LoRa2021是 G-NiceRF基于 Semtech 最新一代 LoRa 芯片 LR2021開發的無線收發模塊。它不僅延續了 LoRa 長距離通信的優勢，更實現了從“低速傳感”到“高速傳輸”的跨越。

LoRa2021 的接收靈敏度典型值達 -143 dBm(SF12/62.5 kHz)。LR2021 在 Sub-GHz 頻段新增對 FLRC的支持，其傳輸速率最高可達 2.6 Mbps（標準 LoRa 模式下可達 125 kbps）。顯著的帶寬提升讓 LoRa2021 能夠支持 圖像傳輸、語音/音頻片段推送以及更大規模的數據包更新。

并且該模塊覆蓋頻段廣泛，支持常用的 Sub-GHz（標配 433/470/868/915 MHz，可定制 150-960 MHz）和 2.4 GHz ISM頻段，并支持 1.5-2.5 GHz 高頻段（含 S 頻段衛星通訊），實現了從地面到衛星的覆蓋。有效解決了無公網覆蓋區域的通信問題，也無需針對不同國家開發不同版本的硬件。同一款產品可通過軟件配置適應全球不同市場，大大降低了 庫存壓力和 研發成本。

同時，在保持休眠電流 ≤2 μA的低功耗基礎上，LoRa2021 集成了 LR-FHSS 跳頻擴頻技術以應對強干擾環境，支持 RTToF 測距，并全面兼容 LoRaWAN、BLE 5.0及 Wi-SUN等主流物聯網協議。

為了驗證芯片的實際性能，特別是“FLRC 高速模式”以及“傳統 LoRa 模式”在實際場景下的傳輸距離，我們在深圳歡樂港灣進行了實地測試。

測試環境

為了客觀評估芯片的通信性能，我們選擇了以下兩個典型環境進行測試：

1. 海面環境（歡樂港灣摩天輪附近）

我們以歡樂港灣摩天輪附近為起點，跨越前海灣海面進行測試。

硬件配置清單

• 核心模塊：LoRa2021 (Semtech LR2021 芯片)
• 演示板：LoRa2021 DEMO V1.0

• 天線配合：SW868-ZD210 折疊棒狀天線(VSWR ≤ 1.5)

*如需查閱模塊引腳定義或詳細性能參數表，請查看文末的附錄章節。

實測數據

本次測試涵蓋了 FLRC 高速模式和 LoRa 長距離模式，并在 Sub-GHz 和 2.4 GHz 頻段下分別記錄了不同距離的實際接收包數。

測試環境參數：

• 模塊功率：21 dBm ± 1 dB (Sub-GHz) / 12 dBm (2.4 GHz)
• 測試頻點：5 MHz (Sub-GHz) / 2486.5 MHz (2.4 GHz)
• 發包數量：每組 100 包
• Payload Length：255 Bytes @ FLRC；10 Bytes @ LoRa

LoRa2021 丟包率實測統計表（接收數/發送數）：

性能表現

在本次 876 m / 1.4 km / 1.8 km三個距離點、每點 100 包的實測中，Sub-GHz 頻段整體鏈路裕量明顯更大。FLRC 在 1.8 km 仍可實現 Mbps 級速率且 PDR≥91%（Payload 255B）；LoRa 也在本次參數下表現非常穩定，多個檔位在 1.8 km 達到 PDR=100%（Payload 10B）。

相比之下，2.4 GHz 頻段在長距離高速檔位下更容易出現丟包，FLRC 2.6 Mbps 在 1.8 km 降至 PDR=52%(相關原因將在后文展開說明)，但降速后 PDR 明顯改善。不過，2.4 GHz LoRa 在 1.8 km 仍達到 PDR=96%，適合對全球通用頻段有要求的中遠距應用。

注：FLRC 與 LoRa 的 Payload 長度不同（255B vs 10B），因此“接收率”可用于各自模式內橫向對比，但不建議直接把兩種模式的 PDR 當作同等條件下的絕對優劣對比。

FLRC（Sub-GHz）在 1.8 km 仍可保持高速傳輸能力（255B Payload）

關鍵結果（PDR）：

• 6 Mbps：876 m/1.4 km/1.8 km = 100% / 96% / 91%（PER=9% @1.8 km）
• 3 Mbps：98% / 91% / 93%
• 650 kbps：100% / 99% / 95%
• 260 kbps：100% / 99% / 95%

在 1.4 km 內，2.6 Mbps 仍保持 PDR=96%，說明鏈路在“高速大包”條件下仍具備可用性。即使拉長到 1.8 km，最高速率 2.6 Mbps 仍有 PDR=91%；而 260–650 kbps 檔位則可穩定到 PDR=95%，更適合對穩定性更敏感的持續傳輸場景。至于個別距離點出現“更遠反而更高”的情況（如 1.3 Mbps 在 1.8 km 高于 1.4 km），這主要由現場環境（干擾/多徑/遮擋）引起，屬于正常波動。

建議選型：

如果需要“盡量快、仍可接受少量重傳”，優先考慮 2.6 或 1.3 Mbps。如果需要“明顯更穩但仍比 LoRa 快很多”，則優先選擇 650 或 260 kbps 檔位（PDR≈95% @1.8 km）。

FLRC（2.4 GHz）長距離高速衰減明顯但降速可顯著改善（255B Payload）

關鍵結果（PDR）：

• 6 Mbps：93% / 78% / 52%
• 3 Mbps：100% / 75% / 72%
• 650 kbps：100% / 81% / 79%
• 260 kbps：100% / 89% / 80%

在 1.8 km 處，2.6 Mbps 下降到 PDR=52%，說明此檔位已接近 鏈路邊界。2.4 GHz 相比 Sub-GHz 更容易出現信號損失，主要來自“鏈路預算”的疊加損失：發射功率少了 9 dB（12 dBm vs 21 dBm），再加上自由空間路徑損耗中僅頻率項就多約 9.2 dB（20log(2486/860.5)≈9.2 dB）。兩者合計產生了約 18 dB量級的預算差，再疊加 2.4 GHz ISM 頻段的環境干擾，更容易在遠距離高速下出現丟包。

建議選型：

若目標距離接近公里級且追求可用性，建議將 2.4 GHz FLRC 降速到 650/260 kbps（此時 1.8 km PDR≈79–80%）。若必須保持更高可靠性，則需要考慮提高天線條件/鏈路余量（如 外置 PA、天線增益、架高、優化方向性）或直接切換到 LoRa 檔位。

LoRa（Sub-GHz）可靠性高且長距離鏈路裕量充足（10B Payload）

關鍵結果（PDR）：

• 125 kbps（SF5/BW1000）：100% / 97% / 99%
• 5 kbps（SF5/BW500）：100% / 100% / 100%
• 7 kbps（SF9/BW125）：100% / 100% / 100%
• 98 kbps（SF10/BW125）：100% / 100% / 100%

即便在 LoRa 的高速檔（125 kbps），1.8 km 仍達到 PDR=99%，說明鏈路抗干擾與覆蓋能力非常強。而在更低速率檔位下（≤62.5 kbps），三段距離均實現了 100/100 全收，表現出明顯的長距離穩定性優勢，非常適合“低速但要穩”的遙測、抄表或告警類應用。

LoRa（2.4 GHz）在全球通用頻段也能覆蓋到公里級（10B Payload）

關鍵結果（PDR）：

• 5 kbps（SF5/BW812）：876 m/1.4 km/1.8 km = 100% / 94% / 96%（PER=4% @1.8 km）

在 2.4 GHz 的限制條件下仍能在 1.8 km 保持 PDR=96%，說明 2.4 GHz LoRa完全可作為“頻段統一/全球通用”需求下的 中遠距通信方案。

實戰應用策略

1. 速率配置“因地制宜”

• 圖傳/音頻/OTA (距離 < 1.8 km)：首選 FLRC 2.6 Mbps。實測在8 km 內仍有 90% 以上接收率，在 1.4 km 內更是完全可用，是傳統 LoRa 模塊無法實現的場景。
• 復雜工業/高頻采集 (距離 1~2 km)：推薦 FLRC 650 kbps或 LoRa 125 kbps。兩者都在8 km 處保持了優秀的連通率（>95%），且速率足以應對密集的傳感器數據。
• 極端環境/超長距離 (距離 > 2 km)：推薦選擇 LoRa 62.5 kbps 或更低。實測全路段 100% 接收率，表現出極佳的可靠性。

2. 天線安裝細節

SW868-ZD210 為垂直極化天線。在實際部署中，請務必保持天線 垂直豎立，并遠離金屬遮擋物。切記不要為了美觀將天線橫放或貼在金屬外殼上，這會導致極化失配，讓信號大打折扣。

3. 軟件層需具備“容錯”能力

無線環境充滿變數，信號的波動不可避免。建議在軟件應用層加入 ACK 重傳機制，特別是使用高速模式在距離臨界點工作時，重傳機制能有效修補偶發的丟包，保證用戶體驗。

4. 硬件統一化

LoRa2021 在 Sub-GHz 頻段可支持 LoRaWAN和 Sigfox, 也在 2.4 GHz 頻段兼容 Bluetooth? LE 5.0、IEEE 802.15.4（Zigbee/Thread）以及 Z-Wave。只用同一套硬件方案就能順暢地適配不同地區與不同生態的市場需求。

未來還有望實現手機藍牙直連配置，這會讓現場部署和維護簡單很多，工程人員不必再依賴額外的專用工具或復雜的入網流程。對強調 BOM 效率、希望“一套硬件走全球”的產品來說，這種跨生態兼容能力確實很加分。

5. 優化組網與功耗的技術

除了頻段和協議這些“硬指標”，LoRa2021 還有一些更底層、但對體驗影響很直接的特性，比如：

• 集成 SIMO 高效電源架構：芯片內置了 SIMO（Single-Inductor Multiple-Output）DC-DC 轉換器。相較傳統 LDO 供電方式，它能更有效地降低系統工作電流，例如 Sub-GHz 接收電流可做到 < 6 mA，在實際應用中通常意味著更長的電池壽命、也給整機功耗預算留出更大余量。
• LR-FHSS 的海量連接能力：除了抗干擾，LR-FHSS 技術還極大地提升了網絡容量。它允許大量節點在同一信道并發傳輸而不發生嚴重的信號沖突，非常適合 百萬級節點（如水電氣表）的密集部署場景。
• 增強型 CAD (信道活動檢測)：相比傳統芯片，它能以更低功耗快速偵聽信道。對于電池供電的“接收端”設備來說非常重要，能大幅延長待機壽命。
• 多擴頻因子同時接收：模塊能自動解調不同擴頻因子 (SF) 的信號。這意味著在點對點組網時，接收端無需預先“協商”速率，極大簡化了自組網的協議設計難度。
• 更高的頻率偏移容限：該芯片能適應惡劣的射頻環境。即使在戶外溫差導致晶振頻率漂移，或者存在復雜干擾時，它依然能穩定鎖定信號，同時支持采用低成本晶振以降低 BOM 成本。

6. 開發落地

針對開發者在落地層經常遇到的資料與代碼完整性不足、以及射頻開發中天線匹配的麻煩，G-NiceRF提供了“一站式”解決方案。 為確保方案的完整落地，G-NiceRF 不僅提供核心模塊，還提供包括智能天線在內的配套增強產品，以及 ODM/OEM 定制。

FAQ

Q1：LoRa2021 模塊支持 2.4 GHz，能否只使用一根 2.4 GHz 天線以節省成本？

A：不建議。

• 硬件架構原因：LoRa2021 模塊在硬件上分別引出了 Pin 9 (Sub-GHz) 和 Pin 10 (2.4 G/S 頻段) 兩個獨立的射頻接口，物理通路是分開的。
• 物理匹配原因：天線尺寸與波長必須匹配。強行用4 GHz 天線發射 Sub-GHz 信號，會導致嚴重的阻抗失配，大部分能量會損耗在電路板上，通信距離大幅縮減。
• 建議：務必設計雙天線（Sub-G + 2.4 G）。如果空間受限必須共用，則需要設計復雜的合路電路并配合特制的寬頻天線，這通常比雙天線方案成本更高且調試更難。

Q2：集成這么多功能，會不會導致功耗增加？

A：不會。LoRa2021 的休眠電流僅為 2 μA左右，與主流低功耗芯片持平。更重要的是，得益于內置的 SIMO DC-DC 轉換器和 FLRC 的高速率特性，在發送相同數據量時，射頻開啟的時間更短（Time-on-Air 減少）且電源轉換效率更高，系統平均功耗反而更低。

Q3：提到的 S 頻段衛星通信怎么用？

A：S 頻段（1.9-2.2 GHz）主要用于連接 EchoStar等衛星物聯網網絡。 注意：使用此功能要求設備必須處于室外開闊環境（能看到天空），并且需要向衛星運營商購買相應的網絡服務套餐。

Q4：自帶的測距功能 (RTToF) 精度如何？

A：它的精度屬于 米級。這肯定比不上厘米級的 UWB，但勝在 性價比高。對于不需要精確定位，只需判斷“貨物在哪個區域”或“離我大概多遠”的資產追蹤場景，它是一個無需額外硬件成本的實用選擇。

Q5：單芯片看起來單價貴了，為什么還說有成本優勢？

A：算賬不能只看單顆芯片的價格，要看系統 總成本 (BOM)。

• 精簡外圍與設計：LR2021 芯片本身集成了高效率的 SIMO DC-DC 轉換器，省去了外部電源管理芯片；同時，其單芯片支持多頻段（Sub-GHz/2.4 GHz）和多協議，可替代傳統的多芯片方案，減少 PCB 面積和外圍元件。
• 可靠性增值：LoRa2021 內置了 ESD 靜電保護電路，在節省外部 TVS 保護管成本的同時，進一步提升了產品在復雜工業環境下的可靠性。
• 隱性價值：單 SKU 設計支持全球部署，你只需要管理一顆核心物料，大大降低了缺貨風險和庫存管理的復雜性。

附錄：LoRa2021 引腳與性能參數

為了方便快速查閱，以下附上 LoRa2021 模塊的引腳定義及核心性能指標。

1. LoRa2021 模塊引腳

2. 核心性能參數