📚 课程目录第3章区域参数与信道计划解析

3. 区域参数与信道计划解析

LoRaWAN 的“区域参数”（Regional Parameters）是官方规范中独立于核心协议的一份文档，它规定了每个频段下终端与网关必须遵守的射频规则：可用频率、信道数量与带宽、数据速率与扩频因子映射、最大发射功率、占空比或驻留时间限制、以及接收窗口的频点。同一套 MAC 层协议，在不同区域跑出来的网络容量可能相差数倍，根本原因就在这份参数表里。理解区域参数，是判断“这个网络能带多少节点、能跑多快”的第一步。

一、四类典型频段的信道结构差异

先看信道划分，这是容量差异最直接的来源。

EU868 采用 863–870 MHz 频段，默认上行使用三个 125 kHz 带宽信道：868.1、868.3、868.5 MHz，速率 DR0–DR5（SF12–SF7）。此外还有 867.5 MHz 等用于 RX2 的固定信道，以及可选的 867.1–867.9 MHz 扩展信道。它的特点是信道少、带宽窄，但每个信道都受严格的 1% 占空比约束。

US915 使用 902–928 MHz，上行划分 64 个 125 kHz 信道加 8 个 500 kHz 信道，共 72 个上行信道，速率 DR0–DR4。下行使用 8 个 500 kHz 信道。信道数量是 EU868 的二十多倍，且没有占空比限制，改用“驻留时间”（Dwell Time）约束——每个包在空中的时间不得超过 400 ms。

CN470 使用 470–510 MHz，共 96 个 125 kHz 上行信道，但实际部署中通常只启用其中一组（如 470.3–489.3 MHz 的 48 个信道），下行使用 500 kHz 信道。中国 470 频段同样有占空比要求，且不同子频段的限制不同。

AS923 使用 915–928 MHz（各国略有差异），默认只有两个 125 kHz 上行信道：923.2 和 923.4 MHz，速率 DR2–DR5。信道极少，但多数国家不设占空比，仅限制发射功率和驻留时间。日本 AS923 还额外要求 LBT（先听后发）。

信道数量直接决定“同时能容纳多少个不同频点的传输”。US915 的 72 个信道意味着网关可以同时接收 72 个不同频点的包，而 AS923 只有 2 个默认信道，所有节点必须在这两个频点上竞争。

二、占空比与驻留时间：两种不同的“限流”机制

占空比（Duty Cycle）是欧盟 ETSI 的强制要求：在某个信道上，终端发射时间占总时间的比例不得超过规定值。EU868 默认 1%，即每发送 1 秒，必须静默 99 秒。这个约束直接决定了单节点的最大上行频率。

以 SF12、125 kHz 带宽为例，一个 20 字节载荷的 LoRa 包空中时间约为 1.8 秒。在 1% 占空比下，发送完这个包后必须等待约 178 秒才能再次使用同一信道。如果节点有 3 个可用信道轮询，平均等待时间可降到约 60 秒。这就是为什么 EU868 下节点上报周期通常以分钟甚至十分钟计。

US915 和 AS923 多数地区不设占空比，改用驻留时间：单个包的空中时间不得超过 400 ms。这实际上限制了最大扩频因子——SF12 在 125 kHz 下发送 20 字节需要约 1.8 秒，远超 400 ms，因此 US915 的 DR0（SF10）才是常用最低速率，SF11/SF12 在 125 kHz 下基本不可用。AS923 的 400 ms 限制同样把 SF12 排除在常规上行之外。

两种机制对容量的影响不同：占空比限制的是“频率”，驻留时间限制的是“单包时长”。前者让节点必须长时间静默，后者让节点必须提高速率、缩短覆盖。

三、发射功率约束与链路预算

各区域的最大发射功率不同：EU868 默认 14 dBm（约 25 mW），部分子频段可到 16 dBm；US915 允许到 30 dBm（1 W），但受 FCC 跳频规则约束；CN470 通常限制在 17 dBm 以内；AS923 多数国家为 16 dBm。发射功率每增加 6 dB，覆盖半径理论上翻倍，但也会加剧同频干扰。

更关键的是，功率与速率是耦合的。LoRa 的链路预算 = 发射功率 + 天线增益 − 接收灵敏度。接收灵敏度随扩频因子提高而改善：SF12 比 SF7 灵敏度高约 15 dB。因此 EU868 虽然功率低，但可以用 SF12 换取覆盖；US915 功率高但被迫用 SF10 以下，覆盖反而可能不如 EU868。这就是“区域参数决定覆盖与容量权衡”的典型体现。

四、区域参数如何根本性制约网络容量

把上述因素合起来看，单网关容量可以用一个简化模型估算：

可用信道数 × 每信道每秒可容纳的包数 × 占空比/驻留时间修正系数

EU868:  3 信道 × (1/1.8s) × 1%  ≈ 0.017 包/秒
US915: 72 信道 × (1/0.4s) × 100% ≈ 180 包/秒
AS923:  2 信道 × (1/0.4s) × 100% ≈ 5 包/秒
CN470: 48 信道 × (1/1.8s) × 1%  ≈ 0.27 包/秒

（以上为示例性估算，未考虑碰撞、重传和实际占空比分布，仅用于说明数量级差异。）

可以看到，US915 的理论容量远高于 EU868 和 AS923，核心原因就是 72 个信道加上无占空比限制。但 US915 的代价是速率下限高、覆盖弱，且 500 kHz 信道的抗干扰能力不如 125 kHz。EU868 容量低但覆盖好、法规明确，适合低密度、广覆盖场景。AS923 信道最少，容量最紧张，部署时必须严格控制节点密度和上报频率。

五、工程选型与参数配置要点

在实际部署中，区域参数不是“选完就忘”的配置项，而是贯穿网络规划的核心约束。以下几点值得注意：

信道掩码（Channel Mask）：US915 和 CN470 都支持通过 ChannelMask 控制启用哪些子信道。US915 的 72 个信道并非全部可用，网关通常只监听 8 个 500 kHz 下行信道和部分上行信道，终端入网时通过 LinkADRReq 动态调整。
ADR 与区域参数的配合：自适应速率（ADR）会根据链路质量调整 SF，但调整范围受区域参数限制。EU868 下 ADR 可以把节点推到 SF7，但占空比仍然卡着发送频率；US915 下 ADR 不能把节点推到 SF11/SF12，因为驻留时间不允许。
RX2 窗口的频点与速率：各区域 RX2 的默认频点和 DR 不同。EU868 是 869.525 MHz / DR0（SF12），US915 是 923.3 MHz / DR8（SF12 500 kHz），AS923 是 923.2 MHz / DR2。配置错误会导致下行丢失，表现为“入网成功但收不到下行”。
发射功率的合规性：不能只看模块最大功率。EU868 的 1% 占空比和 14 dBm 是法规硬约束，超限可能干扰其他设备；US915 的 30 dBm 需要配合跳频和驻留时间使用。

规划阶段建议先确定区域，再根据区域参数反推节点密度上限。例如 AS923 只有 2 个默认信道，若每个节点每 10 分钟上报一次，单网关理论可支撑的节点数约为 5 包/秒 × 600 秒 = 3000 个包，即约 3000 个节点（假设每节点每 10 分钟 1 包）。但实际因碰撞和重传，建议按 30%–50% 折算。

总结来说，区域参数从三个层面根本性制约网络容量：信道数量决定并发频点上限，占空比/驻留时间决定单节点发送频率上限，功率与速率映射决定覆盖与速率的权衡空间。理解这三层约束，才能在 CN470、EU868、US915、AS923 之间做出正确的选型和容量规划。