LoRa是一种底层的调制技术，其主要作用是物联网通信。不过，许多LoRa从业人员也使用LoRa作为定位的手段。毕竟物联网，总要知道“物”在哪里。LoRa应用于定位技术手段非常有限，主要是通过基站定位、测距定位和配套其他技术定位三种方法实现。

       LoRa基站定位有两类方式：一类是单基站区域定位；另一类是多基站到达时间差或信号强度定位。LoRa基站定位一定是在一个大的LoRaWAN系统中的，保证有多个LoRa室外基站且一定区域全覆盖的应用场景，如果有室内网关，则有促进效果。

       单基站区域定位很简单，如图8-38所示，每个建站都有自身的一个覆盖范围（蜂窝六边形）。当一个LoRa设备与基站（基站）进行通信时，可能一个或多个LoRa基站收到该终端设备的信号。NS会判断出这些基站中RSSI最强的一个，并要求该基站进行下行通信。因此可知该LoRa设备距离最近的基站，就在这个基站覆盖的蜂窝六边形内。

图8-38   单基站区域定位示意图

       单基站定位方案非常简单，不需要经过计算，缺点是精度很差，尤其在城市环境中信号的绕射严重，接收信号最强的网关不一定是距离最近。在有室内网关接收到该设备信号时，定位相对更准确，因为室内网关覆盖范围较小。

       到达时间差（TimeDifferenceofArrival，TDOA）定位和信号强度（Received Signal Strength Indication，RSSI）定位非常类似，都是通过评估LoRa设备与几个基站的相对距离（至少三个基站）。到达时间差是通过多个基站接收到的时间差转化为距离差，Δtc=Δd。时间差乘以光速等于距离差，在已知所有基站的准确地理坐标后，通过等差半径圆形的平面几何的计算，可以算出相对位置。图8-39所示为三个基站的定位图和几何图。

图8-39   TDOA定位图和几何图

       RSSI的定位方式与TDOA基本相同，当一个设备信号进入多个基站透传到NS后，NS会得到每个基站解调该定位设备的RSSI。在8.1节中我们学习了射频信号传播时会发生损耗，传播越远损耗越大，则接收到的RSSI越小。通过多个RSSI的差值，可以反算出该定位设备距离不同网关的相对距离比例。由于已经知道了几个网关的准确地理坐标，通过等比半径圆形的平面几何计算，可以算出相对位置。用于TDOA定位的LoRa基站为4.3.1小节中介绍的带有FPGA和DPS的V2.1（E467）网关，其外部DSP可以提供精度更高的时间戳数据，这是因为SX1301内部的时间戳误差很大约为8μs。

        影响定位的因素有两方面，分别是外部因素和内部因素。

     （1）外部因素指的是定位时周围的环境，比如在城市中有较多高楼对信号造成遮挡，从而影响电磁波的直线传播。TDOA和RSSI定位算法都是通过直线最短的方案计算的，当发生反射、绕射等情况时，计算结果会出现较大误差。相对而言，城市的多径和衰落对LoRa信号强度的影响更大，对到达时间影响相对较小。环境因素（470MHzLoRa）对于定位精度影响很大：在城市中，TDOA定位误差影响为100～500m；RSSI定位误差影响150～1000m。在农田或草原地区TDOA定位误差影响为30～100m；RSSI定位误差影响50～300m。

     （2）内部因素指LoRa基站在接收终端设备的信号时，时间戳的精度和解调信号强度的精度。TDOA在定位时，终端LoRa信号飞行到不同基站的时间差精度决定了系统的精度。当LoRa信号进入基站后，基站会在收到的刹那打上时间戳，并传到NS。基站内部的时钟是通过GPS授时的，其GPS时钟精度为1ns级别。我们可以简单计算一下，光速为3×108m/s，1ns时间光传播0.3m，GPS授时对定位误差影响非常小。但是V2.1网关的时间戳的误差为1μs，意味着TDOA误差有300m。这里给大家普及一下GPS授时的精度和网关时间戳的精度的问题：类比于人拿着秒表，对100m赛跑运动员进行计时，虽然你拿的秒表精度为1ms，但人按下秒表的误差为100ms，那么100m赛跑的计时精度为100ms。此例子中的秒表精度类比为GPS授时精度；而计时员掐表的动作精度类比于网关打下时间戳的精度。对于RSSI定位，内部因素为接收机对信号强度的解调，由于信道中有各种干扰信号，相干解调后的LoRa信号强度也会有2～3dB的偏差，在远距离通信中，2～3dB的距离差距占30%左右。