Werkzeug · Sensorik und Funk

LoRaWAN rechnen.
Batterielaufzeit und Reichweite, bevor der erste Sensor hängt.

Zwei Rechner: Wie lange hält die Batterie bei Ihrem Sendeintervall und Spreading Factor, und wie weit kommt das Signal vom Gateway bis zum Sensor. Mit Airtime nach LoRa-Formel, Link-Budget und ausgewiesenen Annahmen.

Berechnen Beispielbefund ansehen

LoRaWAN-Gateway mit Antenne an einer Hallenwand, dahinter eine Industriehalle mit Regalen

Rechner

Batterielaufzeit

Sendeintervall (Minuten)

Spreading Factor

Bandbreite

Nutzlast (Byte, ohne LoRaWAN-Rahmen)

Sendestrom (mA)Typisch 80 bis 130 mA bei 14 dBm.

Ruhestrom (µA)Gute Sensoren 3 bis 15 µA, einfache 50 µA und mehr.

Batteriekapazität (mAh)AA-Lithium 3.000, C-Zelle 8.500, D-Zelle 19.000.

Selbstentladung (% je Jahr)Lithium-Thionylchlorid 1 bis 2 %, Alkaline 2 bis 3 %.

Reichweite

Sendeleistung (dBm)EU868: höchstens 14 dBm ERP (16 dBm EIRP).

Antennengewinne gesamt (dBi, Sensor plus Gateway)

Antennenhöhe Gateway (m)

Antennenhöhe Sensor (m)

Umgebung

Schwundreserve (dB)

Rechnet vollständig im Browser. Modellrechnung, keine Messung: Airtime nach Semtech AN1200.13, Empfindlichkeit nach SX1276-Datenblatt (BW 125 kHz), Pfadverlust nach log-distance-Modell. Alle Annahmen stehen im Befund.

So sieht Ihr Befund aus

Beispielbefund für SF7, 15 Minuten Sendeintervall, 20 Byte Nutzlast und 3.600 mAh: Airtime 71,9 ms, mittlerer Strom rund 29 µA, Laufzeit rund 12 Jahre. Mit SF12 steigt die Airtime auf 1.810 ms und die Laufzeit sinkt auf rund 1,3 Jahre. Modellwerte aus der Testeingabe.

In Ordnung

LoRaWAN SF7: 12,0 Jahre Laufzeit, 1,8 km Reichweite (Vorstadt)

Bei SF7, 15 Minuten Intervall und 20 Byte Nutzlast dauert ein Paket 71,9 ms; der mittlere Strom liegt bei 29,0 µA, die Batterie mit 3.600 mAh hält rechnerisch 12,0 Jahre. Link-Budget 139,0 dB, geschätzte Reichweite 1,8 km (Vorstadt). Duty Cycle eingehalten.

Airtime SF771,9 ms

Laufzeit SF712,0 Jahre

Mittlerer Strom29,0 µA

Duty Cycle0,01 %

Link-Budget139,0 dB

Reichweite Vorstadt1,8 km

Intervall15 min

Kapazität3.600 mAh

Batterielaufzeit

ok: Airtime je Paket bei SF7, 125 kHz, 20 Byte Nutzlast (+13 Byte Rahmen): 71,9 msSymboldauer 1,024 ms, Präambel 12,5 ms, 58 Nutzlastsymbole. Formel: Semtech AN1200.13, CR 4/5, CRC an, expliziter Header.
ok: Duty Cycle: 0,008 % Sendeanteil (Grenze 1 % im Unterband 868,0–868,6 MHz), höchstens 500 Pakete je Stunde zulässig.ETSI EN 300 220-2; bei Überschreitung Intervall verlängern oder SF senken.
ok: Ladung je Zyklus: Senden 8,6 mAs, Empfangsfenster 1,1 mAs, Ruhe 9,0 mAs über 15 min.Annahme: zwei Empfangsfenster je Uplink mit je 50 ms bei 11 mA (Klasse A), keine Bestätigungen, keine Wiederholungen.
ok: Mittlerer Strom 20,8 µA plus Selbstentladung 8,2 µA = 29,0 µA.Selbstentladung 2 % je Jahr als konstanter Zusatzstrom auf 3600 mAh.
ok: Laufzeit: 12,0 Jahre (105.398 Stunden) bei 85 % nutzbarer Kapazität.Modellwert ohne Temperatur, Passivierung und Spannungsabfall unter Last; reale Laufzeiten liegen meist 20 bis 40 % darunter.

Reichweite

ok: Link-Budget bei SF7: 139,0 dB (14 dBm + 2 dBi − (-123 dBm)).Empfindlichkeit nach SX1276-Datenblatt bei 125 kHz Bandbreite.
ok: Pfadverlustmodell Vorstadt: Exponent 2,8, Grundverlust 31,2 dB bei 1 m (868 MHz), Höhenkorrektur Gateway 6,6 dB, Sensor 0,0 dB, Reserve 10 dB.Höhenkorrektur nach Hata relativ zu 30 m Gatewayhöhe, begrenzt auf ±10 dB.
ok: Geschätzte Reichweite: 1,8 km (verfügbares Budget 91,2 dB).Größenordnung, keine Messung. Metall, Vegetation und Wetter ändern die Dämpfung um 20 dB und mehr; Feldtest mit Testsender nötig.

Vergleich aller Spreading Factors

SF	Airtime	Mittlerer Strom	Laufzeit	Duty Cycle	Link-Budget	Reichweite
SF7	71,9 ms	29,0 µA	12,0 Jahre	0,01 %	139,0 dB	1,8 km
SF8	133,6 ms	37,3 µA	9,4 Jahre	0,01 %	142,0 dB	2,3 km
SF9	246,8 ms	52,3 µA	6,7 Jahre	0,03 %	145,0 dB	3,0 km
SF10	452,6 ms	79,8 µA	4,4 Jahre	0,05 %	148,0 dB	3,8 km
SF11	987,1 ms	151,1 µA	2,3 Jahre	0,11 %	150,5 dB	4,7 km
SF12	1.810,4 ms	260,8 µA	1,3 Jahre	0,20 %	153,0 dB	5,7 km

Laufzeit je Spreading Factor (Jahre)

SF7

12,0 J.

SF8

9,4 J.

SF9

6,7 J.

SF10

4,4 J.

SF11

2,3 J.

SF12

1,3 J.

Annahmen

Airtime: Semtech AN1200.13, Präambel 8 Symbole, Coderate 4/5, CRC, expliziter Header, Low-Data-Rate-Optimierung bei SF11/SF12 und 125 kHz, LoRaWAN-Rahmen 13 Byte ohne FOpts. Energie: Klasse A, zwei Empfangsfenster je 50 ms bei 11 mA, keine Bestätigungen, 85 % nutzbare Kapazität, Selbstentladung linear. Reichweite: log-distance-Modell mit Grundverlust 31,2 dB bei 1 m (868 MHz), Exponent 2,0 (frei) / 2,8 (Vorstadt) / 3,5 (Stadt) / 3,0 (Halle), Hata-Höhenkorrektur relativ zu 30 m Gateway und 1,5 m Sensor, Reserve 10 dB, Empfindlichkeit SX1276 bei 125 kHz (SF7 −123 bis SF12 −137 dBm). Duty Cycle 1 % nach ETSI EN 300 220-2. Modellrechnung, keine Messung.

Grundlagen: Semtech AN1200.13 (Airtime) · Semtech SX1276 Datenblatt (Empfindlichkeit) · LoRa Alliance RP002 EU863-870 · ETSI EN 300 220-2 (Duty Cycle) · ITU-R P.1238, Hata-Modell

Wer braucht das

Vier Einsatzfelder, in denen Laufzeit und Reichweite vor dem Kauf feststehen müssen.

Industrie und Logistik

Hallen aus Stahl, Regale voller Metall: Reichweite innen ist die erste Frage, Batteriewechsel an 200 Sensoren die zweite.

Gebäude und Liegenschaften

Temperatur, Feuchte, Zähler in Bestandsgebäuden ohne Kabel; Laufzeit muss den Wartungszyklus überdauern.

Landwirtschaft

Bodenfeuchte und Wetterstationen auf verstreuten Flächen: freies Feld, weite Wege, wenige Gateways.

Entwickler und Integratoren

Sendeprofil und Nutzlast festlegen, Duty Cycle einhalten, Stückliste für Batterie und Antenne begründen.

Was berechnet wird

Acht Ergebnisse aus beiden Rechnern.

Airtime je Paket

Symboldauer, Präambel und Nutzlastsymbole nach LoRa-Formel für SF7 bis SF12 und 125 oder 250 kHz.

Ladung je Zyklus

Sendestrom mal Airtime, Empfangsfenster, Ruhestrom über das Intervall.

Mittlerer Strom

Ladung je Zyklus geteilt durch Intervall plus Selbstentladung als Zusatzstrom.

Laufzeit

Nutzbare Kapazität geteilt durch mittleren Strom, in Jahren, mit Vergleich für alle Spreading Factors.

Duty Cycle

Sendeanteil gegen 1 Prozent im EU868-Unterband; höchstens zulässige Pakete je Stunde.

Link-Budget

Sendeleistung plus Antennengewinne minus Empfindlichkeit je SF.

Reichweite

Entfernung aus Link-Budget, Pfadverlustexponent der Umgebung, Höhenkorrektur und Reserve.

Annahmen

Jede Konstante und jede Vereinfachung als eigene Zeile im Befund.

So geht es weiter

Drei Stufen, jede für sich nutzbar. Nichts davon setzt eine Anmeldung voraus.

Stufe 1: Kurzbefund sofort

Das Werkzeug oben liefert den Befund ohne Anmeldung und ohne persönliche Daten. Datei oder Adresse rein, Ergebnis lesen.

Stufe 2: Vollbefund als PDF

Alle Zeilen, alle Fundstellen, alle Grundlagen in einer Datei zum Weitergeben an Kanzlei, Agentur oder Elektrobetrieb. Nur Ihre E-Mail-Adresse.

Stufe 3: Wir beheben es

Sie fordern ein Angebot an. Betreff und Kennzahlen aus dem Befund sind vorausgefüllt. Wir antworten per E-Mail mit Umfang und Festbetrag.

Was mit Ihren Daten passiert

Hochgeladene Dateien werden nach der Auswertung sofort gelöscht. Das PDF liegt 24 Stunden unter einem zufälligen Link und wird dann automatisch entfernt. Gespeichert bleiben nur E-Mail, Firma und Kennzahlen zur Bearbeitung.

Vollbefund als PDF anfordern

Führen Sie zuerst das Werkzeug aus. Danach können Sie den Vollbefund zu genau diesem Ergebnis anfordern.

LoRaWAN: Airtime, Energie, Funkreichweite

Die Physik hinter den beiden Rechnern und die Regeln im EU868-Band.

Airtime und Spreading Factor

LoRa moduliert mit Chirps; der Spreading Factor (SF7 bis SF12) legt fest, wie viele Chips ein Symbol bilden. Jeder SF-Schritt verdoppelt die Symboldauer und damit die Zeit auf dem Kanal, bringt aber etwa 2,5 dB mehr Empfindlichkeit. Die Airtime eines Pakets folgt der Formel aus der Semtech-Anwendungsnotiz AN1200.13: Symboldauer gleich 2 hoch SF geteilt durch Bandbreite; Präambel gleich (8 plus 4,25) Symbole; Nutzlastsymbole gleich 8 plus dem aufgerundeten Quotienten aus (8 mal Nutzlastbytes minus 4 mal SF plus 28 plus 16 bei CRC) und (4 mal (SF minus 2 bei Low-Data-Rate-Optimierung)), multipliziert mit der Coderate (5 für 4/5). Bei 20 Byte Nutzlast plus 13 Byte LoRaWAN-Rahmen ergibt das 71,9 ms bei SF7 und 1.810 ms bei SF12 mit 125 kHz. Die LoRaWAN-Regionalparameter für EU863-870 erlauben je Datenrate eine maximale Nutzlast von 51 Byte (SF12 bis SF10) bis 222 Byte (SF7).

Energie und Laufzeit

Ein Klasse-A-Sensor sendet, öffnet zwei Empfangsfenster (RX1 nach einer Sekunde, RX2 nach zwei Sekunden) und schläft bis zum nächsten Intervall. Die Ladung je Zyklus ist Sendestrom mal Airtime plus Empfangsstrom mal Fensterdauer plus Ruhestrom mal Intervall. Der mittlere Strom ergibt sich aus Ladung je Zyklus geteilt durch Intervall; dazu kommt die Selbstentladung der Batterie als konstanter Zusatzstrom. Die Laufzeit ist die nutzbare Kapazität geteilt durch den mittleren Strom. Mit 3.600 mAh, 15 Minuten Intervall, 120 mA Sendestrom und 10 µA Ruhestrom liegt die Modell-Laufzeit bei SF7 um 12 Jahre und bei SF12 um 1,3 Jahre; in der Praxis begrenzen Temperatur, Passivierung von Lithium-Thionylchlorid-Zellen und Spannungsabfall unter Last die Werte deutlich.

Link-Budget und Reichweite

Das Link-Budget ist Sendeleistung plus Antennengewinne minus Empfindlichkeit des Empfängers. Das SX1276-Datenblatt nennt bei 125 kHz Bandbreite rund minus 123 dBm (SF7), minus 126 (SF8), minus 129 (SF9), minus 132 (SF10), minus 134,5 (SF11) und minus 137 dBm (SF12). Mit 14 dBm und 2 dBi ergibt das 139 dB bei SF7 und 153 dB bei SF12. Der Pfadverlust wächst nach dem log-distance-Modell mit 10 mal Exponent mal Logarithmus der Entfernung; der Exponent liegt bei 2,0 im freien Feld, 2,7 bis 3,0 in der Vorstadt, 3,0 bis 3,5 in der Stadt und um 3,0 in Industriehallen (ITU-R P.1238 für Innenräume). Die Höhenkorrektur nach Hata berücksichtigt, dass ein Gateway auf 30 Metern deutlich weiter sieht als auf 3 Metern. Eine Schwundreserve von 10 dB fängt Wetter, Vegetation und Mehrwegeausbreitung ab. Das Ergebnis ist eine Größenordnung; der Feldtest mit Testsender liefert die Karte.

Regeln im EU868-Band

LoRaWAN in Europa nutzt das SRD-Band 863 bis 870 MHz nach ETSI EN 300 220 und der deutschen Allgemeinzuteilung der Bundesnetzagentur (Vfg 133/2019 in der jeweils geltenden Fassung). Im Unterband 868,0 bis 868,6 MHz gilt ein Duty Cycle von 1 Prozent und 14 dBm ERP; im Unterband 869,4 bis 869,65 MHz 10 Prozent und 27 dBm ERP, das Gateways für RX2 nutzen. Ein Sensor darf also bei SF12 mit 1,8 Sekunden Airtime höchstens 20 Pakete pro Stunde senden. Die LoRaWAN-Spezifikation 1.0.4 und die Regionalparameter RP002 der LoRa Alliance setzen diese Vorgaben in Datenraten und Kanalpläne um.

Typische Fehler

Laufzeit aus dem Datenblatt übernommen: Herstellerangaben rechnen oft mit SF7, langem Intervall und 25 Grad. Mit SF12 im Keller bleibt davon ein Zehntel.
Nutzlast zu groß: JSON im Funkpaket statt Bytes; die Airtime vervierfacht sich, der Duty Cycle ist verletzt.
Antenne im Metallgehäuse: 10 bis 20 dB Verlust, die kein Rechner sieht.
Gateway im Serverraum: Innenantenne hinter Stahlbeton; ein Gateway auf dem Dach ersetzt drei im Gebäude.
Bestätigte Uplinks: Jede Bestätigung belegt Downlink-Zeit am Gateway und kostet den Sensor ein offenes Empfangsfenster.

Was eine saubere Lösung ausmacht

Sendeprofil und Nutzlast werden je Messaufgabe festgelegt, ADR regelt den Spreading Factor, Gateways stehen hoch und außen, die Abdeckung wird mit Testsender gemessen und als Karte dokumentiert, Batteriestand und Signalqualität laufen im Dashboard mit Alarm bei Ausfall. Wie wir LoRaWAN-Sensorik planen und betreiben, steht unter https://netzhandwerker.de/lorawan; die Plattform dahinter unter https://netzhandwerker.de/spuerwerk.

Quellen: Semtech AN1200.13 LoRa Modem Designer's Guide (Airtime-Formel); Semtech SX1276/77/78/79 Datenblatt (Empfindlichkeit je SF bei 125 kHz); LoRa Alliance LoRaWAN L2 1.0.4 und Regional Parameters RP002 (EU863-870, Nutzlastgrenzen); ETSI EN 300 220-2 (Duty Cycle, ERP); ITU-R P.1238 (Innenraum-Pfadverlust); Hata-Modell (Höhenkorrektur).

Weiterführend auf netzhandwerker.de

https://freilandwerk.de/netzhandwerker/lorawan – LoRaWAN-Sensorik: Planung, Gateways, Dashboard
https://freilandwerk.de/netzhandwerker/anzeige/lorawan – LoRaWAN für Hallen und Gelände: Angebot
https://freilandwerk.de/netzhandwerker/werkzeuge/knx-gruppenadressen-pruefen – Werkzeug: KNX-Gruppenadressen prüfen
https://freilandwerk.de/netzhandwerker/gemueseanbau-sensorik-ki – Sensorik und KI im Gemüseanbau

Der Rechner sagt, ob es geht. Der Feldtest sagt, wie.

Wir planen Gateway-Standorte, wählen Sensoren und Sendeprofile, messen die Abdeckung vor Ort mit einem Feldtester und liefern Dashboard und Alarmierung dazu. Festbetrag nach Sichtung Ihres Geländes und Ihrer Messaufgabe.

Angebot anfordern

Beschreiben Sie, was aus dem Befund werden soll. Betreff und Kennzahlen sind nach dem Prüflauf vorausgefüllt. Wir antworten per E-Mail an support@netzhandwerker.de mit dem nächsten Schritt.

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Ich habe die Datenschutzhinweise zur Kenntnis genommen. Ihre Angaben verarbeiten wir zur Bearbeitung dieser Anfrage.

Häufig gestellte Fragen

Wie wird die Airtime berechnet?

Nach der Formel aus der Semtech-Anwendungsnotiz AN1200.13: Symboldauer 2 hoch SF geteilt durch Bandbreite, Präambel mit 8 Symbolen plus 4,25, Nutzlastsymbole aus Nutzlastbytes, SF, Coderate 4/5, CRC und Low-Data-Rate-Optimierung bei SF11 und SF12. Zur Nutzlast kommen 13 Byte LoRaWAN-Rahmen (MHDR, DevAddr, FCtrl, FCnt, FPort, MIC) ohne FOpts.

Warum halbiert sich die Laufzeit nicht einfach bei doppeltem Intervall?

Weil der Ruhestrom und die Selbstentladung unabhängig vom Senden fließen. Bei kurzen Intervallen dominiert das Senden, bei langen der Ruhestrom. Ab einem gewissen Intervall bringt weiteres Strecken nichts mehr; dann entscheidet die Qualität des Sensors im Schlafmodus.

Welche Annahmen stecken in der Laufzeit?

Zwei Empfangsfenster je Uplink mit je 50 Millisekunden bei 11 Milliampere (Klasse A), 85 Prozent nutzbare Kapazität der Batterie, Selbstentladung als konstanter Zusatzstrom über das Jahr, keine Bestätigungen, keine Wiederholungen, keine Temperatureffekte. Jede Annahme steht im Befund; reale Werte hängen vom Sensor und der Batteriechemie ab.

Was ist das Link-Budget?

Sendeleistung plus Antennengewinne minus Empfängerempfindlichkeit, in Dezibel. Die Empfindlichkeit hängt vom Spreading Factor ab: Bei 125 kHz Bandbreite rund minus 123 dBm bei SF7 und minus 137 dBm bei SF12 laut SX1276-Datenblatt. Jeder SF-Schritt bringt etwa 2,5 dB mehr Budget, kostet aber die doppelte Airtime.

Wie wird die Reichweite geschätzt?

Mit dem log-distance-Modell: Pfadverlust bei einem Meter (31,2 dB bei 868 MHz) plus 10 mal Exponent mal Logarithmus der Entfernung. Der Exponent steht für die Umgebung: 2,0 im freien Feld, 2,8 in der Vorstadt, 3,5 in der Stadt, 3,0 in einer Industriehalle. Dazu eine Höhenkorrektur für das Gateway und 10 dB Reserve für Schwund. Das Ergebnis ist eine Größenordnung, kein Messwert.

Welchen Spreading Factor soll ich wählen?

Den kleinsten, der mit Reserve ankommt. Adaptive Data Rate (ADR) regelt das im Netz automatisch für stationäre Sensoren. Für die Planung rechnen Sie die Laufzeit mit SF12 als schlechtesten Fall und die Reichweite mit SF9 oder SF10 als realistischem Betriebspunkt.

Was gilt für den Duty Cycle?

Im EU868-Band dürfen Geräte im Unterband 868,0 bis 868,6 MHz nur 1 Prozent der Zeit senden (ETSI EN 300 220). Bei SF12 und 1,8 Sekunden Airtime sind das höchstens 20 Pakete pro Stunde. Der Befund weist aus, ob Ihr Intervall den Duty Cycle einhält.

Ersetzt der Rechner die Messung?

Nein. Gebäude, Metall, Vegetation und Wetter verändern die Dämpfung um 20 dB und mehr. Der Rechner zeigt, ob ein Konzept plausibel ist; die Gateway-Standorte legt ein Feldtest mit Testsender fest.

LoRaWAN rechnen.Batterielaufzeit und Reichweite, bevor der erste Sensor hängt.

Rechner

Batterielaufzeit

Reichweite

So sieht Ihr Befund aus

Batterielaufzeit

Reichweite

Vergleich aller Spreading Factors

Laufzeit je Spreading Factor (Jahre)

Annahmen

Wer braucht das

Industrie und Logistik

Gebäude und Liegenschaften

Landwirtschaft

Entwickler und Integratoren

Was berechnet wird

Airtime je Paket

Ladung je Zyklus

Mittlerer Strom

Laufzeit

Duty Cycle

Link-Budget

Reichweite

Annahmen

So geht es weiter

Stufe 1: Kurzbefund sofort

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Stufe 3: Wir beheben es

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LoRaWAN: Airtime, Energie, Funkreichweite

Airtime und Spreading Factor

Energie und Laufzeit

Link-Budget und Reichweite

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Batterielaufzeit und Reichweite, bevor der erste Sensor hängt.