LoRa2021 長(zhǎng)距離實(shí)測(cè)：FLRC 與 LoRa 模式對(duì)比數(shù)據(jù)

LoRa2021 是 G-NiceRF 基于 Semtech 最新一代 LoRa 芯片 LR2021 開(kāi)發(fā)的無(wú)線收發(fā)模塊。它不僅延續(xù)了 LoRa 長(zhǎng)距離通信的優(yōu)勢(shì)，更實(shí)現(xiàn)了從“低速傳感”到“高速傳輸”的跨越。

 

 

LoRa2021 的接收靈敏度典型值達(dá) -143 dBm (SF12/62.5 kHz)。LR2021 在 Sub-GHz 頻段新增對(duì) FLRC 的支持，其傳輸速率最高可達(dá) 2.6 Mbps（標(biāo)準(zhǔn) LoRa 模式下可達(dá) 125 kbps）。顯著的帶寬提升讓 LoRa2021 能夠支持 圖像傳輸、語(yǔ)音/音頻片段推送 以及更大規(guī)模的數(shù)據(jù)包更新。

 

并且該模塊覆蓋頻段廣泛，支持常用的 Sub-GHz（標(biāo)配 433/470/868/915 MHz，可定制 150-960 MHz）和 2.4 GHz ISM 頻段，并支持 1.5-2.5 GHz 高頻段（含 S 頻段衛(wèi)星通訊），實(shí)現(xiàn)了從地面到衛(wèi)星的覆蓋。有效解決了無(wú)公網(wǎng)覆蓋區(qū)域的通信問(wèn)題，也無(wú)需針對(duì)不同國(guó)家開(kāi)發(fā)不同版本的硬件。同一款產(chǎn)品可通過(guò)軟件配置適應(yīng)全球不同市場(chǎng)，大大降低了 庫(kù)存壓力 和 研發(fā)成本。

 

同時(shí)，在保持休眠電流 ≤2 µA 的低功耗基礎(chǔ)上，LoRa2021 集成了 LR-FHSS 跳頻擴(kuò)頻技術(shù) 以應(yīng)對(duì)強(qiáng)干擾環(huán)境，支持 RTToF 測(cè)距，并全面兼容 LoRaWAN、BLE 5.0 及 Wi-SUN 等主流物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

 

 

為了驗(yàn)證芯片的實(shí)際性能，特別是“FLRC 高速模式”以及“傳統(tǒng) LoRa 模式”在實(shí)際場(chǎng)景下的傳輸距離，我們?cè)谏钲跉g樂(lè)港灣進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。

 

測(cè)試環(huán)境

為了客觀評(píng)估芯片的通信性能，我們選擇了以下兩個(gè)典型環(huán)境進(jìn)行測(cè)試：

1. 海面環(huán)境（歡樂(lè)港灣摩天輪附近）

我們以歡樂(lè)港灣摩天輪附近為起點(diǎn)，跨越前海灣海面進(jìn)行測(cè)試。

 

 

硬件配置清單

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

 

 

• 天線配合：SW868-ZD210 折疊棒狀天線(VSWR ≤ 1.5)

* 如需查閱模塊引腳定義或詳細(xì)性能參數(shù)表，請(qǐng)查看文末的附錄章節(jié)。

 

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

本次測(cè)試涵蓋了 FLRC 高速模式 和 LoRa 長(zhǎng)距離模式，并在 Sub-GHz 和 2.4 GHz 頻段下分別記錄了不同距離的實(shí)際接收包數(shù)。

測(cè)試環(huán)境參數(shù)：

• 模塊功率：21 dBm ± 1 dB (Sub-GHz) / 12 dBm (2.4 GHz)
• 測(cè)試頻點(diǎn)：5 MHz (Sub-GHz) / 2486.5 MHz (2.4 GHz)
• 發(fā)包數(shù)量：每組 100 包
• Payload Length：255 Bytes @ FLRC；10 Bytes @ LoRa

 

LoRa2021 丟包率實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)表（接收數(shù)/發(fā)送數(shù)）：

 

工作模式	速率	關(guān)鍵參數(shù)	876m (接收數(shù))	1.4km (接收數(shù))	1.8km (接收數(shù))
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

 

 

性能表現(xiàn)

在本次 876 m / 1.4 km / 1.8 km 三個(gè)距離點(diǎn)、每點(diǎn) 100 包的實(shí)測(cè)中，Sub-GHz 頻段整體鏈路裕量明顯更大。FLRC 在 1.8 km 仍可實(shí)現(xiàn) Mbps 級(jí)速率且 PDR≥91%（Payload 255B）；LoRa 也在本次參數(shù)下表現(xiàn)非常穩(wěn)定，多個(gè)檔位在 1.8 km 達(dá)到 PDR=100%（Payload 10B）。

 

相比之下，2.4 GHz 頻段在長(zhǎng)距離高速檔位下更容易出現(xiàn)丟包，F(xiàn)LRC 2.6 Mbps 在 1.8 km 降至 PDR=52%(相關(guān)原因?qū)⒃诤笪恼归_(kāi)說(shuō)明)，但降速后 PDR 明顯改善。不過(guò)，2.4 GHz LoRa 在 1.8 km 仍達(dá)到 PDR=96%，適合對(duì)全球通用頻段有要求的中遠(yuǎn)距應(yīng)用。

 

注：FLRC 與 LoRa 的 Payload 長(zhǎng)度不同（255B vs 10B），因此“接收率”可用于各自模式內(nèi)橫向?qū)Ρ?，但不建議直接把兩種模式的 PDR 當(dāng)作同等條件下的絕對(duì)優(yōu)劣對(duì)比。

 

FLRC（Sub-GHz）在 1.8 km 仍可保持高速傳輸能力（255B Payload）

關(guān)鍵結(jié)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 內(nèi)，2.6 Mbps 仍保持 PDR=96%，說(shuō)明鏈路在“高速大包”條件下仍具備可用性。即使拉長(zhǎng)到 1.8 km，最高速率 2.6 Mbps 仍有 PDR=91%；而 260–650 kbps 檔位則可穩(wěn)定到 PDR=95%，更適合對(duì)穩(wěn)定性更敏感的持續(xù)傳輸場(chǎng)景。至于個(gè)別距離點(diǎn)出現(xiàn)“更遠(yuǎn)反而更高”的情況（如 1.3 Mbps 在 1.8 km 高于 1.4 km），這主要由現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境（干擾/多徑/遮擋）引起，屬于正常波動(dòng)。

 

建議選型：

如果需要“盡量快、仍可接受少量重傳”，優(yōu)先考慮 2.6 或 1.3 Mbps。如果需要“明顯更穩(wěn)但仍比 LoRa 快很多”，則優(yōu)先選擇 650 或 260 kbps 檔位（PDR≈95% @1.8 km）。

 

FLRC（2.4 GHz）長(zhǎng)距離高速衰減明顯但降速可顯著改善（255B Payload）

關(guān)鍵結(jié)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 處，2.6 Mbps 下降到 PDR=52%，說(shuō)明此檔位已接近 鏈路邊界。2.4 GHz 相比 Sub-GHz 更容易出現(xiàn)信號(hào)損失，主要來(lái)自“鏈路預(yù)算”的疊加損失：發(fā)射功率少了 9 dB（12 dBm vs 21 dBm），再加上自由空間路徑損耗中僅頻率項(xiàng)就多約 9.2 dB（20log(2486/860.5)≈9.2 dB）。兩者合計(jì)產(chǎn)生了約 18 dB 量級(jí)的預(yù)算差，再疊加 2.4 GHz ISM 頻段的環(huán)境干擾，更容易在遠(yuǎn)距離高速下出現(xiàn)丟包。

 

建議選型：

若目標(biāo)距離接近公里級(jí)且追求可用性，建議將 2.4 GHz FLRC 降速到 650/260 kbps（此時(shí) 1.8 km PDR≈79–80%）。若必須保持更高可靠性，則需要考慮提高天線條件/鏈路余量（如 外置 PA、天線增益、架高、優(yōu)化方向性）或直接切換到 LoRa 檔位。

 

LoRa（Sub-GHz）可靠性高且長(zhǎng)距離鏈路裕量充足（10B Payload）

關(guān)鍵結(jié)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 的高速檔（125 kbps），1.8 km 仍達(dá)到 PDR=99%，說(shuō)明鏈路抗干擾與覆蓋能力非常強(qiáng)。而在更低速率檔位下（≤62.5 kbps），三段距離均實(shí)現(xiàn)了 100/100 全收，表現(xiàn)出明顯的長(zhǎng)距離穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)，非常適合“低速但要穩(wěn)”的遙測(cè)、抄表或告警類(lèi)應(yīng)用。

 

LoRa（2.4 GHz）在全球通用頻段也能覆蓋到公里級(jí)（10B Payload）

關(guān)鍵結(jié)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 的限制條件下仍能在 1.8 km 保持 PDR=96%，說(shuō)明 2.4 GHz LoRa 完全可作為“頻段統(tǒng)一/全球通用”需求下的 中遠(yuǎn)距通信方案。

 

實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用策略

1. 速率配置“因地制宜”

• 圖傳/音頻/OTA (距離 < 1.8 km)：首選 FLRC 2.6 Mbps。實(shí)測(cè)在8 km 內(nèi)仍有 90% 以上接收率，在 1.4 km 內(nèi)更是完全可用，是傳統(tǒng) LoRa 模塊無(wú)法實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景。
• 復(fù)雜工業(yè)/高頻采集 (距離 1~2 km)：推薦 FLRC 650 kbps或 LoRa 125 kbps。兩者都在8 km 處保持了優(yōu)秀的連通率（>95%），且速率足以應(yīng)對(duì)密集的傳感器數(shù)據(jù)。
• 極端環(huán)境/超長(zhǎng)距離 (距離 > 2 km)：推薦選擇 LoRa 62.5 kbps 或更低。實(shí)測(cè)全路段 100% 接收率，表現(xiàn)出極佳的可靠性。

 

2. 天線安裝細(xì)節(jié)

SW868-ZD210 為垂直極化天線。在實(shí)際部署中，請(qǐng)務(wù)必保持天線 垂直豎立，并遠(yuǎn)離金屬遮擋物。切記不要為了美觀將天線橫放或貼在金屬外殼上，這會(huì)導(dǎo)致極化失配，讓信號(hào)大打折扣。

 

3. 軟件層需具備“容錯(cuò)”能力

無(wú)線環(huán)境充滿變數(shù)，信號(hào)的波動(dòng)不可避免。建議在軟件應(yīng)用層加入 ACK 重傳機(jī)制，特別是使用高速模式在距離臨界點(diǎn)工作時(shí)，重傳機(jī)制能有效修補(bǔ)偶發(fā)的丟包，保證用戶體驗(yàn)。

 

4. 硬件統(tǒng)一化

LoRa2021 在 Sub-GHz 頻段可支持 LoRaWAN 和 Sigfox, 也在 2.4 GHz 頻段兼容 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順暢地適配不同地區(qū)與不同生態(tài)的市場(chǎng)需求。

 

未來(lái)還有望實(shí)現(xiàn)手機(jī)藍(lán)牙直連配置，這會(huì)讓現(xiàn)場(chǎng)部署和維護(hù)簡(jiǎn)單很多，工程人員不必再依賴額外的專(zhuān)用工具或復(fù)雜的入網(wǎng)流程。對(duì)強(qiáng)調(diào) BOM 效率、希望“一套硬件走全球”的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這種跨生態(tài)兼容能力確實(shí)很加分。

 

5. 優(yōu)化組網(wǎng)與功耗的技術(shù)

除了頻段和協(xié)議這些“硬指標(biāo)”，LoRa2021 還有一些更底層、但對(duì)體驗(yàn)影響很直接的特性，比如：

• 集成 SIMO 高效電源架構(gòu)：芯片內(nèi)置了 SIMO（Single-Inductor Multiple-Output）DC-DC 轉(zhuǎn)換器。相較傳統(tǒng) LDO 供電方式，它能更有效地降低系統(tǒng)工作電流，例如 Sub-GHz 接收電流可做到 < 6 mA，在實(shí)際應(yīng)用中通常意味著更長(zhǎng)的電池壽命、也給整機(jī)功耗預(yù)算留出更大余量。
• LR-FHSS 的海量連接能力：除了抗干擾，LR-FHSS 技術(shù)還極大地提升了網(wǎng)絡(luò)容量。它允許大量節(jié)點(diǎn)在同一信道并發(fā)傳輸而不發(fā)生嚴(yán)重的信號(hào)沖突，非常適合 百萬(wàn)級(jí)節(jié)點(diǎn)（如水電氣表）的密集部署場(chǎng)景。
• 增強(qiáng)型 CAD (信道活動(dòng)檢測(cè))：相比傳統(tǒng)芯片，它能以更低功耗快速偵聽(tīng)信道。對(duì)于電池供電的“接收端”設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要，能大幅延長(zhǎng)待機(jī)壽命。
• 多擴(kuò)頻因子同時(shí)接收：模塊能自動(dòng)解調(diào)不同擴(kuò)頻因子 (SF) 的信號(hào)。這意味著在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)時(shí)，接收端無(wú)需預(yù)先“協(xié)商”速率，極大簡(jiǎn)化了自組網(wǎng)的協(xié)議設(shè)計(jì)難度。
• 更高的頻率偏移容限：該芯片能適應(yīng)惡劣的射頻環(huán)境。即使在戶外溫差導(dǎo)致晶振頻率漂移，或者存在復(fù)雜干擾時(shí)，它依然能穩(wěn)定鎖定信號(hào)，同時(shí)支持采用低成本晶振以降低 BOM 成本。

 

6. 開(kāi)發(fā)落地

針對(duì)開(kāi)發(fā)者在落地層經(jīng)常遇到的資料與代碼完整性不足、以及射頻開(kāi)發(fā)中天線匹配的麻煩，G-NiceRF 提供了“一站式”解決方案。 為確保方案的完整落地，G-NiceRF 不僅提供核心模塊，還提供包括智能天線在內(nèi)的配套增強(qiáng)產(chǎn)品，以及 ODM/OEM 定制。

 

 

FAQ

Q1：LoRa2021 模塊支持 2.4 GHz，能否只使用一根 2.4 GHz 天線以節(jié)省成本？

A： 不建議。

• 硬件架構(gòu)原因：LoRa2021 模塊在硬件上分別引出了 Pin 9 (Sub-GHz) 和 Pin 10 (2.4 G/S 頻段) 兩個(gè)獨(dú)立的射頻接口，物理通路是分開(kāi)的。
• 物理匹配原因：天線尺寸與波長(zhǎng)必須匹配。強(qiáng)行用4 GHz 天線發(fā)射 Sub-GHz 信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的阻抗失配，大部分能量會(huì)損耗在電路板上，通信距離大幅縮減。
• 建議：務(wù)必設(shè)計(jì)雙天線（Sub-G + 2.4 G）。如果空間受限必須共用，則需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的合路電路并配合特制的寬頻天線，這通常比雙天線方案成本更高且調(diào)試更難。

 

Q2：集成這么多功能，會(huì)不會(huì)導(dǎo)致功耗增加？

A： 不會(huì)。 LoRa2021 的休眠電流僅為 2 µA 左右，與主流低功耗芯片持平。更重要的是，得益于內(nèi)置的 SIMO DC-DC 轉(zhuǎn)換器 和 FLRC 的高速率特性，在發(fā)送相同數(shù)據(jù)量時(shí)，射頻開(kāi)啟的時(shí)間更短（Time-on-Air 減少）且電源轉(zhuǎn)換效率更高，系統(tǒng)平均功耗反而更低。

 

Q3：提到的 S 頻段衛(wèi)星通信怎么用？

A： S 頻段（1.9-2.2 GHz）主要用于連接 EchoStar 等衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。 注意：使用此功能要求設(shè)備必須處于室外開(kāi)闊環(huán)境（能看到天空），并且需要向衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)套餐。

 

Q4：自帶的測(cè)距功能 (RTToF) 精度如何？

A： 它的精度屬于 米級(jí)。這肯定比不上厘米級(jí)的 UWB，但勝在 性價(jià)比高。對(duì)于不需要精確定位，只需判斷“貨物在哪個(gè)區(qū)域”或“離我大概多遠(yuǎn)”的資產(chǎn)追蹤場(chǎng)景，它是一個(gè)無(wú)需額外硬件成本的實(shí)用選擇。

 

Q5：?jiǎn)涡酒雌饋?lái)單價(jià)貴了，為什么還說(shuō)有成本優(yōu)勢(shì)？

A： 算賬不能只看單顆芯片的價(jià)格，要看系統(tǒng) 總成本 (BOM)。

• 精簡(jiǎn)外圍與設(shè)計(jì)：LR2021 芯片本身集成了高效率的 SIMO DC-DC 轉(zhuǎn)換器，省去了外部電源管理芯片；同時(shí)，其單芯片支持多頻段（Sub-GHz/2.4 GHz）和多協(xié)議，可替代傳統(tǒng)的多芯片方案，減少 PCB 面積和外圍元件。
• 可靠性增值：LoRa2021 內(nèi)置了 ESD 靜電保護(hù)電路，在節(jié)省外部 TVS 保護(hù)管成本的同時(shí)，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下的可靠性。
• 隱性價(jià)值：?jiǎn)?SKU 設(shè)計(jì)支持全球部署，你只需要管理一顆核心物料，大大降低了缺貨風(fēng)險(xiǎn)和庫(kù)存管理的復(fù)雜性。

 

 

附錄：LoRa2021 引腳與性能參數(shù)

為了方便快速查閱，以下附上 LoRa2021 模塊的引腳定義及核心性能指標(biāo)。

 

1. LoRa2021 模塊引腳

腳位編號(hào)	引腳名稱(chēng)	I/O	描述
1	VCC	-	接電源正極 (1.8V - 3.6V)
2, 8, 11, 12, 18	GND	-	接電源負(fù)極
3	MISO	O	SPI 數(shù)據(jù)輸出
4	MOSI	I	SPI 數(shù)據(jù)輸入
5	SCK	I	SPI 時(shí)鐘輸入
6	NSS	I	SPI 片選輸入
7	BUSY	O	狀態(tài)指示（高電平表示忙）
9	ANT	-	Sub-GHz 頻段天線接口 (50Ω)
10	2.4G/S_ANT	-	2.4GHz 與 S 頻段天線接口 (50Ω)
13	VTCXO	O	外部 TCXO 電源輸出
14	RST	I	復(fù)位觸發(fā)輸入
15, 16, 17	DIO9, DIO8, DIO7	I/O	多用途數(shù)字接口（可配置中斷/GPIO）

 

2. 核心性能參數(shù)

參數(shù)	測(cè)試條件 / 備注	典型值	單位
模塊尺寸	19.72 * 15.0 * 2.2	-	mm
工作電壓	推薦 3.3V	1.8 ~ 3.6	V
工作溫度	工業(yè)級(jí)	-40 ~ +85	℃
發(fā)射電流	@433MHz (22dBm)	< 120	mA
	@2.4GHz (12dBm)	< 35	mA
接收電流	@433MHz / @2.4GHz	< 6 / < 7	mA
休眠電流	關(guān)斷模式	< 2	µA
接收靈敏度	Sub-GHz (SF=12, BW=62.5K)	-144	dBm
	2.4GHz (SF=12, BW=203K)	-137	dBm
頻率誤差	晶振精度	±10	ppm

 

 

相關(guān)內(nèi)容：

SA628F39全雙工音頻模塊通信距離實(shí)測(cè)

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