SX1262 實驗室 #4：調變的黃金三角 —— SF、BW 與 CR 的最佳化策略

作者：ZeroGrid 實驗室

🎯 本篇目標

1. 破解迷思：為什麼 LoRa 可以傳得比 WiFi 遠？不是因為魔術，是因為數學。
2. 黃金三角：掌握 SF (展頻因子)、BW (頻寬)、CR (編碼率) 之間的交換關係。
3. 實戰應用：什麼時候該用 SF7？什麼時候該用 SF12？
4. ZeroGrid 實驗：使用 /sf, /bw 指令，親眼觀察「空中時間 (Time on Air)」的劇烈變化。

1. 前言：我們在交換什麼？

在無線通訊的世界裡，有一個殘酷的物理定律：你不可能同時擁有「超遠距離」、「超快速度」與「超低功耗」。

SX1262 的強大之處，在於它允許你像調配雞尾酒一樣，自由組合這三個要素。

• 想要傳到 10 公里外的山頭？沒問題，犧牲一點速度。
• 想要瞬間傳送一張圖片？沒問題，犧牲一點距離。

這三個調整旋鈕，就是 SF、BW 與 CR。

2. SF (Spreading Factor)：說話的語速

SF (展頻因子) 是 LoRa 最核心的參數，範圍通常是 5 ~ 12。

• 比喻：想像你在和遠方的人喊話。
• • SF5 / SF7 (語速快)：像是在唱饒舌 (Rap)。講話飛快，單位時間內字數多，但對方如果耳背（雜訊大）或距離太遠，就會聽不清楚。
  • SF11 / SF12 (語速慢)：像是機場廣播。每一個字都拉得很長、唸得很清楚（Chirp 時間變長）。對方就算在很遠的地方，或是背景很吵，也能聽出你在講什麼。
• 物理代價：
• • SF 每增加 1 (例如 7 -> 8)：靈敏度增加約 2.5dB (傳更遠)，但傳輸時間 (Time on Air) 變兩倍 (更耗電)。
  • SF12 比 SF7 傳輸時間慢了約 32 倍！

💡 ZeroGrid 實戰建議

• SF7：市區短距離、或者是需要快速反應的控制訊號。ZeroGrid 預設使用 SF7。
• SF9/10：障礙物較多的環境，或者跨越大樓。
• SF12：末日模式。當你受困在深山，只有微弱訊號時使用。注意，發送一句 "HELP" 可能需要 2 秒鐘。

3. BW (Bandwidth)：窗戶的大小

BW (頻寬) 是訊號佔用的頻率寬度。SX1262 支援 7.8kHz ~ 500kHz。

• 比喻：想像你在聽收音機。
• • BW 500kHz (大窗戶)：把窗戶開到最大。風（資料）灌進來的速度很快，但同時外面的噪音（雜訊）也全部跑進來了。
  • BW 125kHz (標準窗戶)：只開適中的縫。風速適中，噪音也少了很多。
  • BW 10kHz (小縫隙)：窗戶幾乎關上。非常安靜，幾乎沒有噪音，但風（資料）也進不來了。
• 物理代價：
• • 頻寬越小，靈敏度越高 (距離越遠)，因為底噪 (Noise Floor) 降低了。
  • 頻寬越小，對頻偏 (Frequency Error) 越敏感。

⚠️ 技術長避坑指南 千萬不要盲目追求「窄頻寬 (Low BW)」來換取距離！ 如果你設定 BW < 62.5kHz，而且是用一般的 XTAL (石英晶體)，因為晶體本身的溫飄誤差，對方可能會根本收不到訊號（因為頻率飄出了那條小縫隙）。 ZeroGrid 建議：鎖死在 125kHz。 這是距離與穩定性的最佳平衡點。

4. CR (Coding Rate)：買保險

CR (編碼率) 是指我们在資料中塞入了多少「檢查碼」。選項有 4/5, 4/6, 4/7, 4/8。

• 比喻：你講話時的囉唆程度。
• • CR 4/5 (保險少)：每講 4 句話，多加 1 句確認。效率高。
  • CR 4/8 (保險多)：每講 4 句話，多加 4 句確認（講一倍的廢話）。效率低，但就算有一半的話被卡車聲蓋過，對方還能猜出意思。
• 物理代價：
• • CR 越高，抗突發干擾 (Burst Interference) 能力越強，但傳輸時間也越長。

💡 ZeroGrid 實戰建議 大多數情況下 CR 4/5 已經足夠。除非你在工廠等電磁干擾極強的環境，才考慮開到 4/8。

5. 終極指標：Time on Air (空中時間)

當你調整了 SF、BW、CR 之後，最終會影響到一個關鍵數字：Time on Air (ToA)。 也就是「發射一包資料，無線電波在空中飛行的時間」。

為什麼 ToA 很重要？

1. 耗電量：ToA 越長，PA (功率放大器) 開啟的時間越久，電池死得越快。
2. 佔用率：ToA 越長，佔用頻道越久，別人就越難插話 (容易碰撞)。

公式感受一下 (不用背)：

ToA ∝ 2^SF​/ BW

(SF 的影響是指數級的，BW 的影響是線性的)

假設 Payload 10 Bytes, BW 125k)：

• SF7: ~40 ms
• SF10: ~300 ms
• SF12: ~1200 ms (1.2秒!)

6. ZeroGrid 實驗室：聽見改變

現在我們用 ZeroGrid 的指令來親身體驗這些參數的變化。請注意 LED 亮起的時間（代表 TX 在運作）。

實驗 A：極速快感 (SF7)

1. 設定為 SF7 (預設)： /sf 7
2. 發送一則訊息： Hello
3. 觀察：LED 幾乎是一閃而過。傳輸可能只需要 50ms。

實驗 B：慢動作重播 (SF12)

1. 設定為 SF12： /sf 12
2. 發送同樣的訊息： Hello
3. 觀察：LED 會亮著很久，大約 1~2 秒 才熄滅。 這就是 SF12 的代價！在這 2 秒鐘內，你的電流都是 100mA 起跳。

實驗 C：頻寬的影響

1. 設定回 SF7，但把頻寬縮小到 20kHz (假設你用的是 TCXO，或者運氣好)： /bw 20
2. 發送訊息。
3. 觀察：你會發現時間也變長了（約變慢 6 倍），而且如果你的板子頻偏嚴重，可能根本收不到。 (實驗完記得改回 /bw 125)

7. 總結：最佳化策略表

身為 ZeroGrid 指揮官，你應該根據任務選用不同的配置：

市區 / 團隊通訊 SF7 / 125k / 4/5 速度快、省電、低延遲 穿透力普通

情境 建議配置 (SF / BW / CR) 優點 缺點

跨大樓 / 郊區 SF9 / 125k / 4/5 距離與速度的平衡耗 電稍增

深山 / 求救訊號 SF12 / 62.5k / 4/8 極限距離、抗干擾最強 極度耗電、容易掉包

高速移動 (車輛) SF7 / 250k / 4/6 抗都卜勒效應強 靈敏度低

下一課預告

學會了「調整音質」，我們已經能發出完美的訊號了。 但是，我們發出去的 0101，在空氣中到底長什麼樣子？下一篇 #5：解剖無線電信封 —— LoRa Frame 結構