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     在前面的章節(jié)中，LoRa技術(shù)的基礎(chǔ)知識都已介紹完畢。但是面對LoRa應(yīng)用依然會犯難。有很多讀者會問，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)點到底在應(yīng)用中是如何體現(xiàn)的呢？本章將針對這些問題展開，從基礎(chǔ)的原理出發(fā)，經(jīng)過推導(dǎo)和討論的方式讓讀者了解LoRa傳輸距離問題、信道容量問題、低功耗問題，以及定位問題和多普勒頻移問題等。

       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項目評估和項目實施的讀者，不僅需要記住結(jié)論，而且原理和推導(dǎo)過程都需要掌握。因為實際環(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)理論和計算方法是通用的，無論什么樣的LoRa應(yīng)用都是必備的。

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

一、無線電波實際傳播途徑 1.無線電頻譜劃分

        無線電波分布在3Hz～3000GHz，在這個頻譜內(nèi)劃分為12個帶，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。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為所有無線電波的頻率和波長。

表8-1無線電波的頻率與波長

 

       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.無線電傳播路徑

       無線電波從發(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有阻擋，電波傳播只有直射，不存在其他現(xiàn)象。而在實際傳播環(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，也就增大了對電波傳播研究的難度。

       無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考慮。自由空間傳播指的是天線周圍為無限大真空時的電波傳播，是無線電波的理想傳播模式。在自由空間傳播時，電波的能量既不會被障礙物所吸收，也不會產(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)，其相對介電常數(shù)εr 和相對磁導(dǎo)率μ都等于1，傳播路徑上沒有障礙物阻擋，到達(dá)接收天線的地面反射信號場強也可以忽略不計，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)過一段路徑傳播之后，能量仍有衰減，這是由輻射能量的擴散而引起的。

       直射傳播距離計算參見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