LoRa链路预算怎么计算和验证

NiceRF LoRa2021 在 Sub-GHz 频段的发射功率典型值为 21 dBm；在 SF10、BW 125 kHz 条件下，接收灵敏度典型值为 -136 dBm，由此计算得出约 157 dB 的模块射频链路预算。加入两端 SW868-ZD210 天线增益、ANT 端口之外的损耗和设计余量后，可算出最大允许路径损耗；再用 860.5 MHz、1.8 km 的自由空间损耗检查预算余量。我们在 876 m、1.4 km 和 1.8 km 三个距离点测试了 LoRa2021 的通讯情况，并记录了各距离点的收包数量。建议在实际部署前，使用两块 LoRa2021 DEMO 板在目标应用场景中进行实地测试，确认目标距离下的丢包率。

LoRa2021 多频段无线通信模块

LoRa2021 链路预算中的三个关键量

模块射频预算等于发射功率减去接收灵敏度：

B_radio = P_TX - S_RX

P_TX 是模块实际配置下的发射功率，单位为 dBm；S_RX 是相同调制条件下的接收灵敏度，单位也是 dBm。以 LoRa2021 的这组参数为例，21 dBm - (-136 dBm) ≈ 157 dB。

将两端天线增益和 ANT 端口之外的损耗加入预算后，可得到：

最大允许路径损耗
L_path,max = P_TX + G_TX + G_RX - L_TX - L_RX - L_add - S_RX - M_req

预测接收功率
P_RX = P_TX + G_TX + G_RX - L_TX - L_RX - L_add - L_path

链路余量
M_link = P_RX - S_RX

G_TX 和 G_RX 是两端天线增益；L_TX 和 L_RX 是两端射频连接损耗；L_add 记录极化失配等另行估算的链路损耗；L_path 是目标路径的传播损耗；M_req 是项目要求保留的设计余量。

使用自由空间模型或经验模型时，M_link 是计算余量。拿到目标环境的路径损耗和其他实测损耗后，再代入公式即可得到现场余量。M_link ≥ 0 dB 表示预测接收功率达到规格门限；如果项目要求保留 M_req，则应满足 M_link ≥ M_req。也可以直接检查 L_path ≤ L_path,max，或 P_RX ≥ S_RX + M_req。

计算前先确定 LoRa2021 的工作参数

本文从 LoRa2021 的 ANT 端口开始计算。模块规格中的发射功率和接收灵敏度已经包含模块内部匹配网络和射频通道的影响，因此不再重复计算内部损耗。L_TX 和 L_RX 只计入 ANT 端口之外的馈线、连接器和外部匹配损耗；天线失配、外壳和安装影响在未包含于天线增益数据时计入 L_add。

LoRa2021 的 Sub-GHz 发射功率典型值为 21 dBm、最大值为 22 dBm；Sub-GHz、SF10、BW 125 kHz 条件下的接收灵敏度典型值为 -136 dBm。本例采用这组 SF10、BW 125 kHz 参数。

LoRa2021 在 1.8 km 路径上的预算示例

下面使用 LoRa2021 的发射功率和接收灵敏度、SW868-ZD210 天线增益，以及 860.5 MHz、1.8 km 的测试条件进行计算。现场收包数据用于查看不同距离下的通讯情况。

按表中参数，先计算模块射频预算、两端天线增益和自由空间损耗：

B_radio = 21 - (-136) ≈ 157 dB

模块射频预算 + 两端天线增益 = 157 + 3 + 3 ≈ 163 dB

L_FSPL = 32.4 + 20log10(f_MHz) + 20log10(d_km)

L_FSPL = 32.4 + 20log10(860.5) + 20log10(1.8)
≈ 96.2 dB

163 - 96.2 ≈ 67 dB

扣除 96.2 dB 的自由空间损耗后，还剩约 67 dB。这个数还没有扣除两端连接损耗、其他附加损耗和设计余量。发射功率为 21 dBm ± 1 dB，因此计算结果取约数；完成样机测试后，再把实测损耗代入公式重新计算。

若 ANT 端口之外的发射端和接收端损耗各按 1 dB、两端天线保持同极化、其他附加损耗按 0 dB、设计余量按 15 dB 计算，则：

L_path,max = 21 + 3 + 3 - 1 - 1 - 0 - (-136) - 15
≈ 146 dB

在上述示例条件下，扣除两端各 1 dB 的连接损耗并预留 15 dB 后，允许的路径损耗约为 146 dB。实际项目中，应将两端各 1 dB 换成馈线、连接器和外部匹配的实测损耗，再按可靠性要求设置设计余量。

LoRa2021 现场通讯距离和收包结果

在深圳前海湾附近的现场测试中，我们使用了 LoRa2021、LoRa2021 DEMO V1.0 和 SW868-ZD210 天线。Sub-GHz 测试频率为 860.5 MHz，发射功率为 21 dBm ± 1 dB；LoRa 每组发送 100 个、每包 10 Bytes，距离点为 876 m、1.4 km 和 1.8 km。

LoRa2021 在深圳前海湾附近的现场测试布置

SF10、BW 125 kHz 配置在 1.8 km 测试点收到 100/100 个包。

现场测试距离点：876 m、1.4 km 和 1.8 km

原测试以 1.8 km 为场地可达的最远距离点，每组结果来自 100 个数据包，因此 1.8 km 是本次测试点，不作为 LoRa2021 的通信距离上限。项目复测时，可根据目标距离增加测试点和每组发包数量。

用自由空间损耗估算理想路径损耗

上面的 1.8 km 示例在 860.5 MHz 条件下得到 96.2 dB 自由空间损耗。距离每增加一倍，自由空间损耗约增加 6 dB，可用于比较不同频率和距离下的传播损耗。

自由空间模型计算的是无障碍条件下的理想路径损耗。建筑物、植被、地形遮挡、地面反射、绕射、天线高度和外壳会改变现场路径损耗。厂房、楼宇、林地或贴近地面的部署应使用相应传播模型，或直接测量路径损耗。如果现场存在同频干扰，还可结合丢包率和频谱测试判断通讯情况。

1.8 km 路径中点的第一菲涅尔区为 12.6 m

第一菲涅尔区半径可按 ITU-R P.526 估算：

r_1 = 550 × sqrt[d_1 × d_2 / ((d_1 + d_2) × f)]

r_1 的单位为米，d_1、d_2 分别是障碍点到两端的距离，单位为 km，f 的单位为 MHz。对 860.5 MHz、总长 1.8 km 的路径，在中点取 d_1 = d_2 = 0.9 km，第一菲涅尔区半径约为 12.6 m。

在路径剖面图上标出 12.6 m 的第一菲涅尔区、两端天线高度和主要障碍物。如果障碍物进入该区域，应使用绕射模型计算附加损耗，或直接进行现场测试。

SW868-ZD210 的安装条件

SW868-ZD210 的工作范围为 850～880 MHz，标称增益 3.0 dBi，采用垂直极化。部署时两端天线应保持同一极化方向，并尽量远离金属结构。更换天线、外壳或安装方向后，应重新测试通讯情况，或将新增损耗计入 L_add。

现场测试使用的 SW868-ZD210 折叠棒状天线

使用 LoRa2021 DEMO 板进行现场测试

预算表中的每项数据都要标明来源：规格书、计算结果或估算值。连接损耗和附加损耗如果暂时没有实测数据，可先填估算值；样机完成后，再用实测数据替换。

现场测试需要两块 LoRa2021 DEMO 板。开始测试前，先将两端的调制方式、频率、SF、BW 和编码率设为一致，并分别记录发射功率。到达每个测试点后，先记下两块 DEMO 板显示的 Tx_cnt 和 Rx_cnt；测试结束时再记录一次。结束值减去开始值，就是本轮发送数和接收数，可用于计算两个方向的丢包率：

A→B 丢包率 = [A 本轮发送数 - B 本轮接收数] ÷ A 本轮发送数 × 100%
B→A 丢包率 = [B 本轮发送数 - A 本轮接收数] ÷ B 本轮发送数 × 100%

本轮发送数 = 结束时 Tx_cnt - 开始时 Tx_cnt
本轮接收数 = 结束时 Rx_cnt - 开始时 Rx_cnt

由于 Tx_cnt 和 Rx_cnt 会持续累加，这里用结束值减去开始值，只统计当前测试点的发送数和接收数。

LoRa2021 DEMO V1.0 现场测试板

DEMO 板上的 Tx_cnt 和 Rx_cnt 用于统计发包数和收包数。如果还要记录每个数据包的 RSSI 和 SNR，需要使用能够读取并保存这些数据的固件或主机接口。模块的发射功率和接收灵敏度则需要使用频谱分析仪、信号源等射频仪器测量。

开始测试前，先确定项目可以接受的最高丢包率、需要连续测试多久、要覆盖哪些测试时段，以及是否允许重试。双向通信需要分别统计 A→B 和 B→A，因为两端的供电、天线、安装高度和本地干扰条件可能不同。

选型或设计评审时，可同时整理预算参数、测试结果和部署要求：

• 实际发射功率，以及与 SF、BW 相对应的接收灵敏度；
• ANT 端口之外的馈线、连接器和外部匹配损耗；
• 自由空间损耗、第一菲涅尔区和现场障碍物位置；
• 两个方向的丢包率、每组发包数量、测试距离和天线高度；
• 部署地区对应的频段和发射功率要求。

如需我们协助选择 LoRa2021 的频段版本和配套天线，或制定现场测试方案，请提供目标频段、通讯距离、安装环境、数据量、供电方式和部署地区。

参考资料

1. NiceRF LoRa2021 产品页
2. NiceRF LoRa2021 Dual-Band Wireless Communication Module Rev 1.3
3. NiceRF LoRa2021 通讯距离与收包测试
4. NiceRF SW868-ZD210 868 MHz Folding Rod Antenna
5. NiceRF LoRa2021 DEMO Board Operation Tutorial
6. ITU-R P.525-5 Calculation of free-space attenuation
7. ITU-R P.526-16 Propagation by diffraction
8. Semtech AN1200.22 LoRa Modulation Basics（SX1276 官方资源页）