在 LoRa 通信中，SF（扩频因子，Spreading Factor） 是一个关键参数，它决定了数据传输速率、信号覆盖范围以及链路的抗干扰能力。SF 的取值范围通常为 SF7 至 SF12，SF 值越大，信号传播得越远，但传输速率越低。SF11和SF12的差异主要体现在以下几个方面：
传输时间（Time on Air, ToA） ：SF12的传输时间比SF11更长。这是因为SF值越高，每个信息位所需的符号数量越多，导致传输时间增加。
通信距离：SF12的理论通信距离比SF11更远。理想条件下，SF12的传输距离可达20-25公里，而SF11的理想传输距离为15-20公里。在城市环境中，SF12的实际传输距离通常为3-6公里，而SF11为2-5公里。
数据速率：SF12的数据速率比SF11更低。具体来说，使用典型LoRa带宽(125 kHz)时，SF11的数据速率为约0.98 kbps，而SF12的数据速率为约0.54 kbps。
功耗：由于SF12的传输时间更长，其功耗也更高。在相同数据量的传输情况下，SF12的功耗可能是SF11的1.5倍甚至更高。
适用场景：
SF11：适合距离较远但仍然需要一定数据速率的场景。
SF12：适用于极端远距离或非常嘈杂的环境，但应尽量避免长期使用，因为这会显著降低网络容量和效率。
限制与优化：
在LoRaWAN协议中，部分地区或网络可能限制使用SF12.以保证网络容量和公平性。
使用SF12时，应注意信道占用过高可能影响其他节点的通信。
可以通过ADR(Adaptive Data Rate)功能动态调整SF值，以在覆盖范围和数据速率之间取得平衡。
SF12相比SF11更适合极限远距离通信，但其低数据速率和高功耗限制了其在常规场景中的应用。在实际选择时，应根据具体需求合理配置SF值，优先使用SF7至SF10.仅在极远距离或特殊环境下才考虑使用SF11或SF12.并结合ADR功能优化网络性能。
一、 在LoRa通信中，SF11和SF12的具体功耗对比
在LoRa通信中，SF11和SF12的具体功耗对比如下：
SF12的功耗：
根据，使用SF12时，单次发送的功耗为30uAh，发送时长约1.4秒。
根据，SF12的传输时间是SF7的25倍，能量消耗也相应增加25倍。在特定测量中，SF12的全活动周期能量消耗是SF7的20倍。
SF11的功耗：
根据，使用SF11时，单次发送的总能耗可以高达429 mJ。
从上述信息可以看出，SF12的功耗明显高于SF11.具体来说，SF12的功耗大约是SF11的10倍以上。这主要是因为SF12的传输时间更长，导致能量消耗更大。
二、 不同环境条件下LoRa的SF11和SF12的实际通信距离差异
在不同环境条件下，LoRa的SF11和SF12的实际通信距离存在显著差异。以下是详细分析：
室内环境：
使用SF12时，最大通信范围为74米，最高数据速率为0.595 kbit/s。
使用SF11时，通信范围可以达到超过2公里。
城市环境：
使用SF12时，通信距离约为5公里。
使用SF11时，通信距离可以达到超过20公里。
农村和海岸区域：
使用SF12时，通信距离可达20公里。
使用SF11时，通信距离同样可以达到超过20公里。
地下环境：
在森林环境中，当发射器位于1米深处时，使用SF12的通信质量超过90%，直到100米的距离;但当深度增加到1.5米时，通信质量显著下降，无法达到20米的距离。
使用SF11时，通信质量在更深层次下仍然保持较高水平。
极地地区：
使用SF12时，通过安装定向天线可实现最大30公里的范围。
使用SF11时，通信距离同样可以达到数百公里。
复杂地形（如山地）：
使用SF12时，通信距离与路径上的功率衰减成正比，预计数据传输距离可达数百公里。
使用SF11时，通信距离同样可以达到数百公里。
总结：
SF12：在大多数环境中，SF12的通信距离较短，尤其是在室内和有障碍物的城市环境中。然而，在开阔的农村、海岸和极地地区，SF12的通信距离可以达到较远的距离。
SF11：SF11在所有环境中都能提供更长的通信距离，特别是在复杂地形和极地地区，其通信距离显著优于SF12.
三、 LoRaWAN协议中对SF12使用的限制
在LoRaWAN协议中，对SF12使用的限制具体包括以下几个方面：
有效载荷长度限制：在SF12模式下，单个消息的最大有效载荷为51字节。这意味着在使用SF12时，设备发送的数据量受到限制，不能超过这个长度。
发射持续时间限制：根据新规范，LoRaWAN协议要求发射持续时间不超过1秒。在SF12模式下，由于其较长的空中时间(例如，1449.984ms)，这使得在某些情况下可能无法满足这一要求。因此，在实际应用中，可能需要调整数据包的大小或使用其他技术(如中继)来降低SF12的使用频率。
接收灵敏度和通信距离：SF12模式下的接收灵敏度较高，理论上可以实现更远的通信距离。然而，这也意味着在高干扰环境下，SF12的性能可能会受到影响，因为其较高的灵敏度使得它更容易受到干扰。
功耗和带宽限制：SF12模式下的数据传输速率较低，但占用的带宽较大(例如，125kHz带宽)，这可能导致功耗增加。此外，SF12模式下的数据传输时间较长(例如，1449.984ms)，这会增加设备的空闲时间，从而影响整体网络的效率。
网络拥塞和数据包丢失：由于SF12模式下的数据传输时间较长，网络中的其他设备可能会因为等待时间过长而产生拥塞。此外，如果在使用SF12时数据包丢失，网络可能会自动切换到较低的扩频因子(如SF7)，以减少拥塞和提高传输成功率。
LoRaWAN协议中对SF12使用的限制主要体现在有效载荷长度、发射持续时间、接收灵敏度、功耗和带宽以及网络拥塞等方面。
四、 如何通过ADR(Adaptive Data Rate)功能动态调整LoRa的SF值?
通过ADR(Adaptive Data Rate)功能动态调整LoRa的SF值以优化网络性能，主要涉及以下几个方面：
信道质量监测：
网关会持续监测接收到的数据包的信噪比(SNR)和信号强度(RSSI)。当信噪比和信号强度较高时，说明信道存在“余量”，可以增大通信速率;反之，则需要减小通信速率。
动态调整SF值：
当网关接收到来自节点的数据时，如果信噪比和信号强度较大，节点将减小SF值，从而增大通信速率，减小传输距离。这样可以减少对其他网关的信道占用。
如果网关没有接收到数据，或者节点无法收到来自网关的应答，节点将增大SF值，从而减小通信速率，提高传输距离。
网络服务器的角色：
网络服务器(NS)作为LoRaWAN网络的Manager，在开启ADR功能后，可以接管并配置每一个终端的通信速率及发射功率，使得终端功耗最优以及通信速率最高。
NS通过收集多个网关接收到的节点数据，计算链路质量指标，并根据这些指标动态调整每个节点的SF值。
ADR命令：
网络服务器使用LinkADRReq命令要求节点调整发送上行链路时的数据速率、发射功率、可使用通道和重发次数。节点设备通过LinkADRAns命令响应，确认所有参数调整实施并更新配置。
ADR回退机制：
当节点上行链路数据丢失时，节点设备会自主降速，直至最低值，以提高链路预算。这一机制确保了在信道条件恶化时，节点能够继续通信。
优化网络性能：
ADR机制通过动态调整数据速率和发射功率，提高了数据传输的可靠性，减少了数据包丢失率。
通过优化数据速率和发射功率，ADR有助于延长终端设备的电池寿命，这对于低功耗广域网(LPWAN)尤为重要。
ADR机制可以根据不同的网络条件灵活调整数据传输策略，从而提高网络的整体容量和覆盖范围。
实施细节：
ADR功能通过上下链路帧中的ADR位置1通知对方支持ADR。NS动态管理网络内节点的通信速率和功率。节点上行链路数据被多个网关收到，NS计算结果并确定最佳链路预算和数据速率。节点侧维护计数器ADRACKCnt，当未收到服务器响应时，主动降速直至最低，恢复默认值。
适用场景与限制：
ADR技术适用于静态节点，如水电表、地磁、门锁等，因为这些节点位置变化较小，能够有效调节通信速率。
移动节点不适用于ADR，因为部分国家的ISM频段不允许全双工模式，导致上行链路数据丢失;CLASS A类设备的工作模式限制了网关下行链路的可确定性;节点位置变化频繁，导致基于上次的ADR调制失效。
五、 SF12在极端远距离或非常嘈杂环境中应用的案例
SF12在极端远距离或非常嘈杂环境中应用的案例研究如下：
LoRaWAN技术在室内车辆定位中的应用：
在一项关于利用LoRaWAN技术实现室内车辆定位的研究中，使用SF12时，在200米的距离内，数据包丢失率几乎为零，而在50米的距离内，SF12表现出比SF7更稳定的性能。这表明SF12在室内环境中能够提供更高的可靠性和稳定性，尤其是在需要高精度定位的应用中。
LoRaWAN模块在不同环境下的通信距离：
根据公海7108优惠大厅的报告，使用SF12时，LoRaWAN模块的覆盖范围约为2公里。在郊区或无障碍物的情况下，传输距离可以达到5公里，甚至在开阔平原和山区，传输距离可达数十公里。这表明SF12在开阔环境中具有极高的通信能力，适用于需要远距离通信的应用场景。
SX1212超低功耗单芯片无线芯片的应用：
SX1212是一款超低功耗单芯片无线通信解决方案，适用于电池供电的长期工作应用。该芯片具有极低的接收功耗和高接收灵敏度，能够在嘈杂的环境中保持稳定的通信。其高度集成的架构和低功耗特性使其非常适合用于需要长期电池供电的系统，如无线水气抄表、遥控系统等。
SF12在极端远距离或非常嘈杂环境中的应用案例包括室内车辆定位、开阔平原和山区的远距离通信以及需要长期电池供电的无线水气抄表和遥控系统。
