在當代物聯網組網場景中，隨著傳感器網絡規模的不斷擴大與入網設備數量的持續增長，信道擁擠、信道干擾與信號失真等現象已愈發凸顯，且同一場景下往往還存在著多種通信速率需求，傳統通信技術已越來越難以支撐規?；奈锫摼W組網需求，因此在綜合考慮建設成本、運行功耗、傳輸距離與網絡容量等因素下，LPWAN（低功耗廣域網）技術應運而生。

LoRaWAN的通信協議棧

其中，LoRaWAN作為LPWAN 技術的典型代表，在物理層中采用了線性調頻擴頻調制技術 CSS（Chirp Spread Spectrum），用以進行可靠的低功耗無線通信，在眾多物聯網場景中展現出了巨大的應用潛力，是應對當前物聯網規模化組網通信困境的有效解決方案之一。

LoRaWAN 協議，物聯網無線通信的“潛力股”

關于LoRaWAN所采用的 CSS 技術，其原理為將數據信號在頻域上進行擴展，可簡單理解為將一個數據信號分為多個部分（信號擴展），而后將其分布在不同頻率中進行傳輸。

CSS 技術不僅能有效提升信號的抗干擾能力，且即使在傳輸過程中有部分信號受到干擾，接收端也能通過其他部分的信號還原出完整的數據信號，具備在低信噪比環境中實現穩定通信的能力。

擴頻因子簡示圖

LoRaWAN所傳輸的數據信號主要攜帶在不同的 chirp（線性調頻）信號中，chirp信號指頻率線性增加/降低的無線信號，而不同擴頻因子（SF6~SF12）可表示不同chirp信號中可進行數據傳輸的比特量。

如上圖所示，在帶寬、頻率、發射功率、編碼率和傳輸數據量相同條件下，擴頻因子越大，則其數據進行傳輸的時間越長，因此數據傳輸率越低，但擴頻因子越大同時也意味著數據傳輸更可靠，數據傳輸距離更遠，數據傳輸所需的信噪比更低。在相同帶寬下，擴頻因子SF6的數據率最高，擴頻因子SF12 的數據率最低。

LoRaWAN還可調制信道帶寬，通常而言，增大帶寬可增加數據傳輸速率，但會犧牲部分接收靈敏度。目前LoRaWAN最低可支持調至7.8kHz，低于62.5kHz必須要使用TCXO以確保精度，在中國大陸，LoRaWAN常用的信道帶寬為125KHz、250KHz和500KHz。

擴頻因子12所對應的其他通信參數

值得一提的是，由于LoRa信號可在不同擴頻因子中進行傳輸（SF6~SF12），且不同擴頻因子還可以使用相同的信道(不同的擴頻序列之間是正交的，因此頻率可以復用)，因此LoRaWAN協議可靈活適應不同速率與不同傳輸距離的物聯網組網需求。

從成本角度上看，由于 LoRa 技術的廣泛應用，LoRaWAN 終端設備和LoRaWAN網關的價格已較為親民。

同時，由于 LoRa 技術使用的是免費的非授權頻段（ISM頻段：433MHz、868MHz、915MHz 與2.4GHz），且其只需少量的網關就可實現較大范圍的部署規模，網絡建設成本較低。

而在維護方面，由于LoRa模塊具有深度休眠和喚醒功能，可在不通信時進入休眠模式，因此其電池更換頻率低，維護成本也相對較低。

LoRaWAN 協議，精準賦能物聯網

憑借著遠距離通信、低功耗、低成本與強抗干擾能力等顯著優勢，LoRa 技術已被廣泛應用在工業自動化、智慧城市、智慧農業與智慧物流等多個領域中，為各行業的數字化與智能化發展提供了有力支持。

LoRaWAN 協議應用在工業領域中的優勢 圖源：LoRa聯盟官網

LoRaWAN的網絡架構采用星型拓撲結構，其中網關在終端設備與中央網絡服務器之間進行消息中繼。網關通過標準IP連接進行通信，其核心功能是將射頻數據包與IP數據包進行雙向轉換。

憑借LoRa物理層的遠距離傳輸特性，終端設備與網關之間僅需單跳鏈路即可實現通信。該系統支持雙向數據傳輸，并具備組播尋址功能，這使得在固件無線升級（FOTA）等操作中能夠實現高效的頻譜利用率。

LoRaWAN 網絡架構簡示圖 圖源：LoRa聯盟官網

此外，LoRaWAN協議中還定義了LoRaWAN終端設備的三種工作模式，它們分別是Class A、Class B與Class C，這三種工作模式基本覆蓋了物聯網所有的應用場景。

其中，Class A模式為雙向異步通信，上行傳輸后開啟2個短暫下行窗口接收響應，功耗最低。

Class B模式主要通過Beacon同步時間，額外開放預定義接收窗口，平衡通信延遲與功耗。Class C模式則持續監聽下行鏈路，延遲最低但功耗最高，適用于緊急控制場景。

LoRaWAN 終端設備的三種工作模式

例如，RFM6601就是一款用于構建LoRa網絡的低功耗LoRa模塊，其采用了先進的數?；旌显O計，基于獨創自適應速率算法，可高效連接物聯網并延長LoRaWAN設備的使用壽命，并已通過FCC認證。

RFM6601具有低功耗，高靈敏度，遠距離通信，高性價比等優點，同時能夠提供豐富的外設功能，包括多個通用GPIO，32.768 KHz外部晶體振蕩器，信道偵聽，高精度RSSI，以及12位高速ADC及DAC等。

展望未來，隨著物聯網技術的不斷進步，LoRa 技術也將會不斷完善與創新，其數據通信速率、網絡容量等性能指標有望得到進一步提升，以滿足不斷增長的物聯網應用需求。我們相信，LoRa技術在未來將會繼續推動工業系統的創新和發展，為用戶提供更加智能、便捷、舒適的使用體驗。