LoRa规范及认证

​ 在使用LoRa设备时，必须遵循各区域无线电管理规范，尤其是工作频率、输出功率、占空比这些参数。只有当每个使用者都按照规范使用无线电设备时，自己受到他人的影响才是最小的。无论在国内还是国外，违反无线电发射规定都是要受到行政处罚的。

​ 由于LoRaWAN协议具有全球性和通用性，许多大项目都是由多个供应商提供LoRaWAN设备的。为了保证不同厂家的LoRaWAN设备具有兼容性，LoRa联盟推动了LoRaWAN认证。

一、LoRaWAN全球区域规范

​ LoRa联盟根据全球各区域无线电管理规范及LoRaWAN特点，制定了各区域不同的LoRaWAN参数。本小节主要针对欧洲、美国和中国的主要参数进行介绍。

1.欧洲区域规范

1）信道频率

​ LoRaWAN欧洲规范中有三个频率信道是所有设备作为入网使用必须具有的，如表6-1所示，其他的频率可以在ISM863～870MHz中选择125kHz带宽的任意信道。

表6-1 欧洲规范信道频率表

​ 在欧洲规范中，对终端设备的发射占空比有严格要求，必须小于 1%，建议采用LBT模式监听信道后再发送数据。

2）终端设备通信编码及最大载荷

​ 如表6-2所示，LoRaWAN欧洲规范中有8种定义的通信配置参数对应不同的通信速率DR0～DR7，其中DR0～DR5均为带宽125kHz的LoRa调制，其扩频因子为SF12～SF7，当终端设备进行ADR时会根据其信号强度和信噪比规划DR0～DR5中的一个作为下次通信的配置参数。DR6为带宽250kHz的LoRa调制，DR7为数据率为50kb/s的FSK调制。

表 欧洲规范通信编码及最大载荷表

​ 不同DR对应的数据率不同，所以其每包数据的最大载荷不同，表6-2中的最大载荷均为不兼容repeater模式下在MACPayload中和ApplicationLoad中的最大载荷M和N。

3）设备的输出功率

​ 欧洲规范中对终端设备的输出功率共有8挡可选，如表6-3所示，也是针对终端设备进行ADR时不同的输出功率选择挡位。欧盟无线电管理较为严格，其最大输出功率很小，仅为EIRP=16dBm。等效全向辐射功率（Equivalent Isotropic Radiated Power，EIRP），或叫有效全向辐射功率，16dBm可以理解为16dBm输出功率连接0dBi的天

线。

表 欧洲规范输出功率表

1.美国规范

1）信道频段

​ LoRaWAN美国规范中频道规范如图6-22所示，上行64路125kHz带宽的LoRa信道，其速率选择为DR0～DR3，采用4/5的前向纠错算法，其工作频率为902.3～914.9MHz，每隔200kHz一个信道。同时美国规范中还有8条500kHz带宽的LoRa上行信道，速率选择为DR4，频率为903～914.2MHz，每隔1.6MHz一个信道。可以看到这两种上行信道的频率是重叠的，由于LoRa具有不同扩频因子正交特性，在相同频段内，不会互相干扰。美国规范中下行信道为500kHz带宽的LoRa调制，其速率为DR8～DR13，其频率为923.3～927.5MHz，每隔600kHz一个信道。

图6-22 美国规范信道频段规划图

2）终端设备通信编码及最大载荷

​ 如表6-4所示，LoRaWAN美国规范中有11种定义的通信配置参数对应不同的通信速率，其中DR0～DR3均为带宽125kHz的LoRa调制，其扩频因子为SF10～SF7，用于上行信道。其中DR4为带宽500kHz的LoRa调制，其扩频因子为SF=8，用于高速上行信道。DR8～DR13为带宽500kHz的LoRa调制，扩频因子为SF=12～SF=7。

表6-4 美国规范通信编码及最大载荷表

3）设备的输出功率

​ 如表6-5所示，美国规范对输出功率管理比较放松，最大输出功率为EIPR为30dBm，其ADR调整的输出功率挡位有15挡。

表6-5 美国规范输出功率表

​ 美国LoRaWAN规范中给的带宽和输出功率都非常富裕，所以可以使用500kHz的带宽完成下行通信，欧洲频段无法使用500kHz频段很大原因是其最大输出功率很小，必须选择较低的通信速率换取灵敏度。

2.中国规范

中国的LoRaWAN频率有过多次尝试，最终确定为470～510MHz频段。

1）信道频段

​ 中国的LoRaWAN信道频段也发生过调整，根据2019年的调整，分为20MHz天线方案和26MHz天线方案，每种方案都有A、B两类。所有的频率规划和类别中上下行信道都为125kHz的SF=7～SF=12调制方式，前向纠错编码都选择4/5编码，且相邻信道频率间隔均为200kHz。

​ 图6-23（a）为20MHz天线A类，其具有两组上下行通道。第一组上行信道32个，频率为470.3～476.5MHz；下行信道为32个，频率为483.9～490.1MHz。第二组上行信道32个，频率为503.5～509.7MHz；下行信道为32个，频率为490.3～496.5MHz。

图6-23 中国频段LoRaWAN信道规划（20MHz天线）

​ 图6-23（b）为20MHz天线B类，其具有两组上下行通道。第一组上行信道32个，频率为476.9～483.1MHz；下行信道为32个，频率为476.9～483.1MHz。第二组上行信道32个，频率为496.9～503.1MHz；下行信道为32个，频率为496.9～503.1MHz。此方案的上下行信道功用相同频率。

​ 图6-24（a）为26MHz天线A类，上行信道48个，频率为470.3～479.7MHz；下行信道为24个，频率为490.1～494.7MHz。494.9～495.9MHz规划为下行信道参数使用，如beacon、ping-slot和RX2频率使用。RX2默认信道为第12个下行信道492.5MHz。

图6-24 中国频段LoRaWAN信道规划（26MHz天线）

​ 图6-24（b）为26MHz天线B类，上行信道48个，频率为480.3～489.7MHz；下行信道为24个，频率为500.1～504.7MHz。504.9～505.9MHz规划为下行信道参数使用，如beacon、ping-slot和RX2频率使用。RX2默认信道为第12个下行信道502.5MHz。

2）终端设备通信编码及最大载荷

​ 如表6-6所示，LoRaWAN中国规范中有6种定义的通信配置参数对应不同的通信速率，其中DR0～DR5均为带宽125kHz的LoRa调制，其扩频因子从SF=12～SF=7，用于上下行信道。

表6-6 中国规范通信编码及最大载荷表

3）设备的输出功率

​ 如表6-7所示，中国规范的输出功率在美国规范和欧洲规范之间，设备的射频输出要求小于E.R.P17dBm相当于EIRP19.15dBm，其ADR调整的输出功率挡位有8挡。

表6-7 输出功率表

​ 从欧洲、美国、中国三个区域的LoRaWAN规范可以看出，美国ISM频段管理最宽，欧洲是管理最严格的。

二、LoRaWAN认证

​ LoRaWAN认证项目为最终用户提供了保证，使应用终端设备将能够在任何LoRaWAN网络里工作。认证项目的范围确认终端设备满足LoRaWAN协议规范的功能要求。

1.认证项目

认证项目包括在以下文档里列出的一系列地区性测试。

• LoRa联盟欧洲863～870MHz区域终端设备认证。
• LoRa联盟美国、加拿大US902～928MHz区域终端设备认证。
• LoRa联盟亚洲923MHz区域终端设备认证。
• LoRa联盟韩国920～923MHz区域终端设备认证。
• LoRa联盟印度865～867MHz区域终端设备认证。

扩展性能测试：

​ 设备的射频性能对于成功部署LoRaWAN网络以及最大限度地使用设备可用的无线电频谱是至关重要的。联盟认证新的可选扩展RF测试将提供完整的3D辐射功率扫描，以及设备接收LoRaWAN数据包的灵 敏度图。这里注意，中国的LoRa联盟频率还没有列入测试中，LoRa联盟（中国）也正在筹备此工作。

​ 设备厂家在提交其产品来通过LoRa联盟认证之前必须成为LoRa联盟的成员。它们也必须使用授权认可的LoRa联盟认证实验室来进行功能协议测试。在测试成功完成之后，产品将被列入LoRa联盟网站上的认证产品目录，并获得LoRa联盟颁发的LoRa联盟认证证书。此外，在依照LoRa联盟标志使用政策与指导意见的情况下，成功通过联盟认证项目的产品可以在其产品与包装上使用LoRa联盟认证标志。

2.LoRaWAN认证流程

如图6-25所示，LoRaWAN的认证流程如下。

（1）联系LoRa联盟授权测试实验室（ATH）进行询价。

（2）完成认证调查问卷（LoRa联盟网站会员区或从ATH处）。

（3）准备认证样品。

（4）产品必须满足最新的LoRaWAN规范与地区性参数文档。

​ 图6-25 LoRaWAN认证流程图

（5）产品必须满足相关区域LoRa联盟终端设备认证要求的文件。

（6）发送你的产品到ATH，设备应准备好空中激活或已经被独立激活。

（7）ATH将执行认证测试并把结果提交给厂商和（或）联盟。

（8）测试通过则将结果提交给厂商或LoRa联盟。

（9）LoRa联盟将审核测试结果并颁发LoRaWANCertified证书。

​ 认证结果和基本产品信息会在LoRa Alliance网站上发布。如果需要，可以自定义发布日期以保持与产品发布日期一致。调查问卷中不想展现在网站上的数据可以申请保密。

1.LoRaWAN认证常见问题

LoRaWAN认证中的常见问题如下。

1）为什么要认证我的产品？

​ 答：LoRaWAN认证可确保任何LoRaWAN网络的互操作性和合规 性。通过认证来确保终端设备符合LoRaWAN协议规范的功能要求。通过认证还使您的产品可以使用LoRaWANCertified徽标。您还将在LoRaAlliance网站上收到认证过的产品列表，以及其他LoRaAlliance附带中的产品推广。销售到欧美的LoRaWAN设备，客户基本都要求通过LoRaWAN认证。

2）为了认证我的产品是否要先成为LoRaAlliance会员？

​ 答：是的，设备制造商必须是LoRaAlliance的成员才能将其产品提交为LoRaWANCertified，并且只有LoRa Alliance会员才有权使用LoRaWAN认证徽标。
3）什么样的产品可以进行LoRaWAN认证？

答：目前，认证计划适用于以下方面的A类设备：

​ EU863-870；EU433；US902-928；AU915-928；KR920-923；AS923；
​ 网关设备的认证计划尚未开通。不使用上述频段的地区的认证计划正在制定中。如果您对尚未拥有认证计划的设备进行预认证测试，您可以联系LoRaAlliance授权的测试服务提供商。

4）LoRaWAN认证主要测试什么？

​ 答：LoRaWAN认证测试终端节点功能，它测试节点的LoRaWAN协议栈和应用程序是否符合LoRaWAN规范。该认证可选择涵盖无线电性能。无线电性能包括辐射功率、无线电灵敏度等。

5）LoRaWAN认证是否会对法规认证（CE/FCC）有要求？

​ 答：没有要求。法规认证与测试可以在LoRaWAN认证测试之前、之后或同时进行。

三、中国LoRa无线电规范

​ 2019年11月28日中华人民共和国工业和信息化部（以下简称工信部）公告《微功率短距离无线电发射设备管理要求》。标志着中国针对LoRa的无线电管理规范尘埃落定。

​ 经过2017年12月，工信部无线电管理局发布《微功率短距离无线电发射设备技术要求（征求意见稿）》。到2018年11月28日，事情有了进一步的进展，工信部无线电管理局在认真梳理分析反馈意见建议，并与相关单位协调和沟通基础上，参考微功率短距离无线电发射设备国际使用和管理情况，依据我国无线电管理法律法规和相关行业管理规定，对征求意见稿进行了完善和修改。在工信部和LoRa行业生态伙伴的共同努力下历经三年多的权衡和讨论，最终确定下来。

​ LoRa属于微功率短距离的第四部分民用计量仪表：

​ 限在建筑楼宇、住宅小区及村庄等小范围内组网应用，任意时刻限单个信道发射。民用计量仪表设备应当具备“发射前搜寻”等干扰规避功能，且不能被用户调整或关闭。若使用频率与当地声音、电视广播电台频率相同时，不得在当地使用；若对当地声音、电视广播接收产生干扰时，应立即停止使用，待消除干扰或调整到无干扰频率后方可重新使用。

（1）使用频率：470～510MHz。

（2）发射功率限值：50mW（E.R.P）。

（3）发射功率谱密度限值：占用带宽小于或等于200kHz的，为50mW/200kHz（E.R.P）。占用带宽200～500kHz的，为10mW/100kHz（E.R.P）。

（4）单次发射持续时间：不超过1s。

（5）占用带宽：不大于500kHz。

（6）频率容限：100×10-6。
规范解读：

（1）干扰规避功能。如果使用LoRaWAN协议，其上下行通道都是采用8路跳频模式，具备干扰规避功能。若使用于单信道应用中，需要软件增加SX126X或SX127X的CAD侦听功能。在发包前，检测是否有干扰在信道中以实现LBT（ListenBeforeTalk）。欧洲和日本的设备都有LBT的要求。

（2）发射持续时长不超过1s。LoRaWAN协议中，原本SF=12参数下的最大包长度为59B，但是由于新规范要求发射持续时长不超过1s的，此时只能发送带有15B的短数据包，如表6-8所示。同理，SF=11由原来LoRaWAN协议中最大包长的59B变为现在的46B。其他的扩频因子受影响。

​ 注意：在实际应用中，应优先遵循当地的政策法规，再遵从行业的协议标准。这个1s的限制对于LoRa在智慧城市的超远距离应用有一定的影响，但总体来看，影响不大，采用Relay的手段可以大幅降低SF=12的使用。

表6-8 8路LoRaWAN扩频因子与载荷规范表

四、小结

本章介绍了多种LoRa协议，其中最关键的是LoRaWAN协议，也是市场上应用最多的协议。随着多个新的协议出现，也预示着LoRa有了新的应用扩展，在这些新的协议中，Relay协议是其他几个协议的基础技术。通过学习这些协议，在遇到应用时可以触类旁通，创造新的协议才是最重要的目的。说不定不久的将来，LoRaWAN协议的新一代版本中就有来自你的贡献。LoRa各地区和行业规范，是一定要严格遵从的。随着LoRa应用的扩展，原有协议的局限性就越明显，就好像我们用今天蓝牙5的眼光看待蓝牙2一样。看到协议的问题，说明技术在进步，下一代的产品会更好，只有掌握好了过去的协议，才能设计出更好的协议，从而带动产业链的产品开发和应用推广。