最大化 LoRa 长距离，秘籍2：接收灵敏度

摘要：

为了测试 node & gateway 射频板接收灵敏度，基于频谱仪搭建了测试环境，使用“差值法”测量了各器件的衰减值，采用科学的测试方法，详细记录了测试数据，并对射频性能做出分析结论。

 

Wisdom, dwell together with prudence; I possess knowledge and discretion. 　

智慧以灵明为居所，又寻得知识和谋略。－－《旧•箴》8：12

 

引言

正如《最大化 LoRa 长距离，您应该知道的完整秘籍》，提高接收灵敏度可有效延长通信距离。https://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/86012877

为此，我们针对 LoRa 通信的 2 大实体：gateway 和 node 测试接收灵敏度。

 

1 测试对象

LoRaWAN 节点模块

 

LoRaWAN 网关射频模块

 

2 工具与环境

测试所使用的仪器设备主要有：频谱仪（KEYSIGHT N9030A）、射频线缆、转接头（SMA-JJ、SMA-KK、N-KK、N-SMAJK）、可调衰减器、定值衰减器、屏蔽盒、PC。测试环境为实验室环境，室温23℃，相对湿度30%-60%。

3 测试方法

3.1 测试环境

首先，将待测设备置入屏蔽盒中，并将其射频端口用射频线、转接头接入定值衰减器一端。

然后，将发射设备置入另一个屏蔽盒（测试网关时终端节点作为发射设备，测试终端节点时网关作为发射设备），也将其射频端口用射频线、转接头接入可调衰减器一端。

最后，将定值衰减器和可调衰减器用20m射频线缆连接起来，并尽量保证两个屏蔽盒的空间距离足够远（测试时可以将2个屏蔽盒放置在不同的房间，以免屏蔽效果不好而引入空间辐射传导干扰）。

3.2 测试项目

其中，Freq代表待测样品理论频率值，以实际应用中的发射功率起始点486.3MHz为中心，向两端延伸，越远离中心，间隔越大；SNR和RSSI分别代表接收信噪比及接收信号强度（射频芯片读数，供参考），PER代表误码率。

 

3.3 测量衰减值

如下图所示，测试各连接器件（射频线缆、转接头）及衰减器的实际衰减。

采用差值法测试，将发射设备功率固定，将连接器件依次添加，置于发射设备与频谱仪之间，分别测试各情况下的发射功率，其差值即为添加连接器的实际衰减。
例如，将发射设备用一根1m射频线缆与频谱仪相连，所测功率为20dBm，采用两根1m射频线缆相连，所测得功率为19.33dBm，那么一根1m射频线缆的实际衰减即为0.67dB。

3.4 测试灵敏度

给发射设备上电，设置好发射频率及SF值（例如Freq=450MHz，SF=12），并让其以固定功率不断发射信号（发射功率保证可调，后续步骤需要调节），调节可调衰减器到合适值（根据待测设备的理论接收灵敏度调节），给待测设备上电，设置其接收频率及SF值（与发射设备保持一致），观察其误码率，调节发射功率及可调衰减器，直到待测设备的误码率“刚好”为0（即临界点），记录此时的发射功率及相应的SNR及RSSI值；

对照《最大化 LoRa 长距离，秘籍1：发射功率》中发射功率的测试记录

（https://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/86716632），找出对应频率及功率等级下的实际发射功率，再对比步骤1中的各连接器实际衰减值算出实际衰减，两者的差值即为待测设备该频率及SF值下的接收灵敏度，计入数据记录表格。

4 测试数据

4.1  node 接收灵敏度

根据测试结果，可以看出，node接收灵敏度在全频段内差异不大，仅在频率较低时（450MHz）有一定跌落，总的来说，当SF=12时，接收灵敏度为-137dbm左右，与官方手册宣传值相同。

本测试的误码率PER=0，若是将误码率范围增加到普遍要求的5%，接收灵敏度也会有一定提升。综上，我们认为该设备的接收灵敏度性能优秀。

4.2  gateway接收灵敏度

根据测试结果，可以看出，Gateway的接收灵敏度仅在450MHz频点下不甚理想，在其余频点均在-130dbm以下（SF=12时），而在中心频点（486.3MHz）达到了-138.35dbm（PER=0），当PER=5%时，486.3MHz处的接收灵敏度超过了-140dbm，接近理论值。

因为中国地区 LoRa 频段中心为 490MHz，，此时的接收灵敏度是非常可观的。

5 测试结论

综上所述，我们对node & gateway射频板的接收灵敏度进行了全方位测试，所得结果符合我们的预期。

对于接收灵敏度而言，在我们实际应用的频率范围内，两种设备在不同频率下的接收灵敏度都比较平稳，易于控制，在常用的频率下（486.3MHz），接收灵敏度与理论值差异很小，node达到了-137dbm，gateway达到了-140.35dbm。