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     在前面的章節(jié)中，LoRa技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)都已介紹完畢。但是面對(duì)LoRa應(yīng)用依然會(huì)犯難。有很多讀者會(huì)問(wèn)，LoRa的遠(yuǎn)距離，到底能傳多遠(yuǎn)呢？LoRa的大容量，到底是多大的容量呢？低功耗抗干擾這些優(yōu)點(diǎn)到底在應(yīng)用中是如何體現(xiàn)的呢？本章將針對(duì)這些問(wèn)題展開(kāi)，從基礎(chǔ)的原理出發(fā)，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)和討論的方式讓讀者了解LoRa傳輸距離問(wèn)題、信道容量問(wèn)題、低功耗問(wèn)題，以及定位問(wèn)題和多普勒頻移問(wèn)題等。

       前面章節(jié)的多數(shù)公式和推導(dǎo)讀者只需要了解并記住結(jié)論即可，本章的內(nèi)容都非常重要，尤其是需要做LoRa項(xiàng)目評(píng)估和項(xiàng)目實(shí)施的讀者，不僅需要記住結(jié)論，而且原理和推導(dǎo)過(guò)程都需要掌握。因?yàn)閷?shí)際環(huán)境和需求是千變?nèi)f化的，文章的案例并不能覆蓋全部應(yīng)用，而本章的基礎(chǔ)理論和計(jì)算方法是通用的，無(wú)論什么樣的LoRa應(yīng)用都是必備的。

       談到LoRa的傳輸距離問(wèn)題，經(jīng)常遇到使用者的困惑：LoRa信號(hào)不是可以傳到近地衛(wèi)星幾百千米遠(yuǎn)的地方去嗎，為什么做項(xiàng)目的時(shí)候稍微深一點(diǎn)的地下室都連不上呢？還有使用者會(huì)問(wèn)，網(wǎng)關(guān)就架設(shè)在這座樓頂，為什么距離網(wǎng)關(guān)旁邊那棟樓的信號(hào)比這棟架設(shè)網(wǎng)關(guān)的好呢？針對(duì)這些具體問(wèn)題，本節(jié)將從無(wú)線傳播的途徑開(kāi)始講起，通過(guò)直接傳播、繞射的原理和計(jì)算公式讓讀者理解傳播損耗和不同傳播方式的計(jì)算方法，并針對(duì)網(wǎng)關(guān)架設(shè)的一些工程參數(shù)進(jìn)行分析，從而給出實(shí)現(xiàn)更好網(wǎng)絡(luò)覆蓋的建網(wǎng)策略。

一、無(wú)線電波實(shí)際傳播途徑 1.無(wú)線電頻譜劃分

        無(wú)線電波分布在3Hz～3000GHz，在這個(gè)頻譜內(nèi)劃分為12個(gè)帶，在不同的頻段內(nèi)的頻率具有不同的傳播特性。一般情況下頻率越低，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠(yuǎn)（大氣窗口除外）；而且頻率越低，繞射能力越強(qiáng)。但是，低頻段頻率資源緊張，系統(tǒng)容量有限，因此主要應(yīng)用于廣播、電視、尋呼等系統(tǒng)。表8-1為所有無(wú)線電波的頻率和波長(zhǎng)。

表8-1無(wú)線電波的頻率與波長(zhǎng)

 

       高頻段頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大；但是頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近；而且頻率越高，繞射能力越弱。另外頻率越高，技術(shù)難度越大，系統(tǒng)的成本也相應(yīng)提高。

       移動(dòng)通信系統(tǒng)選擇所用頻段要綜合考慮覆蓋效果和容量。UHF頻段與其他頻段相比，在覆蓋效果和容量之間折中的比較好，因此被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，LoRa技術(shù)就應(yīng)用于此波段。

2.無(wú)線電傳播路徑

       無(wú)線電波從發(fā)射天線發(fā)出，可以沿著不同的途徑和方式到達(dá)接收天線，這與電波頻率和極化方式有關(guān)。接收天線收到的信號(hào)質(zhì)量不僅與自身頻率特性相關(guān)，也和傳播的路徑相關(guān)。

       在自由空間中由于沒(méi)有阻擋，電波傳播只有直射，不存在其他現(xiàn)象。而在實(shí)際傳播環(huán)境中由于存在各種各樣的地面物體從而影響電波的傳播，使得電波的傳播既有直射，又有反射、繞射和衍射等，造成電波傳播的多樣性和復(fù)雜性，也就增大了對(duì)電波傳播研究的難度。

       無(wú)線電波在空間中的傳播途徑有多種，如直射、反射、繞射、散射和穿透，如圖8-1所示。

1）直射傳播

       直射波傳播按自由空間傳播來(lái)考慮。自由空間傳播指的是天線周?chē)鸀闊o(wú)限大真空時(shí)的電波傳播，是無(wú)線電波的理想傳播模式。在自由空間傳播時(shí)，電波的能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。

       如果地面上空的大氣層是各向同性的均勻媒質(zhì)，其相對(duì)介電常數(shù)εr 和相對(duì)磁導(dǎo)率μ都等于1，傳播路徑上沒(méi)有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面反射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)也可以忽略不計(jì)，則電波可視作在自由空間傳播。雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋，不產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收，但當(dāng)電波經(jīng)過(guò)一段路徑傳播之后，能量仍有衰減，這是由輻射能量的擴(kuò)散而引起的。

       直射傳播距離計(jì)算參見(jiàn)8.1.2節(jié)的弗里斯傳輸公式。

圖8-1     電波在空間中的傳播途徑

2）反射波傳播