基于433MHz LoRa信号的森林传播特性研究

摘要

为了保证无线传感器网络在森林中的合理规划,研究了LoRa信号在森林的无线传播特性。在南京林业大学以及下蜀林场,选择4种不同的环境(刚竹林、鹅掌楸林、林间小路以及空旷操场),测试了433 MHz LoRa无线信号在3种天线高度(0,0.5,1.0 m)下的接收信号强度(RSSI)。将测试的RSSI数据根据传统路径损耗模型进行了拟合,分析了林分密度和天线高度对模型中衰减指数的影响。此外,研究发现传统路径损耗模型的拟合精度不足,提出了新的路径损耗模型,对RSSI数据重新进行了拟合。结果表明,林分密度越大,环境障碍物越多,信号稳定性越差,衰减指数越大,LoRa信号衰减越快;天线高度增加,枝干分布密度、树叶、低矮灌木密度逐渐减小,信号受障碍物遮挡的影响降低,衰减指数也随之减小,更有利于LoRa信号传输;提出的新损耗模型的拟合度R 2为0.9281~0.9632,相比传统路径损耗模型(拟合度R 2为0.8790~0.9463),拟合精度有了较大的提升。新损耗模型拟合RSSI测量数据具有更小的误差和更好的拟合特性,更适合作为林业环境中信号RSSI值数据预测的经验公式。