LoRa是2.4G吗?

  LoRa可以工作在2.4 GHz频段。LoRa技术不仅可以在传统的sub-GHz频段(如433 MHz和868 MHz)工作,还可以在2.4 GHz ISM频段中运行。这种2.4 GHz版本的LoRa利用了全球通用的2.4 GHz频段,具有更大的可用频谱和更高的数据速率,适用于更广泛的物联网应用。

  例如,Semtech公司推出的SX1280芯片支持2.4 GHz LoRa模块,这种模块在2.4 GHz频段下能够实现超长通信距离,并且具有较低的功耗和较强的抗干扰能力。此外,2.4 GHz LoRa技术还被应用于室内外定位、资产跟踪等场景,因其较高的带宽和较长的通信距离而受到关注。

  一、 LoRa在2.4 GHz频段的具体技术优势

  LoRa在2.4 GHz频段的具体技术优势主要体现在以下几个方面:

  抗干扰能力强

  LoRa通过扩频调制提供编码增益,即使在高信噪比下也能接收信号,增强抗干扰能力。

  LoRa信号仅占用Wi-Fi通道的一小部分,减少了成为干扰受害者的可能性。

  LoRa调制解调器采用前向纠错(FEC)和交织技术,前者允许在信息中引入冗余,后者重新分配信息包中的信息,以减少相邻位错误。

  LoRa在丢失符号内的数据前,最多可容忍一半的符号丢失,提供强大的抗干扰能力。

  低功耗

  LoRa模块通过提高接收机灵敏度,实现超强链路预算,无需高发射功率,从而实现超低功耗。

  与FSK系统相比,LoRa模块在相同数据速率下,灵敏度提高30dB,理论上可增加5倍传输距离。

  LoRa模块的超低功耗得益于直接序列扩频技术,提高了接收机灵敏度,降低了发射电流。

  长距离传输

  LoRa模块具有远距离传输的特点,通讯距离优于Zigbee,传输距离可达3千米。

  LoRa 2.4 GHz版本利用Chirp Spreading Spectrum (CSS) 调制技术,提供长距离传输能力。

  全球兼容性

  2.4 GHz频段在全球范围内是开放的,没有国家的许可要求,这使得来自不同国家的设备可以在没有频率兼容性问题的情况下在另一个国家工作。

  这个频段提供更高的数据速率,并与现有基础设施兼容,适合短距离的物联网部署。

  高数据速率

  2.4 GHz频段提供更高的数据速率,可达250 kbps,适合需要较高数据速率的应用,如仓库管理和施工现场监控。

  与其他技术的共存

  LoRa技术在Wi-Fi强干扰下仍能保持良好通讯效果,适用于需要长距离、低功耗和高可靠性的应用场景。

  二、 Semtech公司SX1280芯片支持2.4 GHz LoRa模块的详细规格

  Semtech公司的SX1280芯片是一款专为物联网(IoT)设计的高性能2.4GHz LoRa无线收发器,具有多种调制方式和卓越的性能参数。以下是其详细规格和性能:

  1. 主要特性

  工作频段:2.4GHz至2.5GHz。

  调制方式:支持LoRa、FLRC和GFSK调制模式。

  最大输出功率:20dBm(约86mW)。

  接收灵敏度:-132dBm@LoRa。

  通信距离:在理想条件下可达6公里,实际应用中受环境、干扰和硬件配置影响,通信距离可达20到2000米。

  发射电流:45mA。

  接收电流:10mA。

  休眠电流:3uA。

  接口:主要采用SPI接口进行数据传输,支持0.595k~2Mbps的数据传输速率,有四种模式,由CPOL和CPHA位决定。

  测距功能:集成时间飞行(Time-of-Flight, TOF)功能,适用于测距应用。

  兼容性:兼容蓝牙协议,扩展了应用场景。

  2. 技术优势

  超长距离通信:通过优化的物理层和多种调制方式,SX1280能够在2.4GHz频段实现远距离通信,特别适合于需要高数据速率的视频传输和安全监控应用。

  低功耗设计:SX1280具有出色的低功耗性能,适用于长距离、低功耗通信场景。

  抗干扰能力:LoRa调制方式通过扩频技术提高信号抗干扰能力和传输距离,而FLRC调制方式提供更高有效数据速率,适用于高数据速率需求的应用。

  3. 应用领域

  SX1280芯片适用于多种物联网应用,包括但不限于:

  •   智能家居
  •   安全系统
  •   定位追踪
  •   穿戴设备
  •   智能手环与健康管理
  •   智能农业
  •   智慧医疗
  •   智能交通
  •   环境监测
  •   可穿戴设备
  •   零售业

  模块型号及差异

  基于SX1280芯片,思为无线研发了多款LoRa模块,包括LoRa1280、LoRa1280-TCXO、LoRa1280F27和LoRa1280F27-TCXO。这些模块的主要区别在于认证、测距功能、最大输出功率、工作电压范围、发射电流、接收电流、休眠电流、晶振、传输距离、内置LNA、功率放大器(PA)和尺寸。其中,LoRa1280F27和LoRa1280F27-TCXO支持测距功能,最大输出功率更高,工作电压范围更宽,且具有内置LNA和功率放大器,传输距离可达4km。

  测距功能

  SX1280芯片集成了时间飞行(TOF)功能,通过记录两个SX1280之间特殊数据包交换的时间飞行来测量距离。在实际测试中,测距功能表现良好,测距范围可达40km以上。

  兼容性

  SX1280芯片兼容多种接口和协议,包括SPI、UART、I2C、ADC和USB等数字接口,以及通用数字输入输出(DIO)。此外,SX1280还支持多种调制方式和数据传输速率,适用于不同的应用场景。

  三、 2.4 GHz LoRa技术在室内外定位和资产跟踪应用中的实际表现

  2.4 GHz LoRa技术在室内外定位和资产跟踪应用中的实际表现和案例研究如下:

  1. 室内定位和资产跟踪

  BLE + LoRa组合

  BLE(蓝牙低功耗)和LoRa技术的结合为室内定位和资产跟踪带来了新的机遇。BLE适用于室内定位,而LoRa则提供远程、低功耗通信。这种组合通过标签、信标和网关三个部分实现室内定位,减少了硬件需求,降低了安装成本和复杂性,同时提高了覆盖范围和连接稳定性。

  BLE + LoRa设备通过算法和过滤器处理数据,用户可以使用移动或Web应用程序查找位置或资产。这种解决方案解决了安装、成本和规模的挑战,降低了对现有基础设施的依赖,简化了IT团队的工作,提高了投资回报率。

  LoRa技术的室内传输性能

  LoRa技术在室内环境下的传输距离通常在数百米内,受限于建筑物材质、厚度和室内环境条件。尽管如此,LoRa技术的低功耗、高信噪比和抗干扰能力使其成为室内定位的有效选择。

  优化LoRa网络配置的方法包括选用高增益天线、调整节点功率、减小接收端Pr值、调整扩频因子、优化天线设计、使用ADR技术、优化调制方式和增加天线高度。

  实际案例

  化工厂人员定位系统:利用LoRa技术实现化工厂内的人员定位,确保员工的安全和高效管理。

  基于LoRa指纹的室内定位算法:通过LoRa技术实现高精度的室内定位,适用于医院、养老院、学校等场所。

  超低功耗物联网定位解决方案:利用LoRa技术实现超低功耗的物联网定位解决方案,适用于零售店传感器、智能家居等场景。

  2. 室外定位和资产跟踪

  LoRa 2.4 GHz无线RF解决方案

  SX1280和SX1281是两款在2.4 GHz频段上提供超远距离通信的低功耗无线收发器,适用于跟踪定位人、宠物、无人机和工厂中物的应用。这些设备具有高灵敏度、低功耗和高链路预算,适合小型电池设计,室外现成距离测试显示FLRC可达2.3 km,LoRa 2.4 GHz可达3.6 km。

  动物追踪器方案

  基于Semtech SX1280 LoRa芯片的2.4G电波测距技术的动物追踪器方案,利用LoRa芯片在2.4G ISM频段进行无线测距,具有高精度测距、低功耗设计、室内定位能力和强兼容性等核心技术优势。

  全球定位应用

  LoRa Edge LR1120芯片支持多频段通信,拓展全球定位应用。客户可以根据实际需求进行不同的组合,例如Sub-GHz和2.4GHz的组合,Wi-Fi和2.4GHz的组合,或是Sub-GHz和GNSS的组合。这些组合方案可以实现高精度定位。

  2.4 GHz LoRa技术在室内外定位和资产跟踪应用中表现出色。在室内环境中,BLE + LoRa组合提供了经济、易用且高效的解决方案,适用于零售、医院和制造业等领域。在室外环境中,LoRa技术通过其高灵敏度、低功耗和长距离通信能力,广泛应用于人员、宠物、无人机和工厂设备的跟踪定位。

  四、 2.4 GHz版本在物联网应用中的优势和局限性。

  与传统sub-GHz频段的LoRa相比,2.4 GHz版本在物联网应用中的优势和局限性如下:

  1. 优势:

  更高的数据速率

  2.4 GHz版本的LoRa支持更高的数据速率,这使得实时过程监控和无缝无线更新成为可能。相比之下,sub-GHz频段的LoRa通常具有较低的数据速率,适合低速率的长距离通信。

  更好的兼容性

  2.4 GHz频段的LoRa更容易实现与其他无线标准(如Wi-Fi和蓝牙)的兼容性。这意味着可以在同一无线电硬件上同时运行LoRa和蓝牙低功耗(BLE),从而简化了设备的互操作性。

  更广泛的市场接受度

  2.4 GHz频段的LoRa芯片价格通常低于sub-GHz频段的芯片,这使得其更具经济性。此外,2.4 GHz频段的芯片已经广泛应用于各种物联网设备中,如智能家居、医疗设备等。

  减少干扰

  LoRa 2.4 GHz标准在四个选定的频道上运行,以减少与蓝牙低功耗和Wi-Fi之间的干扰。这有助于提高通信的稳定性和可靠性。

  2. 局限性:

  信号范围和穿透力

  sub-GHz频段的LoRa在长距离通信和穿墙能力方面具有明显优势。相比之下,2.4 GHz版本的LoRa虽然数据速率较高,但其信号范围和穿透力可能不如sub-GHz版本。

  功耗问题

  虽然2.4 GHz版本的LoRa在某些情况下可以提供更高的数据速率,但其功耗可能更高,特别是在需要长时间电池供电的应用中。相比之下,sub-GHz版本的LoRa通常具有更低的功耗,更适合低功耗、长距离的物联网应用。

  频谱干扰

  尽管2.4 GHz频段的LoRa通过特定频道的选择减少了干扰,但在高密度部署场景下,仍可能面临较大的频谱干扰问题。相比之下,sub-GHz频段的LoRa由于频谱干扰较少,更适合大规模物联网部署。

  2.4 GHz版本的LoRa在数据速率、兼容性和市场接受度方面具有明显优势,但在信号范围、功耗和频谱干扰方面存在一定的局限性。选择哪种版本的LoRa技术应根据具体应用场景的需求来决定。例如,在需要高数据速率和良好兼容性的场景中,2.4 GHz版本可能更合适;

  五、 有哪些其他公司或产品支持2.4 GHz LoRa技术?

  目前市场上支持2.4 GHz LoRa技术的公司和产品包括:

  Semtech

  SX1280SX1281 收发器:这些芯片支持2.4 GHz频段的LoRa调制,适用于全球部署,无需频谱协调问题。这些产品特别适用于海运和洲际物流应用。

  LR1120:这是行业首款集成LoRa Edge收发器的超低功耗、高度集成的多技术定位解决方案,支持2.4 GHz LoRa调制。

  思为无线

  LoRa1280:这是一款基于Semtech SX1280芯片的高性能物联网无线模块,支持2.4 GHz频段的LoRa调制,具有高接收灵敏度和环境抗干扰能力。

  RF Solutions

  LAMBDA80C-24D 系列 LoRa 模块:这些模块采用Semtech SX1280 LoRa技术,提供超长距离和高干扰免疫能力,同时保持低功耗。

  骏晔科技(DreamLNK)

  提供多种类型的射频模块和智能物联网解决方案,包括2.4G模块和LoRa模块。

  Embit

  提供多种无线模块和嵌入式系统,支持2.4 GHz频段的LoRa技术。

  深圳市鑫富立科技有限公司

  提供SEMTECH/升特系列的SX1281IMLTRT产品,支持2.4 GHz频段的LoRa调制。

  Würth Elektronik

  提供多种无线模块,包括基于Nordic nRF52840芯片组的Thyone-I和Thetis-I模块,支持2.4 GHz频段。

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