覆盖能力非常强。而在更低速率档位下（≤62.5 kbps），三段距离均实现了 100/100 全收，表现出明显的长距离稳定性优势，非常适合“低速但要稳”的遥测、抄表或告警类应用。

 

LoRa（2.4 GHz）在全球通用频段也能覆盖到公里级（10B Payload）

关键结果（PDR）：

• 5 kbps（SF5/BW812）：876 m/1.4 km/1.8 km = 100% / 94% / 96%（PER=4% @1.8 km）

在 2.4 GHz 的限制条件下仍能在 1.8 km 保持 PDR=96%，说明 2.4 GHz LoRa 完全可作为“频段统一/全球通用”需求下的 中远距通信方案。

 

实战应用策略

1. 速率配置“因地制宜”

• 图传/音频/OTA (距离 < 1.8 km)：首选 FLRC 2.6 Mbps。实测在8 km 内仍有 90% 以上接收率，在 1.4 km 内更是完全可用，是传统 LoRa 模块无法实现的场景。
• 复杂工业/高频采集 (距离 1~2 km)：推荐 FLRC 650 kbps或 LoRa 125 kbps。两者都在8 km 处保持了优秀的连通率（>95%），且速率足以应对密集的传感器数据。
• 极端环境/超长距离 (距离 > 2 km)：推荐选择 LoRa 62.5 kbps 或更低。实测全路段 100% 接收率，表现出极佳的可靠性。

 

2. 天线安装细节

SW868-ZD210 为垂直极化天线。在实际部署中，请务必保持天线 垂直竖立，并远离金属遮挡物。切记不要为了美观将天线横放或贴在金属外壳上，这会导致极化失配，让信号大打折扣。

 

3. 软件层需具备“容错”能力

无线环境充满变数，信号的波动不可避免。建议在软件应用层加入 ACK 重传机制，特别是使用高速模式在距离临界点工作时，重传机制能有效修补偶发的丢包，保证用户体验。

 

4. 硬件统一化

LoRa2021 在 Sub-GHz 频段可支持 LoRaWAN 和 Sigfox, 也在 2.4 GHz 频段兼容 Bluetooth® LE 5.0、IEEE 802.15.4（Zigbee/Thread）以及 Z-Wave。只用同一套硬件方案就能顺畅地适配不同地区与不同生态的市场需求。

 

未来还有望实现手机蓝牙直连配置，这会让现场部署和维护简单很多，工程人员不必再依赖额外的专用工具或复杂的入网流程。对强调 BOM 效率、希望“一套硬件走全球”的产品来说，这种跨生态兼容能力确实很加分。

 

5. 优化组网与功耗的技术

除了频段和协议这些“硬指标”，LoRa2021 还有一些更底层、但对体验影响很直接的特性，比如：

• 集成 SIMO 高效电源架构：芯片内置了 SIMO（Single-Inductor Multiple-Output）DC-DC 转换器。相较传统 LDO 供电方式，它能更有效地降低系统工作电流，例如 Sub-GHz 接收电流可做到 < 6 mA，在实际应用中通常意味着更长的电池寿命、也给整机功耗预算留出更大余量。
• LR-FHSS 的海量连接能力：除了抗干扰，LR-FHSS 技术还极大地提升了网络容量。它允许大量节点在同一信道并发传输而不发生严重的信号冲突，非常适合 百万级节点（如水电气表）的密集部署场景。
• 增强型 CAD (信道活动检测)：相比传统芯片，它能以更低功耗快速侦听信道。对于电池供电的“接收端”设备来说非常重要，能大幅延长待机寿命。
• 多扩频因子同时接收：模块能自动解调不同扩频因子 (SF) 的信号。这意味着在点对点组网时，接收端无需预先“协商”速率，极大简化了自组网的协议设计难度。
• 更高的频率偏移容限：该芯片能适应恶劣的射频环境。即使在户外温差导致晶振频率漂移，或者存在复杂干扰时，它依然能稳定锁定信号，同时支持采用低成本晶振以降低 BOM 成本。

 

6. 开发落地

针对开发者在落地层经常遇到的资料与代码完整性不足、以及射频开发中天线匹配的麻烦，G-NiceRF 提供了“一站式”解决方案。 为确保方案的完整落地，G-NiceRF 不仅提供核心模块，还提供包括智能天线在内的配套增强产品，以及 ODM/OEM 定制。

 

 

FAQ

Q1：LoRa2021 模块支持 2.4 GHz，能否只使用一根 2.4 GHz 天线以节省成本？

A： 不建议。

• 硬件架构原因：LoRa2021 模块在硬件上分别引出了 Pin 9 (Sub-GHz) 和 Pin 10 (2.4 G/S 频段) 两个独立的射频接口，物理通路是分开的。
• 物理匹配原因：天线尺寸与波长必须匹配。强行用4 GHz 天线发射 Sub-GHz 信号，会导致严重的阻抗失配，大部分能量会损耗在电路板上，通信距离大幅缩减。
• 建议：务必设计双天线（Sub-G + 2.4 G）。如果空间受限必须共用，则需要设计复杂的合路电路并配合特制的宽频天线，这通常比双天线方案成本更高且调试更难。

 

Q2：集成这么多功能，会不会导致功耗增加？

A： 不会。 LoRa2021 的休眠电流仅为 2 µA 左右，与主流低功耗芯片持平。更重要的是，得益于内置的 SIMO DC-DC 转换器 和 FLRC 的高速率特性，在发送相同数据量时，射频开启的时间更短（Time-on-Air 减少）且电源转换效率更高，系统平均功耗反而更低。

 

Q3：提到的 S 频段卫星通信怎么用？

A： S 频段（1.9-2.2 GHz）主要用于连接 EchoStar 等卫星物联网网络。 注意：使用此功能要求设备必须处于室外开阔环境（能看到天空），并且需要向卫星运营商购买相应的网络服务套餐。

 

Q4：自带的测距功能 (RTToF) 精度如何？

A： 它的精度属于 米级。这肯定比不上厘米级的 UWB，但胜在 性价比高。对于不需要精确定位，只需判断“货物在哪个区域”或“离我大概多远”的资产追踪场景，它是一个无需额外硬件成本的实用选择。

 

Q5：单芯片看起来单价贵了，为什么还说有成本优势？

A： 算账不能只看单颗芯片的价格，要看系统 总成本 (BOM)。

• 精简外围与设计：LR2021 芯片本身集成了高效率的 SIMO DC-DC 转换器，省去了外部电源管理芯片；同时，其单芯片支持多频段（Sub-GHz/2.4 GHz）和多协议，可替代传统的多芯片方案，减少 PCB 面积和外围元件。
• 可靠性增值：LoRa2021 内置了 ESD 静电保护电路，在节省外部 TVS 保护管成本的同时，进一步提升了产品在复杂工业环境下的可靠性。
• 隐性价值：单 SKU 设计支持全球部署，你只需要管理一颗核心物料，大大降低了缺货风险和库存管理的复杂性。

 

 

附录：LoRa2021 引脚与性能参数

为了方便快速查阅，以下附上 LoRa2021 模块的引脚定义及核心性能指标。

 

1. LoRa2021 模块引脚

脚位编号	引脚名称	I/O	描述
1	VCC	-	接电源正极 (1.8V - 3.6V)
2, 8, 11, 12, 18	GND	-	接电源负极
3	MISO	O	SPI 数据输出
4	MOSI	I	SPI 数据输入
5	SCK	I	SPI 时钟输入
6	NSS	I	SPI 片选输入
7	BUSY	O	状态指示（高电平表示忙）
9	ANT	-	Sub-GHz 频段天线接口 (50Ω)
10	2.4G/S_ANT	-	2.4GHz 与 S 频段天线接口 (50Ω)
13	VTCXO	O	外部 TCXO 电源输出
14	RST	I	复位触发输入
15, 16, 17	DIO9, DIO8, DIO7	I/O	多用途数字接口（可配置中断/GPIO）

 

2. 核心性能参数

参数	测试条件 / 备注	典型值	单位
模块尺寸	19.72 * 15.0 * 2.2	-	mm
工作电压	推荐 3.3V	1.8 ~ 3.6	V
工作温度	工业级	-40 ~ +85	℃
发射电流	@433MHz (22dBm)	< 120	mA
	@2.4GHz (12dBm)	< 35	mA
接收电流	@433MHz / @2.4GHz	< 6 / < 7	mA
休眠电流	关断模式	< 2	µA
接收灵敏度	Sub-GHz (SF=12, BW=62.5K)	-144	dBm
	2.4GHz (SF=12, BW=203K)	-137	dBm
频率误差	晶振精度	±10	ppm

 

 

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