LoRa无线技术是一种基于扩频技术的长距离、低功耗无线通信技术，其全称为Long Range（远距离），该技术由Semtech公司于2012年推出，最初设计目的是解决物联网（IoT）设备在复杂环境下的远距离通信需求，凭借其出色的穿透能力、低功耗特性和组网灵活性，迅速成为LPWAN（低功耗广域网）领域的关键技术之一，LoRa技术的核心在于采用扩频技术中的线性调频（Chirp Spread Spectrum, CSS）调制方式，通过将信号能量扩展到更宽的频带内，从而提升抗干扰能力和通信距离,同时保持较低的功耗。
LoRa无线技术的核心原理与技术特点
LoRa技术的物理层基于CSS调制，与传统FSK（频移键控）或ASK（幅移键控）相比，CSS通过发送线性调频信号（频率随时间线性变化的信号）实现数据传输，接收端通过相关解调技术将宽频带信号压缩回原始频带，这一过程不仅增强了信号的抗多径衰落和窄带干扰能力，还显著提升了通信灵敏度（通常可达-148dBm），LoRa技术支持多种扩频因子（SF5-SF12），扩频因子越大，通信距离越远，但数据速率越低，用户可根据实际场景灵活选择参数平衡距离与速率。
LoRa技术的特点可概括为以下五点：
- 远距离传输：在 urban（城市）、suburban（郊区）和 rural（农村）环境下，LoRa单跳通信距离可达1-15公里，视具体环境而定。
- 低功耗：终端设备采用电池供电时，可工作数年之久，得益于其休眠电流低至μA级，且通信时功耗可控。
- 强穿透性：工作在免费频段（如ISM频段：433MHz、868MHz、915MHz），信号对建筑物、植被等障碍物穿透能力强，适合复杂部署场景。
- 高容量：LoRaWAN（LoRa广域网协议）支持一个网关下可接入数百万终端设备，满足大规模物联网节点需求。
- 低成本：LoRa芯片和模块成本较低，且网络部署无需复杂基础设施，适合成本敏感型应用。
LoRa与LoRaWAN的关系
需注意的是，LoRa仅指物理层（PHY）技术，而完整的LoRa网络系统需结合LoRaWAN（LoRa Wide Area Network）协议，LoRaWAN是MAC层协议，定义了终端、网关、服务器之间的通信架构、安全机制和数据格式，支持终端与网关的无线多跳通信，以及网关与核心网络的IP连接，LoRaWAN协议根据应用需求分为Class A、B、C三类终端：
- Class A：双工通信，终端主动上传数据，仅在特定时隙接收下行数据，功耗最低，适用于多数传感器场景；
- Class B：支持网关定期唤醒终端，增加接收窗口，适用于需要定时下行指令的场景（如远程控制）；
- Class C：终端始终监听下行信道，实时性强，但功耗较高，适用于对响应速度要求高的场景。
LoRa无线技术的应用场景
凭借上述特性，LoRa技术广泛应用于智慧城市、工业物联网、农业监测、智慧能源等领域：
- 智慧城市：智能停车、智能垃圾桶、环境监测（温湿度、PM2.5）等场景，利用LoRa的低功耗和远距离特性，实现对城市基础设施的广泛覆盖和实时监控。
- 工业物联网：工厂设备状态监测、仓储物流追踪、能源管理（水电表抄表）等，LoRa的抗干扰能力可满足工业环境复杂电磁条件下的稳定通信需求。
- 农业监测：土壤墒情、作物生长环境、气象站数据采集等，通过LoRa传感器节点实现农田大范围、低维护成本的数据传输。
- 智慧能源：智能电表、燃气表、光伏电站监控等，支持远程抄表和设备状态管理，减少人工维护成本。
LoRa技术的工作频段与全球部署
LoRa技术工作在非授权频段，不同国家和地区使用的频段略有差异，具体如下表所示：
| 地区 | 主要工作频段 | 频段范围 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 欧洲 | EU-868 | 863-870MHz | 需遵循ETSI标准 |
| 北美 | US-915 | 902-928MHz | 支持15个500kHz信道 |
| 中国 | CN-470/CN-779 | 470-510MHz/779-787MHz | 由工信部授权，需遵守本地法规 |
| 日本 | JP-920 | 920-928MHz | 限制发射功率 |
全球范围内，LoRa已覆盖超过100个国家，拥有超过1亿台活跃终端设备,成为LPWAN领域的主流技术之一。
相关问答FAQs
Q1：LoRa与NB-IoT同为LPWAN技术，两者有何区别？
A：LoRa和NB-IoT（窄带物联网）均为低功耗广域网技术，但存在核心差异：
- 工作频段：LoRa工作在非授权频段（如ISM频段），用户无需频谱费用；NB-IoT工作在授权频段（如GSM频段），需运营商部署。
- 部署方式：LoRa可自建私有网络（如企业/园区部署），也可通过运营商网络；NB-IoT依赖运营商基站，适合公共网络覆盖。
- 覆盖范围：LoRa在郊区/农村场景覆盖更远（可达15公里），NB-IoT在城区覆盖更优（通常1-3公里）。
- 应用场景：LoRa适合低速率、大规模、自组网场景（如智慧农业）；NB-IoT适合需要运营商级保障的场景（如智能电表）。
Q2：LoRa网络中，网关的作用是什么？一个网关可覆盖多少终端？
A：LoRa网关是连接终端与核心网络的中继设备，主要作用包括：
- 接收终端上传的LoRa信号，并通过IP网络（如4G/以太网）转发至LoRaWAN服务器；
- 将服务器的下行指令解调后发送给终端；
- 支持多信道、多速率并行接收，提升网络容量。
一个LoRa网关的覆盖范围取决于环境（城区1-3公里，郊区5-15公里），终端接入能力方面，一个网关理论上可支持数百万终端（实际受限于数据传输频率和服务器处理能力）,典型场景下可容纳数千至数万终端。
