LoRaWAN網(wǎng)關(guān)覆蓋范圍駕駛測試

本文通過駕駛測試，說明了在不同通信距離處，LoRa節(jié)點不同增益條件對丟包率的影響，從而對RAK7249網(wǎng)關(guān)在城市環(huán)境中的LoRaWAN覆蓋范圍的影響。本次駕駛路線長約25km，本次測試是在城市道路空間、大型水體附近區(qū)域以及高大植被和建筑物附近區(qū)域的混合測試環(huán)境下進行的。此場景下傳播特性變化很大，可覆蓋不同場景（服務(wù)水平和非服務(wù)水平）的應(yīng)用。

一、測試條件

1、網(wǎng)關(guān)

LoRaWAN網(wǎng)關(guān)： RAK7249室外網(wǎng)關(guān)；

網(wǎng)關(guān)放置位置：?位于山頂建筑物的頂部；

海拔高度：比進行駕駛測試的道路高約500米；

網(wǎng)關(guān)所用天線：RAK 5.8dBi 玻璃鋼LoRa天線。

網(wǎng)關(guān)詳細參數(shù)見圖1。

圖1 ??LoRaWAN網(wǎng)關(guān)具體參數(shù)

2、節(jié)點

如表1所示，共4個節(jié)點，包括2個EU868頻段的節(jié)點，2個CN470頻段的節(jié)點。

EU868頻段的節(jié)點：一個帶有3dBi的天線，另一個帶0dBi的天線（天線增益非常低，幾乎可以忽略不計）；CN470頻段的節(jié)點：一個帶有3dBi的天線，另一個帶0dBi的天線（天線增益非常低，幾乎可以忽略不計）。

表1 ??LoRa節(jié)點具體參數(shù)

節(jié)點工作方式：所有節(jié)點都使用Class A，并每60秒左右發(fā)送15字節(jié)的消息。

節(jié)點采用LoRaWAN追蹤器模塊RAK5205，再加上室外防水外殼，形態(tài)如圖2所示。

圖2 ????LoRa節(jié)點示意圖（包括RAK5205及其外殼）

節(jié)點要么采用3dBi天線，要么采用0dBi的天線。

如圖3所示，節(jié)點的固定方式為，節(jié)點安裝在頂部且在處于靜止狀態(tài)的車輛中進行測試（車輛移動不會降低節(jié)點的性能）。

圖3 ??LoRa節(jié)點在車輛上的放置方式

3、 實際測試地圖

實際測試地點在北京市。LoRaWAN網(wǎng)關(guān)放置于蟒山國家森林公園，攜帶LoRa節(jié)點的車輛從昌平區(qū)的南邵鎮(zhèn)行駛到回龍觀鎮(zhèn)，具體行駛路線如圖4所示。

圖4 ??LoRaWAN網(wǎng)關(guān)在城市中的實際覆蓋范圍測試路線

二、測試結(jié)果

1、EU868頻段（節(jié)點1和節(jié)點2）

測試時的主要參數(shù)如下：

Spreading Factor：?從SF7 到?SF12

測試距離：?7km, 10km, 14km, 和?20km

節(jié)點?Tx Power：?17dBm, 23dBm

對于節(jié)點1和節(jié)點2（EU868頻段），測試結(jié)果如表2所示：

表2 ??TX功率17dBm時，節(jié)點1和節(jié)點2的測試結(jié)果

與預(yù)期的一樣，隨著距離的增加，RSSI下降，SNR 信噪比變?yōu)樨撝?。最后，速率需要從SF7切換到SF12，以便在距離網(wǎng)關(guān)更遠處的位置成功接收數(shù)據(jù)包。

使用3dBi的天線，我們在距離網(wǎng)關(guān)20公里處仍有0%的數(shù)據(jù)包丟失。而0dBi天線，丟包率則達到了75%，這是不可接受的。

可見，對于LoRa節(jié)點來說，增益大的通信距離會遠一些。

但是，需要注意的是，實際應(yīng)用中，有可能部署的設(shè)備密度較高，當部署的設(shè)備較為密集的時候，如果LoRa節(jié)點采用增益大的天線，則可能會互相干擾。

當然，在TX功率從17dBm增加到23dBm的情況下，如表3所示，我們得到了與表2類似的結(jié)果。但是，由于功率增加，信號效果更好一些。

表3 ??TX功率23dBm時，節(jié)點1和節(jié)點2的測試結(jié)果

2、CN470頻段（節(jié)點3和節(jié)點4）

測試時的主要參數(shù)如下：

Spreading Factor：?從SF7 到?SF12

測試距離：?7km, 10km, 和?22km

節(jié)點?Tx Power：?17dBm, 23dBm

對于節(jié)點3和節(jié)點4（CN470頻段），測試結(jié)果如下表所示：

表?4 ??TX功率17dBm時，節(jié)點3和節(jié)點4的測試結(jié)果

表?5 ?TX功率23dBm時，節(jié)點3和節(jié)點4的測試結(jié)果

CN470頻段的測試結(jié)果與EU868頻段的測試結(jié)果具有相同的趨勢。唯一值得注意的例外是，在22km處，節(jié)點3和節(jié)點4在接收數(shù)據(jù)包時都沒有問題（最壞的情況下，Tx@17dbm時，節(jié)點4的丟包率為1%），此時速率為SF7?。

三、總結(jié)

當LoRa節(jié)點采用足夠增益的天線時，LoRaWAN網(wǎng)關(guān)即使在城市中，也可以覆蓋到>20km的范圍。

部署的時候，需要注意的是，當LoRa節(jié)點為0增益時，則會導(dǎo)致丟包率在距離比較遠的時候不可接受。

但由于如果部署的節(jié)點密度較高，可能會導(dǎo)致互相干擾，因此，應(yīng)該在綜合考慮節(jié)點密度的前提下，盡可能為LoRa節(jié)點配備增益高的天線，這樣可以降低丟包率，提高LoRaWAN網(wǎng)關(guān)實際覆蓋的范圍。lw