无论是开发可穿戴设备还是工业电池供电的设备，最大化范围和坚固性同时最小化功耗都是至关重要的。优化RF性能可提高灵活性，并在尺寸，电池寿命和RF性能方面进行更具吸引力的折衷。
在优化RF性能之后，产品开发团队可以考虑降低发射功率以延长电池寿命，或降低电池容量以减小产品尺寸，或者可能仅依靠采集的功率工作并完全消除电池。
链接预算和路径损耗
那么，哪些因素决定RF范围和性能？让我们开始检查链接预算。链路预算是发射信号的强度与接收器上所需的最小信号之间的差，并且等于所有信号源在最大范围内的总损耗。链路预算的最简单公式为：
对于典型的LoRa无线电实现：
此配置可提供150dB的链路预算。
在使用路径损耗计算来估计范围之前，还需要考虑其他因素：
发射机天线增益（以dB为单位）（如果为正）会增加链路预算
接收机天线增益（dB）（如果为正）会增加链路预算
发射机输出和天线之间的损耗降低了链路预算
接收机输入和天线之间的损耗降低了链路预算
包括所有这些因素，可提供可用于路径损耗的链路预算：
天线增益通常相对于各向同性天线（dBi）的dB表示，该天线在各个方向上均等地辐射。通常，天线数据表会指定“峰值增益”（表示天线在最佳方向上的辐射程度）和“平均增益”（表示在所有方向上平均的天线有效辐射）。通常应使用平均增益，除非可以控制设备的方向以实现“峰值增益”。平均天线增益等效于效率，因此，平均增益为-3dB的天线效率为50％，这可以是直观显示天线性能影响的更直观的方法。紧凑型LoRa设备的天线增益（发射器或接收器）为-4dB。如果认真而紧凑地实施，接收器和发射器的损耗应分别约为1dB。但是，如果天线与发射器和接收器电路的匹配不佳，则损耗可能会更高。
仅当发射机的输出阻抗与发射机看到的输入阻抗“负载”紧密匹配时，功率才能有效地从发射机传输到天线。该负载包括PCB走线，天线以及连接到发射机输出引脚的RF路径中的任何组件。通常，有一个匹配电路用于将天线阻抗（在所需频率下）转换为PCB上的传输线特性阻抗，另一个匹配电路用于将PCB传输线阻抗（通常为50Ω）转换为发射机的最佳阻抗。如果天线和放大器的匹配不良，则发射信号将无法有效地传输到天线，从而减小了范围。匹配不良时，发射器会消耗更多电流，从而缩短电池寿命，并可能增加谐波。额外的谐波辐射加剧了监管审批的挑战，并可能需要进行额外的滤波以减轻压力-这会增加PCB面积，增加损耗并增加成本。
将典型数字与上面提到的LoRa示例结合起来可以得出：
链路预算应至少减去6dB，以为现实条件和操作鲁棒性提供余量。因此，在此示例中，最大范围的传播损耗约为134 dB。
开发团队的决策直接影响链路预算的许多组成部分，并且团队可以做出权衡以增加范围或降低功耗。选项包括增加发射器输出功率或天线增益，提高接收器灵敏度或最小化损耗。这些选择可能会增加无线电实现，电池或天线的尺寸和成本，但有必要仔细考虑每个决策对性能的影响，这一点很重要。优化性能可能会在达到规定功率范围内的期望范围或被迫在范围上折衷以保持在允许范围内之间产生差异。
当开发可穿戴设备时，这些折衷会特别困难，因为可穿戴设备的尺寸和成本受到极大限制，要求最大的电池寿命，最小的尺寸，并且进一步受到法规（FCC，RED）要求的限制，以最大程度地减少用户吸收的RF能量（已知）称为“特定吸收率”或SAR。运营商和行业要求使蜂窝设备变得更加复杂，这些要求要求高度优化的天线性能和高发射功率（与蓝牙或WiFi相比），同时仍要满足SAR限制。在商业上可行的包装中满足这些要求是极具挑战性的。
接收灵敏度
开发团队对接收器敏感性的影响不太明显。接收机灵敏度由无线电调制，比特率和接收机实现的细节决定。与往常一样，更大，更高功率和更昂贵的接收器通常会表现更好。降低比特率是提高接收器灵敏度的另一种方法。
下表1说明了调制和比特率如何影响接收机性能。请记住，负灵敏度越小/ 越好：
LoRa扩展因子（SF）表示用于传输数据的物理层CHIRP的持续时间。较大的扩展因子表示更长的CHIRP和更低的比特率。
开发团队可以通过确保传输最少的数据来优化系统设计，以最小化所需的比特率，从而提高灵敏度和范围。灵敏度的提高还可以通过在接收器功耗，尺寸或成本上的额外投资来实现。例如，添加额外的滤波或低噪声放大器。降低比特率将增加发送时间，并可能缩短电池寿命。最小化所需的吞吐量还可以最小化所需的传输时间（在任何比特率下），并允许团队在平衡范围，传输时间和电池寿命的同时最大化灵敏度。对于固定的发射功率，较高的比特率可以缩短发射时间，但可以缩短发射范围，这是该团队可以用来权衡RF性能与其他要求的另一个折衷方案。
上面的讨论假定无线电实现符合制造商的规范。为了达到这一性能水平，至关重要的是要遵守制造商的建议，并尽量减少会降低性能的干扰源。同样，产品开发团队必须权衡性能与尺寸和成本。考虑常见的噪声源和缓解技术：
这些缓解措施中的大多数会增加产品的成本和尺寸，但是如果它们能够扩大范围或减小其他成本或尺寸（例如较小或更不强大的电池），则可能是一个适当的选择。还应考虑积极缓解潜在问题，以最大程度地减少失败的法规测试风险并缩短上市时间。解决和防止噪声将最大程度地提高灵敏度，从而实现最大范围和最小发射功率。
范围和传播
现在我们已经讨论了如何优化系统性能，让我们讨论传播和范围估计。用一个通常被称为“自由空间”的理想词来说，信号从天线沿所有方向传播出去，没有反射，大气折射或吸收。这种情况下的损耗由下式给出：
其中f 是以兆赫兹为单位的频率，d 是以千米为单位的距离。
注意，频率是该方程式的关键组成部分，降低频率可降低损耗。将频率从2.4Ghz（蓝牙，WiFi）降低到900Mhz，可将路径损耗降低9dB，并且在其他所有条件不变的情况下，其范围也应增加一倍以上。理解这一点将显示出另一个折衷方案–降低信号频率可以扩大范围。但是，对于给定的体积，天线效率会随着频率的降低而降低，从而可能抵消了较低频率的某些好处。
不幸的是，现实世界中的射程受到许多其他因素的影响，例如各种障碍物的反射和吸收。现实世界中存在多种传播模型，其中大多数基于经验数据集。在奥村-Hata模型是一个不错的选择，并提供了各种环境（城市，郊区，农村）以及各种天线高度的选择。在农村或开放环境中，路径损耗公式为：
哪里：
h B =基站天线的高度。单位：米（m）
h M =移动台天线的高度。单位：米（m）
f =传输频率。单位： 兆赫 （MHz）
C H = 天线 高度校正因子
d =基站与移动台之间的距离。单位：公里（km）。
基于先前的LoRa示例并使用此处提供的IEEE工作表，HATA模型预测在距地面2m的天线的情况下3km处的路径损耗为134dB。
功耗权衡
除了上面提到的一阶权衡（发射器功率，比特率与发射时间和灵敏度，噪声降低，成本，尺寸）之外，还有许多其他考虑因素可以使功耗最小化。在接收或发送模式下，最大限度地减少无线电接通时间是最大化电池寿命的关键。尽管直觉上发射会消耗大量能量，但是由于需要大量的信号处理，许多现代接收器的功耗与发射器功率相当。必须仔细设计空中协议和同步算法，以确保快速，可靠的同步，频率对准和最短的接通时间。使用高精度晶体可以最大程度地降低时间或频率未对准的风险，并确保无线电“锁定”得更快，最小化噪声并最大程度减少重传，尤其是考虑到温度和老化时。必须特别注意初始精度，所需温度范围内的精度以及由于老化引起的频率漂移，以确保您的设计可以长期使用。
优化无线协议只是一个示例。应仔细考虑所有触发设备偏离最小功耗状态的事件，包括与所有输入，输出以及任何“指示器”或UI元素的交互。只要有可能，应在每个唤醒时段处理多个事件，以最大程度地减少唤醒时段的频率。同样，必须在较高的时钟速度上进行功耗折衷，这会导致较高的功耗，但持续时间较短，而较低的时钟速度则会导致较长的持续时间较低的功耗。
还必须考虑电源设计的所有方面。现有技术中的开关电源已经得到了极大的改善，但是当负载只有几个微安时，例如当设备在两次传输之间处于睡眠状态时，开关电源仍然会效率低下。但是，非常低的静态线性稳压器通常具有令人惊讶的差的瞬态响应特性，因此必须仔细考虑这些组件。
通常，在低功率状态下，许多子电路都被关闭，但是，必须检查每条IO线的状态以及子电路之间的连接，以确保没有活动信号连接到断电的组件，否则会发生意外泄漏由于泄漏电流部分地为某些组件供电，因此可能会产生大约几毫安的电流，并可能发生意外行为。
总而言之，应该清楚的是，要最大化范围和电池寿命，必须考虑设备的几乎所有方面。器件的尺寸限制了天线效率，电池容量和PCB面积，以实现最佳的RF实现。精心设计射频电路会限制范围，如果做得不好，则会降低电池寿命。同样，在运行状态的设计上进行投入以最大程度地延长睡眠时间并最大程度减少广播时间的护理可以扩大范围并延长电池寿命。现实生活中的产品开发需要不断进行谈判，以实现技术优化以及商业可行的尺寸，成本和性能。
嵌入式物联网需要学的东西真的非常多，千万不要学错了路线和内容，导致工资要不上去！
分享大家一个资料包，差不多150多G。里面学习内容、面经、项目都比较新也比较全！（点击找小助理领取）
