Wie weit reicht ein Signal? Wie lange hält eine Batterie? Die wichtigsten Leistungseinbußen bei LoRa-Modulen

Bei der Auswahl eines LoRa-Moduls kann das Datenblatt eine schwindelerregende Ansammlung von Parametern enthalten. Letztendlich beschäftigen uns jedoch zwei Hauptfragen: Wie weit kann das Signal tatsächlich übertragen werden? Und wie lange hält eine einzelne Batterie?

In diesem Artikel gehen wir detailliert auf die wichtigsten technischen Spezifikationen ein, die diese beiden Hauptergebnisse bestimmen. So können Sie die Nuancen hinter den Zahlen verstehen und bei Ihren tatsächlichen Bereitstellungen intelligentere Kompromisse eingehen.

Wie weit reicht das Signal? Berechnen wir das „Link Budget“

Der Begriff „Link Budget“ klingt vielleicht technisch, aber es handelt sich um ein einfaches Konzept: Es handelt sich um die gesamte „Zulage“, die Ihnen zur Verfügung steht, um ein Signal von Punkt A nach Punkt B zu übertragen. Je größer das Budget, desto mehr Signalverlust können Sie überwinden und desto größer ist Ihre Kommunikationsdistanz.

Sendeleistung (Tx-Leistung): Wie „laut“ ist das Signal?

• Standard-Stromversorgungsmodule (+22 dBm) : Wie LoRa126X  und LoRa1121 sind diese für die meisten städtischen Anwendungen ausreichend.

• Hochleistungsmodule (+33 dBm) : Wie das LoRa126XF30 , das einen Leistungsverstärker (PA) verwendet, um das Signal über 12-mal „lauter“ zu machen! Theoretisch kann dies die Kommunikationsdistanz um etwa das 3,5-fache erhöhen, was es ideal für Gateways macht, die eine großflächige Abdeckung benötigen.

Empfängerempfindlichkeit (Rx-Empfindlichkeit): Wie „scharf“ ist das Gehör?

Die Empfängerempfindlichkeit misst die Fähigkeit des Moduls, schwache Signale zu „hören“. Sie ist eine negative Zahl, und je kleiner sie ist, desto „schärfer“ ist das Hören. Fortschrittliche Module können -148 dBm erreichen, was in der Branche Spitzenwerte darstellt.

Hier gibt es jedoch einen entscheidenden Kompromiss : Die Empfindlichkeit verhält sich umgekehrt proportional zur Datenrate. Die im Datenblatt angegebene Best-Case-Empfindlichkeit wird in der Regel bei der niedrigsten Datenrate gemessen. Wenn Sie aus Energiespargründen oder für Echtzeitanforderungen eine schnellere Datenrate (z. B. SF7) wählen, kann die Empfindlichkeit um 10–12 dB sinken, was sich direkt auf die Kommunikationsdistanz auswirkt. Betrachten Sie daher nicht nur den Best-Case-Wert, sondern auch die Leistung in Ihrem tatsächlichen Anwendungsfall.

Wie lange hält die Batterie? Lassen Sie uns einen detaillierten Leistungs-„Audit“ durchführen

Bei batteriebetriebenen Geräten geht es bei der Vorhersage der Batterielebensdauer nicht darum, einen einzelnen Stromparameter zu betrachten, sondern um den gesamten Energieverbrauch.

Stromverbrauch in verschiedenen Bundesländern

• Ruhestrom : Für Geräte, die die meiste Zeit „schlafen“, wie z. B. Wasserzähler, ist dies der wichtigste Parameter. Moderne Module erreichen 1-2µA, was die Grundlage für eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren bildet.

• Empfangsstrom (Rx-Strom) : Etwa 5–10 mA.

• Sendestrom (Tx-Strom) : Direkt mit der Sendeleistung verbunden. Bei +22 dBm beträgt er etwa 110 mA, bei Hochleistungsmodulen über +30 dBm kann der Strom jedoch auf über 500 mA ansteigen.

Gesamtenergieverbrauch: Der Schlüssel liegt in der Sendezeit

Ein häufiger Fehler besteht darin, nur aktuelle Werte zu vergleichen. Gesamtenergieverbrauch = Strom × Zeit . Eine Variable, die einen großen Einfluss auf den Gesamtverbrauch hat, ist die „Time-on-Air“.

Beispiel: Zwei Module haben den gleichen Sendestrom, Modul A kann seine Daten jedoch in der Hälfte der Zeit senden (z. B. durch Verwendung einer höheren Datenrate). In diesem Fall ist der Energieverbrauch von Modul A während der Sendephase nur halb so hoch wie der von Modul B, da es schneller wieder in den Ruhezustand zurückkehren kann.

Um die Batterielebensdauer genau vorherzusagen, müssen Sie daher Ihr Anwendungsszenario berücksichtigen (z. B. „Wie oft sende ich Daten und wie viele auf einmal?“) und die Gesamtenergie berechnen, die zum Abschließen eines Kommunikationszyklus bei der von Ihnen gewählten Datenrate erforderlich ist.