LoRa2021 通信距离实测

LoRa2021 是 G-NiceRF 基于 Semtech 最新第 4 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。

 

 

相比第 3 代芯片，LR2021 在 Sub-GHz 频段的接收灵敏度显著提升了 4.5 dBm（典型值达 -141.5 dBm）。并填补了以往 LoRa 芯片在 Sub-GHz 频段不支持 FLRC 模式的空白。在 FLRC 模式下，其传输速率最高可达 2.6 Mbps（标准 LoRa 模式下可达 125 kbps）。这一巨大的带宽让 LoRa2021 能够处理高品质音频流、实时视频信号等大流量数据的传输。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 S 频段（1900-2200 MHz）卫星通讯，实现了从地面到卫星的全域连接。这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”在实际场景下的传输距离，我们在深圳欢乐港湾和海乐社区公园分别进行了实地测试。

 

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。

 

 

2. 城市道路环境（海乐社区公园/新安一路）

该测试路径沿着城市主干道延伸，适合模拟城市路灯、交通监测等实际部署场景。

 

 

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

我们设置了四档测试速率（260 kbps、650 kbps、1300 kbps、2600 kbps），并在 866.5 MHz 频点下记录了不同环境下的具体丢包率数据。

测试环境参数：

• 模块功率：21 dBm ± 1 dB
• 测试频点：5 MHz
• 发包数量：每组 200 包

 

LoRa2021 丢包率实测统计表（接收数/发送数）：

测试场景	距离	260 kbps	650 kbps	1300 kbps	2600 kbps
欢乐港湾（海面环境）	440m	0% (200/200)	1.5% (197/200)	100% (0/200)	100% (0/200)
	830m	0.5% (199/200)	9.5% (181/200)	100% (0/200)	100% (0/200)
	1.4km	10.5% (179/200)	27.5% (145/200)	100% (0/200)	100% (0/200)
	1.8km	22% (156/200)	74% (52/200)	100% (0/200)	100% (0/200)

 

测试场景	距离	260 kbps	650 kbps	1300 kbps	2600 kbps
海乐社区公园（道路环境）	400m	1.5% (197/200)	34.5% (131/200)	-	-
	650m	3.5% (193/200)	-	-	-
	900m	8.5% (183/200)	-	-	-
	1.3km	14% (172/200)	-	-	-

 

 

1. 高速模式 (1300 kbps / 2600 kbps) 实测表现

在 440 米的海面测试点，1300 kbps 和 2600 kbps 速率下的丢包率均为 100%（全部丢失）。 这是正常表现：在 Sub-GHz 频段下，1.3 MHz 以上的带宽会导致接收灵敏度大幅下降，使其无法应对 400 米以上的传输距离。

 

建议：如果应用场景需要 1.3 Mbps 以上速率（如图片传输或 OTA），建议切换至模块支持的 2.4 GHz 频段进行近场通信，而非强行在 868 MHz 下使用高速模式。

 

2. 中速模式 (650 kbps) 实测表现

• 海面 830 米处：发送 200 包，接收 181 包，丢包率约 9.5%。连接基本稳定。
• 道路 400 米处：发送 200 包，接收 131 包，丢包率达到 34.5%。
• 海面 8 公里处：发送 200 包，接收 52 包，丢包率达到 74%，通信已不可用。

结论：经实测，海面 830 米丢包率为 9.5%，道路 400 米丢包率为 34.5%。若需使用 650 kbps，建议限制在 800 米内的开阔环境，并配合应用层的 ACK 重传机制来修补丢包，以保证数据完整性。

 

3. 长距离 (260 kbps) 实测表现

这是本次测试中表现最稳健的档位，在所有测试点均保持了有效连接：

• 海面测试：从 440 米到 1.8 公里，丢包率从 0% 缓慢上升至 22%，即使在 1.8 公里处仍能保持有效通信。
• 道路测试：在海乐社区公园的测试中，260 kbps 同样表现出色。
  • 400m：丢包率 1.5%
  • 650m：丢包率 3.5%
  • 900m：丢包率 8.5%
  • 3km：丢包率 14%

 

结论：260 kbps 比传统 LoRa 的速率（3~10 kbps）提升了数十倍。实测表明，即使在 1.3~1.8 公里的测试距离下存在丢包，但得益于巨大的带宽优势，配合重传机制依然足以支持语音片段或复杂指令的可靠传输。

 

 

实战应用策略

1. 速率配置要“因地制宜”

• 室内/近场 (< 100米)：如需使用 6 Mbps 极速，建议在硬件设计时启用 2.4 GHz 频段。
• 园区/户外 (1~2 公里)：建议锁定 260 kbps。实测数据显示，无论是在海面环境（8 km），还是城市道路环境（1.3 km），它都能保持 80% 左右甚至更高的成功率，配合重传机制可实现高度可靠的传输。

 

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，用少量的软件开销来换取通信的可靠性。

 

4. 硬件统一化

LoRa2021 在 Sub-GHz 频段支持 LoRaWAN 和 Sigfox，也在 2.4 GHz 频段的物理层兼容 Bluetooth® LE 5.0、IEEE 802.15.4 (Zigbee/Thread) 以及 Z-Wave。这相当于用同一套硬件设计便能适配全球市场，未来还有望实现手机蓝牙直连配置，显著降低现场维护的难度。对于追求 BOM 效率的产品来说，这种“全生态兼容”的能力是一个巨大的加分项。

 

5. 优化组网与功耗的技术

除了硬指标，LoRa2021 还有几个底层特性：

• 集成 SIMO 高效电源架构：芯片内置了高效率的 SIMO (Single-Inductor Multiple-Output) DC-DC 转换器。相比传统的 LDO 供电，它能显著降低工作电流（Sub-GHz 接收电流低至 5.7 mA），大幅延长电池寿命。
• 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、多级 MESH 组网协议、OTA 空中升级等全栈增值服务。

 

 

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 (2.4G/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 + 2.4G）。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：LoRa2021 集成了 DC-DC 稳压器，省去了外部电源管理芯片；同时单芯片替代了“Sub-G 芯片 + 2.4G 芯片”的双芯片方案，PCB 面积更小。
• 可靠性增值：模组内置了 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：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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