LoRa无线技术作为一种远距离低功耗通信技术，其频谱使用特性是决定其应用场景和性能的关键因素，LoRa技术工作在免费的ISM（工业、科学和医疗）频段，不同国家和地区可用的频段范围存在差异，这主要受各国无线电管理政策的约束，在欧洲，LoRa主要使用868MHz频段；在美国则是902-928MHz频段；LoRa工作在470-510MHz、779-787MHz等频段，这些频段属于免许可频段，用户无需支付额外费用即可使用，但需遵守当地的发射功率、占空比等规定。
从技术原理上看，LoRa的频谱利用效率得益于其独特的扩频调制技术，传统FSK（频移键控）调制技术的频谱效率较低，而LoRa通过使用 chirp 扩频技术，将信号能量扩展到更宽的带宽内，从而实现了更高的接收灵敏度，LoRa的扩频因子（SF）可在7到12之间调节，SF值越大，扩频后的带宽越宽，通信距离越远，但数据速率越低；反之，SF值越小，数据速率越高，但通信距离缩短，这种灵活的调制方式使LoRa能够根据实际应用需求在距离、速率和功耗之间进行权衡,适应不同的频谱环境。
频谱规划与网络部署是LoRa技术应用中的重要环节，由于ISM频段是共享频段，可能存在其他无线设备（如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等）的干扰，因此合理规划频谱资源、选择合适的信道和扩频因子对保证通信可靠性至关重要，在实际部署中，通常会通过网关（Gateway）集中收集终端节点的数据，网关支持多信道接收，并能同时处理不同SF的LoRa信号，在智慧农业应用中，传感器节点可能部署在广阔的农田，此时可选择较低SF值（如SF12）以最大化通信距离；而在城市环境中的智能抄表场景，由于节点密集且距离较近，可选择较高SF值（如SF9）以提高数据速率和系统容量。
以下是LoRa在不同频段的主要参数对比：
| 地区 | 工作频段范围（MHz） | 典型信道数量 | 最大发射功率（dBm） | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 欧洲 | 868 | 3 | +14 | 需遵守LBT规则 |
| 美国 | 902-928 | 50 | +30 | 支持扩频频谱 |
| 中国 | 470-510 | 40 | +20 | 部分频段需申请 |
| 日本 | 920-928 | 10 | +10 | 限制占空比 |
LoRa技术的频谱优势主要体现在低功耗、远距离和强穿透性，由于工作在亚GHz频段，LoRa信号的波长较长，具有较强的绕过障碍物的能力，适用于建筑密集或地下环境，其低功耗特性（终端节点电池寿命可达数年）得益于低占空比通信和高效的休眠机制，这在物联网设备中尤为重要，LoRa的频谱资源也存在局限性，免许可频段的共享性可能导致信道拥堵，尤其是在高密度部署场景下，需要通过动态信道选择、自适应速率调节等技术来优化频谱利用效率。
LoRaWAN作为LoRa的通信协议栈，进一步规范了频谱使用和网络架构，LoRaWAN定义了不同终端设备（Class A/B/C）的工作模式，其中Class A设备采用双向通信，终端发送数据后仅在两个接收窗口内等待网关响应，这种低占空比模式有效减少了频谱占用和功耗，而网关侧则通过多信道聚合技术，能够同时监听多个LoRa信道,提升了网络容量和数据处理能力。
在频谱管理方面，各国政府对ISM频段的使用有严格规定，例如欧洲的868MHz频段要求设备采用先听后说（LBT）机制，以避免对其他业务造成干扰；美国的902-928MHz频段允许更高发射功率，但需遵守跳频扩频（FHSS）要求，这些规定虽然在一定程度上限制了LoRa的自由配置，但也确保了频谱资源的公平使用和电磁兼容性，对于用户而言，在部署LoRa网络时，必须充分了解当地的无线电管理法规，选择合规的频段和设备参数,避免法律风险。
随着物联网应用的爆发式增长，LoRa技术的频谱资源面临日益严峻的挑战，为了缓解频谱拥堵，一方面可以通过优化网络拓扑结构，采用分簇、中继等技术减少终端节点对信道的竞争；结合认知无线电技术，实现频谱的动态感知和智能分配，提高频谱利用效率，LoRa技术也在不断演进，如LoRa的后续技术LoRaTM（Long Range Transceiver M）通过引入更先进的调制解调算法，在保持低功耗的同时提升了数据速率和频谱效率,为未来物联网应用提供了更广阔的空间。
相关问答FAQs
Q1：LoRa技术在不同国家使用的频段有何不同？为什么会有这种差异？
A1：LoRa技术在不同国家使用的频段存在显著差异，例如欧洲主要使用868MHz频段，美国使用902-928MHz频段，中国则使用470-510MHz、779-787MHz等频段，这种差异主要源于各国无线电管理政策的自主性，每个国家根据自身频谱资源分配、现有无线业务布局以及国际电信联盟（ITU）的指导原则，对ISM频段的使用范围、发射功率、信道数量等做出不同规定，欧洲为避免对军事和航空业务造成干扰，严格限制868MHz频段的发射功率和占空比；而美国902-928MHz频段拥有更宽的带宽和更高的功率限额，以支持大规模物联网部署。
Q2：LoRa技术如何应对免许可频段的干扰问题？
A2：LoRa技术通过多种机制应对免许可频段的干扰问题：采用 chirp 扩频技术，将信号能量扩展到宽频带，提高了抗窄带干扰的能力；支持动态信道选择，终端和网关可实时监测信道质量，自动切换至干扰较小的信道通信；LoRaWAN协议定义了终端的不同工作模式（如Class A的低占空比通信），减少了信道占用时间，降低碰撞概率；通过调整扩频因子（SF），在强干扰环境下选择更高SF值以增强信号鲁棒性，或在低干扰环境下采用较低SF值提高数据速率,实现通信性能的动态优化。
