無線通信原理
在通信系統中，我們需要弄清模擬和數字的關係：一個模擬信號就是一個連續變化的電磁波，一個數字信號是一個電壓脈衝序列。看一個實例，下圖選自經典教材《無線通信與網絡（第二版）》，電話通信是典型的模擬數據（聲波）通過模擬信號傳輸；家庭寬帶拔號上網是典型的數字數據（計算機只能處理數字信號）通過模擬信號（由“貓”完成調製）傳輸，同時模擬信號也可以轉換成數字信號（由“貓”完成解調）；計算機局域共享則是典型的數字數據通過數字信號傳輸。
通信信號的第一個“敵人”是噪聲，如下圖所示，噪聲會影響數字位，足以將 1 變爲0，或將0 變爲1，導致通信數據出現錯誤。
無線傳播主要有3 種類型：地波傳播、天波傳播和直線傳播，如下圖所示。
無線信號除直線傳播外，因爲阻礙物的存在，還會發現如下圖所示的3 種傳播機制：反射（R）、散射（S）和衍射（D），因爲傳輸路徑的不同而引起多徑衰退是無線通信的一個挑戰。
因爲電磁波是連續的模擬信號，無線通信中數字數據都需要調製成模擬信號，常見的方法有：ASK（幅移鍵控）、FSK（頻移鍵控）和PSK（相移鍵控），如下圖所示。
LoRa 工作原理
1944 年，好萊塢26 歲女影星HedyLamarr（號稱世界上最美麗的女人）發明了擴頻通信技術，這種跳頻技術可以有效地抗擊干擾和實現加密。
後來人們發現，擴頻技術可以得到如下收益：從各種類型的噪聲和多徑失真中獲得免疫性，得到信噪比的增益。換句話說，使用擴頻通信抗干擾性更強，通信距離更遠。CDMA 和WiFi 都使用了擴頻技術。擴頻調製的示意圖如下所示，用戶數據的原始信號與擴展編碼位流進行XOR（異或）運算，生成發送信號流，這種調製帶來的影響是傳輸信號的帶寬有顯著增加（擴展了頻譜）。當然擴頻技術也不是萬能的，它至少有2 個弊端：擴展編碼調製生成更多片的數據流導致通信數據率下降；較複雜的調製和解調機制。
長期以來，要提高通信距離常用的辦法是提高發射功率，同時也帶來更多的能耗。電池供電的設備（如水錶）一般只能使用微功率無線通信，這樣一來就限制了其通信距離。現在，SemTech 公司推出的LoRa 射頻，因爲採用了擴頻調製技術，從而在同等的功耗下取得更遠的通信距離。
2013 年SemTech 公司推出SX1276/8 系列的擴頻調製射頻芯片，它的實現方式非常巧妙，整個解調器引擎只需要50K 個門。功耗低：休眠電流0.2uA，接收電流12mA，發射電流29mA@13dBm，和常見的GFSK 芯片Si4438 和CC1125 接近，但是通信距離是GFSK 芯片的3 倍。附帶說一句，我們國人在IT 技術上最大的弱項是硬件呀，基本上IC（集中電路）芯片都靠進口。SemTech 公司官方宣稱該芯片可以達到：可視距離15kM，城市環境中3kM 的通信距離。根據我們的實測數據：SX1278 在1kbps 的速率下可以單跳覆蓋一個5000 多戶的小區。這意味着，使用簡單的星型組網就可以建立LoRa 微功率網絡，而GFSK 調製的芯片常常需要樹型或MESH 等複雜的路由網絡。
同時，根據我們的使用經驗，發現LoRa 射頻芯片至少有2 個弊端：首先，通信速率低，它真正與GFSK拉開通信距離差距的速率都低於1kbps，這意味着LoRa 主要用於低速率通信，如傳感器數據；另外，1.5～2 美金的售價比GFSK 芯片高出許多，給產品帶來高成本。