Spreizfaktor bei LoRa: die eine Stellschraube, die alles kostet

Der Spreizfaktor ist die zentrale Einstellung bei LoRa – und die einzige, an der man sinnvoll drehen kann. Er verlängert das Signal, damit es robuster wird. Alles andere folgt daraus: die Reichweite, die Datenrate, der Stromverbrauch und wie viel vom Sendezeitbudget übrig bleibt.

Was der Spreizfaktor tut

LoRa überträgt Daten nicht als einzelne Impulse, sondern als Frequenzrampen – Töne, die über einen Bereich gleiten. Der Spreizfaktor bestimmt, wie lang so eine Rampe dauert.

• Längere Rampen sind leichter wiederzuerkennen, auch wenn sie im Rauschen liegen. Das bringt Reichweite.
• Längere Rampen brauchen mehr Zeit für dieselbe Datenmenge. Das kostet Datenrate.
• Jede Stufe verdoppelt die Dauer. Von SF7 auf SF12 ist das eine Verzwanzigfachung.
• Signale mit verschiedenen Spreizfaktoren stören einander kaum, selbst auf derselben Frequenz. Deshalb funktioniert ein LoRaWAN-Netz mit vielen Geräten überhaupt.

Der letzte Punkt ist eine der elegantesten Eigenschaften der Technik: Zwei Geräte können gleichzeitig auf demselben Kanal senden, und das Gateway hört beide – solange sie unterschiedliche Spreizfaktoren nutzen.

Die Stufen im Vergleich

Zwischen der ersten und der letzten Zeile liegt Faktor zwanzig – bei der Sendedauer, beim Stromverbrauch pro Nachricht und beim Verbrauch des Sendezeitbudgets. Der Reichweitengewinn ist dagegen deutlich kleiner: grob eine Verdopplung bis Verdreifachung über die ganze Spanne.

Warum Du ihn meist nicht selbst einstellen solltest

LoRaWAN hat dafür einen eigenen Mechanismus: die automatische Datenratenanpassung. Das Netz beobachtet, wie gut es ein Gerät hört, und weist ihm eine passende Stufe zu.

1. Ein Gerät startet vorsichtig auf einer robusten Stufe.
2. Das Netz misst den Störabstand über mehrere Nachrichten hinweg.
3. Ist Reserve vorhanden, wird heruntergestuft – kürzere Sendezeit, längere Batterielaufzeit.
4. Verschlechtert sich der Empfang, geht es wieder hoch.

Das lohnt sich für ortsfeste Sensoren fast immer. Ein Gerät mit gutem Empfang landet nach wenigen Tagen bei SF7 und verbraucht danach einen Bruchteil des Stroms. Für bewegliche Geräte taugt der Mechanismus dagegen nicht – dort ändert sich der Empfang schneller, als die Anpassung nachkommt, und man stellt besser fest ein.

Was das für die Batterie bedeutet

Das Senden ist bei einem LoRa-Sensor mit Abstand der größte Stromfresser. Der Zusammenhang ist deshalb direkt:

Die Werbeversprechen von „bis zu zehn Jahren Batterielaufzeit" beziehen sich immer auf die erste Zeile. Wer am Rand der Reichweite betreibt und häufig meldet, landet bei einem Bruchteil davon – und merkt das erst nach einem Jahr.

Spreizfaktor bei Meshtastic

Meshtastic versteckt die Einstellung hinter Voreinstellungen mit sprechenden Namen. Dahinter steht dieselbe Abwägung:

Wichtig dabei: Geräte mit unterschiedlichen Voreinstellungen hören einander nicht. Wer sich einem regionalen Netz anschließen will, muss dieselbe Einstellung verwenden wie alle anderen – meist die Standardvorgabe. Mehr dazu unter Meshtastic in Deutschland.

Fazit

Der Spreizfaktor tauscht Zeit gegen Reichweite – und zwar in einem schlechten Verhältnis: Faktor zwanzig bei der Sendezeit für etwa Faktor zwei bis drei bei der Reichweite.

Deshalb gilt: so klein wie möglich, so groß wie nötig. Für ortsfeste Sensoren erledigt die automatische Anpassung das von selbst und besser, als man es von Hand könnte.

Wer maximale Reichweite fest einstellt, zahlt mit Batterielaufzeit und mit Sendezeitbudget – beides fällt erst spät auf.

Häufige Fragen

Was ist der Spreading Factor bei LoRa?

Die Länge der Frequenzrampen, mit denen LoRa Daten überträgt. Höhere Werte machen das Signal robuster und reichweitenstärker, verlängern aber die Sendedauer – jede Stufe verdoppelt sie.

Welcher Spreizfaktor ist der beste?

Der kleinste, der noch zuverlässig ankommt. Bei gutem Empfang SF7, am Rand der Reichweite SF11 oder SF12. Für ortsfeste Geräte übernimmt die automatische Datenratenanpassung diese Entscheidung.

Wie viel Reichweite bringt SF12 gegenüber SF7?

Grob das Zwei- bis Dreifache – bei etwa zwanzigfacher Sendedauer. Das Verhältnis ist ungünstig, deshalb lohnt sich SF12 nur dort, wo es keine Alternative gibt.

Stören sich Geräte mit unterschiedlichen Spreizfaktoren?

Kaum. Signale mit verschiedenen Spreizfaktoren lassen sich auch auf derselben Frequenz gleichzeitig empfangen. Das ist einer der Gründe, warum ein Gateway viele Geräte gleichzeitig bedienen kann.

Warum hören sich meine Meshtastic-Geräte nicht?

Meist wegen unterschiedlicher Voreinstellungen – dahinter stecken verschiedene Spreizfaktoren und Bandbreiten. Beide Geräte brauchen dieselbe Einstellung, sonst besteht keine Verbindung.

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