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物联网无线通信技术之NB-IoT及LoRa技术解读

TIME:2017-08-28   click: 173 次

物联网是一个趋势,而且也必定是未来的格局。物联网的快速发展也对无线通信技术提出了更高的要求,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-powerWide-Area Network,低功耗广域网)因此也快速兴起。NB-IoT与LoRa是其中的典型代表,也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。

 

这两种 LPWAN 技术都有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点,都适合低功耗物联网应用,都在积极扩建自己的生态系统。可是这两者之间到底有什么区别和不同? 有什么重叠或不同的应用范围? 是替代还是互补呢?

 

LoRa的诞生比NB-IoT要早些,2013年8月Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术(Long Range,简称 LoRa)的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm,与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收灵敏度改善了20db 以上,这确保了网络连接可靠性。

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它使用线性调频扩频调制技术,即保持了像FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性,又明显地增加了通信距离,同时提高了网络效率并消除了干扰,即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰,因此在此基础上研发的集中器/网关 (Concentrator/Gateway)能够并行接收并处理多个节点的数据,大大扩展了系统容量。

 

随着 LoRa 的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变,这一技术改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量、低成本的通讯系统。

 

LoRa主要在全球免费频段运行(即非授权频段),包括 433、868、915 MHz 等。LoRa 网络主要由终端(内置 LoRa 模块)、网关(或称基站)、服务器和云四部分组成,应用数据可双向传输。

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大大改善接收的灵敏度,降低了功耗

 

高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关),其接收电流仅 10mA,睡眠电流 200nA,这大大延迟了电池的使用寿命。

 

支持多信道多数据速率的并行处理,系统容量大

网关是节点与 IP 网络之间的桥梁(通过2G/3G/4G 或者 Ethernet)。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes,网络占用率 10%)。 如果把网关安装在现有移动通信基站的位置,发射功率20dBm(100mW),那么在建筑密集的城市环境可以覆盖 2 公里左右,而在密度较低的郊区,覆盖范围可达 10 公里。

 

基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位

 

LoRa 对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的 RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication),而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量,其定位精度可达 5m(假设 10km 的范围)。

 

这些关键特征使得 LoRa 技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用。

 

后起之秀NB-IoT将导致LoRa消亡?

 

随着今年6月份NB-IoT的标准冻结,近来备受瞩目的NB-IoT的规模化商用的基础终于落实。普遍认为2017年将是NB-IoT网络商用的元年。

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从技术上看,两者之间其实并没有太大的优劣式之分,从应用范围上来看,两者其实很多都是一样的。区别在于NB-IOT采用的是运营商统一部署覆盖全国的网络进行收费运营的方式,而LoRa可以让企业搭建属于自己的网络实现业务运营。“LoRa 相对 NB-IoT 的好处是已经有成熟的商用,而NB-IoT才刚刚开始。LoRa 和NB-IoT的应用可能会有很多重叠。

 

总体来说,LoRa相对NB-IoT的好处是已经有成熟的商用,而NB-IoT才刚刚开始。LoRa和NB-IoT的应用可能会有很多重叠,都是智能电表、水表抄表、智能农业等低数据量的采集,如果采用NB-IoT,需要用到电信运营商的基站,但是水电气的运营商(电力公司、水务公司)完全可以自己搭建网络,部署自己的私有物联网络,这时候用LoRa就很合适。信锐技术以“立足无线,万物互联”为发展方向,现在产品中已经有植入LoRa技术,不排除以后会在像智慧城市这样场景的产品中用到NB-IoT技术,为用户提供更多、更全的物联网产品。