LoRa信号的信噪比(SNR)正常范围通常在-20 dB到+10 dB之间。这个范围被认为是典型的LoRa系统中信号质量较好的区间，接近+10 dB的SNR表示接收信号受到的干扰较少，信号质量较高。
LoRa技术的一个显著特点是其能够在低于噪声底的情况下解调信号，即SNR可以低至-20 dB至-7.5 dB之间，仍然能够正常工作。这种特性使得LoRa在远距离传输和复杂环境中具有较高的鲁棒性和适应性。
需要注意的是，虽然LoRa可以在较低的SNR下工作，但为了确保通信的稳定性和可靠性，建议保持SNR在-20 dB到+10 dB的范围内。
一、 LoRa信号在不同环境条件下的信噪比表现
LoRa信号在不同环境条件下的信噪比(SNR)表现如下：
基本定义和重要性：
信噪比(SNR)是衡量信号强度相对于噪声水平的一个指标，SNR越高，表示信号的质量越好，通信的可靠性越高。
SNR是一个正的dBm值，表示信号比噪声的强度。SNR越大，说明混在信号里的噪声越小。
LoRa技术的优势：
LoRa技术通过扩频调制技术和高效的信号处理机制，在低功耗和长距离条件下实现了可靠的数据传输。
LoRa调制本身具有良好的抗干扰能力，结合前向纠错(FEC)技术和扩频处理增益，显著改善了信噪比。
在低信噪比环境下，LoRa仍然可以维持较低的误码率，这得益于其使用CSS技术。
具体数值和环境影响：
在一个运转良好的GFSK接收端，最小信噪比(SNR)为8dB需要可靠地解调信号。而LoRa可以通过配置AngelBlocks解调信噪比为-20dB的信号，这相当于GFSK方式与LoRa方式之间的差距为28dB，这相当于范围和距离扩大了很多。
在户外环境下，6dB的差距就可以实现2倍于原来的传输距离。
实际应用中的监测和优化：
在实际应用中，可以通过代码读取LoRa模块当前的信噪比(SNR)，并根据SNR的读数调整频段选择、功率设置以及天线位置，以优化信号的质量。
监控SNR可以帮助确定最优的工作频率和调制参数，同时帮助识别潜在的干扰源。
理论和实验数据：
根据理论分析，RSSI(接收信号强度指示)和SNR是评估无线通信质量的重要指标。RSSI越接近于0.接收到的信号越强。例如，当RSSI为-65 dBm，噪声底为-90 dBm时，SNR为25 dB，意味着信号功率大于噪声功率，接收器可以解调信号。
实验数据显示，在某些情况下，RSSI为-120 dBm时，噪声底为-90 dBm，SNR为-30 dB，低于-20 dBm @ SF12的最小SNR，因此不能保证接收器能够解调信号。
LoRa信号在不同环境条件下的信噪比表现优异，尤其是在低信噪比环境下仍能保持较高的通信可靠性。
二、 如何优化LoRa系统的信噪比(SNR)以提高通信的稳定性和可靠性?
优化LoRa系统的信噪比(SNR)以提高通信的稳定性和可靠性，可以从以下几个方面进行：
增加扩展因子（SF）：
增加扩展因子可以降低RSSI值，但同时提高信号的稳定性和强度。例如，在带宽为125 kHz的情况下，SF为7、9和12时，RSSI值随扩展因子增加而降低。较高的SNR值通常意味着接收信号高于噪声门槛，从而提高通信质量。
使用高性能天线系统：
高性能天线系统可以增强信号功率，减少信号衰减和噪声引入。例如，增加天线增益可以提高信号功率，克服非视距(NLOS)和温度因素的影响，从而提高SNR值。
优化接收设备：
改进接收设备的灵敏度和抗噪性能，例如使用低噪声放大器(LNA)，可以最大化信号相对于噪声的比例，从而提高整个通信系统的信号质量。
采用线性调频扩频（CSS）调制：
LoRa技术通过采用线性调频扩频(CSS)调制，即使在低信噪比条件下也能支持通信。标准的LoRa解调方式是将整个线性调频的线性调频功率累加成频域的一个能量峰值，这样即使SNR低于-15dB也能支持通信。
优化传输参数：
通过调整LoRa的传输参数，如带宽和扩展因子，可以优化信噪比。例如，LoRa技术可以在非常低的比特率下传输，而FSK模块通常受限于1 kHz以下的带宽。因此，LoRa RFM9x模块的传输范围可以比FSK RFM22B模块长8倍，尽管这会增加电池消耗。
智能信号处理技术：
应用智能信号处理技术，如滤波器和噪声抑制算法，可以减少噪声干扰，提高信号质量。例如，在无线通信系统中，通过增强发射功率或改进信号源提高信号强度，采用屏蔽技术、滤波器和噪声抑制算法减少噪声干扰。
优化信道分配和资源管理：
通过优化信道分配和资源管理，可以减少干扰，提高信噪比。例如，合理分配信道资源，避免在同一频段内过多设备同时工作，从而减少干扰。
三、 LoRa技术中，扩频因子(SF)对信噪比(SNR)的影响
在LoRa技术中，扩频因子(SF)对信噪比(SNR)的影响主要体现在以下几个方面：
信噪比与扩频因子的关系：
扩频因子(SF)的增加会降低信噪比(SNR)。这是因为扩频因子越大，每个信息位所需的符号数量越多，导致数据量变大，从而降低了信噪比。例如，当扩频因子为6时，信噪比为-5 dB;而当扩频因子增加到12时，信噪比降低到-20 dB。
扩频因子对信号接收的影响：
尽管扩频因子的增加会降低信噪比，但它也有助于提高信号的抗干扰能力和接收灵敏度。在负信噪比条件下，较高的扩频因子可以改善接收机的灵敏度和链路预算，从而提高信号的覆盖范围和接收质量。
扩频因子与数据传输速率的关系：
扩频因子的增加会导致数据传输速率的降低。这是因为每个符号所能携带的信息比特数减少，从而降低了数据传输速率。例如，当扩频因子为6时，数据传输速率最快;而当扩频因子增加到12时，数据传输速率显著降低。
扩频因子的选择：
在实际应用中，扩频因子的选择需要根据具体的应用场景来决定。如果需要长距离通信且对数据速率要求不高，可以选择较高的扩频因子(如SF12)，以提高抗干扰能力和信号覆盖范围。反之，如果需要较高的数据传输速率，可以选择较低的扩频因子(如SF7)。
综上所述，扩频因子(SF)在LoRa技术中是一个关键参数，它通过增加信号的码片数量来提高信号的抗干扰能力和接收灵敏度，但同时也会降低信噪比和数据传输速率。
四、 LoRa信号的信噪比(SNR)低于-20 dB时的性能表现
在实际应用中，LoRa信号的信噪比(SNR)低于-20 dB时的性能表现如下：
解调能力：LoRa接收器能够解调低至-20 dB的信噪比信号。这意味着在SNR为-20 dB的情况下，LoRa设备仍然可以成功解码接收到的数据包。
通信质量评估：通过获取SNR值，可以评估通信链路的质量或健康状况。SNR低于-20 dB通常表示信号质量较差，噪声对信号的影响较大。
灵敏度和链路预算：在SNR为-20 dB的情况下，LoRa设备的灵敏度为-137 dBm。这表明在该信噪比下，LoRa设备仍具有一定的接收能力，但信号强度较低，可能需要更高的发射功率或更优化的网络配置来提高通信质量。
实际应用中的表现：在实际应用中，当SNR低于-20 dB时，信号可能受到较大的噪声干扰，导致数据传输的可靠性下降。因此，在设计LoRa网络时，需要考虑如何通过增加发射功率、优化扩频因子等手段来提高信号质量。
五、 LoRa信号的信噪比(SNR)与接收信号强度指示(RSSI)之间的关系
LoRa信号的信噪比(SNR)与接收信号强度指示(RSSI)之间的关系可以从多个方面进行分析。以下是详细的解释：
定义与基本概念：
RSSI：接收信号强度指示，表示接收到的信号功率大小，通常以dBm为单位。RSSI值越高，表示信号强度越大，但不能完全反映信号质量，因为它不区分信号和噪声的功率。
SNR：信噪比，表示信号功率与噪声功率的比值，通常以dB为单位。SNR值越高，表示信号质量越好，通信的可靠性也越高。
计算公式：
在高频(HF)端口下，RSSI的计算公式为：RSSI (dBm) = -157 + Rssi。
在低频(LF)端口下，RSSI的计算公式为：RSSI (dBm) = -164 + Rssi。
当SNR<0时，需要使用Packet Strength公式进行信号强度评估：Packet Strength (dBm) = -157 + PacketRssi + PacketSnr 0.25(或低频时，Packet Strength (dBm) = -164 + PacketRssi + PacketSnr 0.25)。
实际应用中的关系：
在LoRa通信中，通常同时使用SNR和RSSI来获得更准确的信号质量信息。SNR反映了信号中有用信息与噪声之间的关系，而RSSI则表示接收到的信号功率大小。
当SNR>0时，可以使用调整后的公式：RSSI = -157 + 16/15 PacketRssi(或低频时，RSSI = -164 + 16/15 PacketRssi)。
当SNR<0时，同样需要进行噪声干扰校正，在公式后面加上PacketSnr * 0.25.
信号强度与质量的关系：
LoRa接收机可以解调的最小信号强度是由RSSI和SNR中相对较差的一个决定的。
一般来说，RSSI值低于-100dBm、SNR值高于12dB都是良好的信号指标。
注意事项：
前端设置可能影响-157和-164常数，建议进行单点校准以提高RSSI精度。
当信号强度超过-100dBm时，PacketRssi的线性关系不再保证，需要进行校正。
LoRa信号的信噪比(SNR)与接收信号强度指示(RSSI)之间的关系是互补的。RSSI主要反映信号的强度，而SNR则反映信号的质量。
