最大化 LoRa 长距离,秘籍2:接收灵敏度

2021年6月28日 1点热度 0条评论 来源: RimeLink

                     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。

    原文作者:RimeLink
    原文地址: https://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/86736244
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