[置顶] LoRa无线通信设计(二)空空距离测试

LoRa无线通信设计(二)空空距离测试

引言

我们在《LoRa无线通信设计(一)原理》中解释了LoRa扩频通信带来更长的通信距离的原理：http://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/47857259。

在微功率无线通信中典型的应用场景是3种：

l 空空距离通信：如连接湖、河、平原、山丘等自然区域的机械设备和传感器；

l 住宅区域通信：如连接小区、工厂、商场的灯光和烟雾报警器；

l 跨楼层通信：如连接家庭水、燃气、电、热等表计；

Semtech公司号称LoRa的最大空空通信距离可达15千米，当然这是在最低速率（BW=7.8kHz, FEC=4/8,SF=4096 chips/symbol, 约1.43bps）和最佳环境（天气良好，环境适宜）下取得的成绩。毕竟1.43bps的速率除极为特殊的场合（如：像“探索者2号”之类的太空通信或军事应用）外，作用不大。

今天，我们挑选一个尚能应用大部分场合的低速率（BW=62.5kHz, FEC=4/5, SF=1024 chips/symbol, 约204bps），在湘江边空旷地区进行空空距离测试。Let’s go!

一．测试地区概貌

我们先用百度地图看看本次LoRa空空距离测试区域的概貌，如下图所示，将发射模块放置在起点位置，测试人员沿“长沙绕城高速”前行，分别在江西岸（1.7公里）、江中（2.4公里）、江东岸（3.2公里）和芙蓉北路（4.6公里）进行通信测试。起点与这4个测试点之间空旷，没有建筑物，是一个难得的测试场景。

二．测试方法

我们使用iWL881A无线通信模块（长沙市锐米通信科技有限公司，www.rimelink.com，LoRa长距离低功耗产品），设置在第4档位，使用弹簧天线。

考虑通信速率比较低（约204bps），通信数据为16字节随机数据，外加2字节的CRC16校验，即通信帧总长为18字节。

发射器每发送一帧数据后进入等待状态，如果接收到接收器的回应（即18字节）后，再发送下一帧数据，通过统计发送帧数目和接收帧数据，可以计算出通信成功率。

接收器每接收到通信帧，闪烁LED1，表明接收到数据包；然后对16字节的数据校验CRC16，如果正确则回应18字节的数据帧，闪烁LED2灯。

我们把发射器放置在湘江边高层建筑的25楼，如下图所示，拿接收器沿高速公路前行，通过观看LED灯的闪烁可以得知通信成功与否。

 

三．测试结果

在湘江西岸（1.7公里）：接收器成功接收到数据帧，根据LED1和LED2同时闪烁可知，接收成功率高。

湘江中（2.4公里）：通信正常，LED1和LED2闪烁接近，接收成功率高。

 

江东岸（3.2公里）：有一些丢包，LED1的闪烁次数与LED2明显要多。此时，发射模块的大厦已经隐隐约约了。

 

 

芙蓉北路（4.6公里）：此处已经无法看到发射节点的大厦了，令人惊讶的是，接收器的LED1和LED2灯仍然闪烁，比例约为2：1，即接收成功率为50%。

 

4.8公里处失联：继续向东，过芙蓉北路约200米，仔细测试超过5分钟，LED1和LED2没有任何闪烁，可以断定此处通信失败。看图片可知，有桥梁、树木等阻碍，足以中断微弱的信号（无线信号衰减与距离的平方成正比）。

四．测试总结

首先，还是证明了LoRa无线超长的通信距离，虽然我们只测试了4.6公里，这对于物联网建设已经是一个很大的应用场景。

想象下，我们隔一条江就可以用无线控制对面的一个机械设备（如水泵的开关或放水闸门开关），这是一个多么节省成本和人力的方案。要知道这个微功率无线产品价格低廉，且使用的是免费无线频带，再加上它的低功耗可以方便安装在电池供电的掌机上。

相反，GPRS技术硬件价格比LoRa模块高，需要到中国移动（或联通）购买一张SIM卡，每个月需要支持流量费用。另外GPRS能耗高，如果安装在便于携带的掌机上，需要价格不菲的大容量锂电池，还要经常充电。

 

其次，不得不佩服欧美人的科研精神和信念。扩频技术理论已经有70多年了，因为调制解调技术的复杂性，一直没有应用在微功率IC上。现在，在阿尔卑斯山下潜心研究的瑞士Semtech公司，于2013年成功研制LoRa芯片。除去人家多年科研积累和人才，更有一种坚持不懈的精神和科技为人类服务的信念。这些，正是我们这个浮燥和功利民族学习的地方，中国人聪明，同时需要增长科学智慧。

 

往返徒步10公里，经过3个小时的测试时间，已经到了下午1点了，饥饿侵袭，看着下图修铁路工人就餐，感受到了简单的幸福。

 

  

随后，上一张湘江美景。70多年前游弋在此的是日寇的汽艇，再过5天，我们将迎来抗战胜利70周年大阅兵。无论战争还是和平年代，努力提高自身水平，提高民族竞争力，提升国力，永远都是真理。