在无线通信技术快速发展的背景下，低功耗广域网（LPWAN）技术因其远距离传输、低功耗和低成本特性，在物联网（IoT）领域得到广泛应用，LoRa（Long Range）技术作为一种典型的LPWAN解决方案，凭借其出色的链路预算和抗干扰能力，成为物联网应用的主流选择之一，随着无线频谱资源日益紧张，以及物联网设备数量的爆炸式增长，LoRa相近频段技术的研究与应用逐渐受到行业关注，这些技术通过在相近频段内优化频谱利用、提升通信性能,为物联网的规模化部署提供了新的可能性。
LoRa技术及其频谱基础
LoRa技术由Semtech公司于2012年推出，采用扩频频移键控（CSS）调制技术，通过 chirp 信号实现远距离通信，其工作频段通常为非授权频段，如欧洲的868MHz、美国的915MHz、中国的470-510MHz等，这些频段具有传播损耗低、穿透能力强等特点，适合物联网设备的长距离覆盖，LoRa的扩频因子（SF）可调，范围从7到12，不同的SF值对应不同的传输速率和抗干扰能力，SF值越大，传输距离越远，但速率越低，反之亦然，这种灵活性使LoRa能够根据应用场景需求在性能与功耗之间取得平衡。
非授权频段的开放性也带来了频谱拥挤和干扰问题，随着LoRa设备数量的增加，同频干扰、邻频干扰等问题日益突出，尤其是在城市密集区域或多个LoRa网络重叠部署的场景下，通信性能可能显著下降，物联网应用的多样化（如智能抄表、环境监测、资产追踪等）对频谱资源的需求也呈现差异化，单一的LoRa频段已难以满足所有场景的需求，研究LoRa相近频段技术，通过频谱扩展、动态频谱接入、多频段协同等方式提升频谱利用效率,成为解决上述问题的关键。
LoRa相近频段技术的核心方向
LoRa相近频段技术并非指单一的新技术，而是围绕LoRa技术体系，在相近频段内进行优化和扩展的一系列技术方案，主要包括以下几个方面：
多频段协同与动态频谱接入
为了应对单一频段的拥挤问题，多频段协同技术通过同时利用多个相近频段（如868MHz与915MHz，或470MHz与779MHz）进行数据传输，实现频谱资源的负载均衡，具体实现方式包括：
- 频分复用（FDD）：将不同业务分配到不同频段，例如控制信令使用高频段（如915MHz），数据传输使用低频段（如868MHz），降低同频干扰概率。
- 动态频谱接入（DSA）：实时监测各频段的干扰水平和占用情况，通过智能算法动态选择最优频段进行通信，当868MHz频段干扰较强时，设备可自动切换至915MHz频段传输数据，避免持续干扰。
多频段协同技术的优势在于显著提升频谱利用率，降低单频段负载，但同时也增加了系统的复杂度和功耗，需要通过优化算法和硬件设计（如多频段射频前端）来实现平衡。
窄带LoRa（NB-LoRa）与频谱效率优化
传统LoRa技术虽然具有远距离传输能力，但其带宽通常为125kHz或500kHz，在频谱效率方面存在一定局限，窄带LoRa（NB-LoRa）通过进一步压缩带宽（如降至15kHz或更窄），在相近频段内实现更多信道划分，从而提升频谱密度，在868MHz频段，传统LoRa可划分3个125kHz信道，而NB-LoRa可划分10个以上15kHz信道，信道数量提升3倍以上。
窄带LoRa的代价是传输速率进一步降低，但其功耗和抗干扰能力也随之增强，适用于对数据速率要求极低、但对电池寿命和可靠性要求极高的场景，如智能水表、地下管网监测等，通过结合自适应速率控制技术，NB-LoRa可根据信道条件动态调整带宽和传输速率,在频谱效率和通信性能之间实现动态平衡。
邻频干扰抑制与共存技术
LoRa相近频段技术面临的核心挑战之一是邻频干扰，即相邻频段的信号由于滤波不完善或非线性效应而相互干扰，为解决这一问题，业界提出了多种干扰抑制技术：
- 优化射频前端设计：采用高选择性滤波器和线性功率放大器，减少发射信号的带外辐射和接收机的邻频干扰。
- 动态功率控制（TPC）：根据距离和干扰水平调整发射功率，在保证通信质量的前提下，降低对邻频信号的干扰。
- 频谱感知与避让：设备通过实时监测频段占用情况，主动避开高干扰频段，或采用低功率突发通信方式减少干扰持续时间。
LoRa与其他无线技术（如NB-IoT、Wi-Fi、ZigBee）在相近频段的共存问题也备受关注，通过制定频谱共享协议（如LoRa与NB-IoT的动态频谱接入协调），或采用认知无线电技术，使不同系统在时间、频率或空间维度上共享频谱资源,提升整体频谱利用效率。
LoRaWAN与多频段网络架构
LoRaWAN是LoRa技术的网络协议标准，定义了终端、网关和服务器之间的通信架构，为支持相近频段技术的应用，LoRaWAN协议进行了相应优化，包括：
- 多频段网关：网关支持多个频段的同时接收和转发，实现不同频段数据的汇聚与融合。
- 终端频段自适应：终端设备可根据预设策略或网络指令，自动切换工作频段，支持多频段漫游和切换。
- 网络服务器优化：网络服务器通过分析各频段的负载和干扰情况，为终端分配最优频段和路由，提升网络整体性能。
在一个覆盖城市的LoRaWAN网络中，网关可同时接收868MHz（欧洲标准）和915MHz（美国标准）频段的数据，终端设备根据所在区域支持频段自动选择通信频段,实现跨区域无缝连接。
LoRa相近频段技术的应用场景
LoRa相近频段技术的应用场景广泛，主要集中在对频谱资源需求高、干扰环境复杂的物联网领域：
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智慧城市：在智能路灯、环境监测、智能停车等场景中，大量设备需要长期稳定通信，通过多频段协同技术，可避免单一频段拥挤，确保数据传输可靠性，智能路灯控制信号可通过高频段（915MHz）传输，而环境传感器数据通过低频段（868MHz）传输，实现不同业务的频谱隔离。
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工业物联网（IIoT）：工厂环境中，LoRa设备需与Wi-Fi、蓝牙等其他无线系统共存，采用窄带LoRA和动态频谱接入技术，可减少工业设备对LoRa系统的干扰，同时提升频谱利用效率，满足设备状态监测、预测性维护等场景的低速率通信需求。
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农业与环境监测：在农田监测、森林防火等场景中，设备分布广泛且部署环境复杂，LoRa相近频段技术通过低频段（如470MHz）的远距离传输能力，结合多频段切换，确保在复杂地形下的信号覆盖，同时通过窄带技术延长电池寿命，降低维护成本。
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资产追踪与物流：在物流和资产追踪中，设备需在移动场景下保持通信连接，多频段LoRa终端可根据位置和信号强度动态切换频段，实现跨区域的连续覆盖,避免因单一频段干扰导致的通信中断。
相关技术挑战与未来趋势
尽管LoRa相近频段技术具有显著优势，但其规模化应用仍面临一些挑战：
- 频谱监管差异：不同国家和地区对非授权频段的规定不同（如中国的470-510MHz频段有发射功率限制），相近频段技术的部署需符合当地法规。
- 硬件成本与复杂性：多频段终端和网关的设计增加了硬件成本和功耗，需要在性能与成本之间找到平衡点。
- 标准化进程：目前LoRa相近频段技术的协议和接口尚未完全统一，不同厂商设备间的兼容性问题可能影响网络部署。
随着物联网技术的进一步发展，LoRa相近频段技术将呈现以下趋势：
- 与AI/ML技术结合：通过人工智能算法优化动态频谱接入和干扰抑制，提升频谱利用效率和网络智能化水平。
- 与5G/6G融合：LoRa相近频段技术作为5G/6G物联网的补充，在低功耗、广覆盖场景中发挥重要作用，形成“天空地一体化”的物联网网络架构。
- 绿色节能设计：通过更低功耗的硬件设计和更高效的频谱利用技术，进一步延长终端设备电池寿命，降低物联网的碳排放。
相关问答FAQs
Q1：LoRa相近频段技术与传统LoRa技术相比，有哪些优势？
A1：LoRa相近频段技术通过多频段协同、窄带化、动态频谱接入等方式，有效解决了传统LoRa技术在单一频段下的频谱拥挤和干扰问题，其优势包括：①提升频谱利用率，支持更多设备同时通信；②通过频段切换和干扰抑制，增强通信可靠性和抗干扰能力；③灵活适配不同应用场景需求，如低速率、长距离或高密度场景，为物联网的规模化部署提供更优的频谱资源解决方案。
Q2：LoRa相近频段技术在部署时需要注意哪些问题？
A2：部署LoRa相近频段技术时需重点关注以下几点：①频谱合规性，确保所选频段符合当地无线电管理规定；②网络规划，包括频段选择、网关布局、终端参数配置等，以优化覆盖和容量；③干扰管理，通过实时监测和动态调整减少邻频干扰和系统间干扰；④硬件兼容性，选择支持多频段、低功耗的终端和网关设备，并确保协议版本兼容；⑤运维管理，建立完善的网络监控和故障诊断机制,保障长期稳定运行。
