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浅谈物联网LoRa无线传输技术

LoRa是一种专用于无线电扩频调制与解调的技术,采用1GHz以下的通信载波,实现了超低功耗,超远距离的通讯。LoRa是把频谱扩展通信技术与GFSK调制技术融合在一起的技术,它使用了一种不一般的扩频技术,这使得网络中的不同终端只要使用不同的扩频序列,即使使用一样的频率同时发送数据也不会相互干扰。

1. 

1LoRa在无线技术中的位置

无线技术是目前非常重要的通信技术之一。无线通信技术出现在了几乎所有电子产品 领域。目前全球短/近/中距离标准的无线通信技术也是多种多样,市场上的无线通信技术主要有WLAN(无线局域网络)、WWAN(无线广域网络)、WMAN(无线都会网络)、WPAN(无线个人局域网络),它们的传输速率如下图1 所示:

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1 短/近/中距离标准无线通信技术的通信速率

物联网无线通信技术很多种,主要分为两类:一类是Zigbee、WiFi、BluetoothZ-wave等短距离通信技术;另一类是LPWAN(Low-Power Wide-Area Network,低功耗广域网),即广域网通信技术。

LPWAN又可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP支持的3G/4G蜂窝通信技术,比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

各种无线标准对应不同的应用场合和应用诉求,表1做了简单的分析和比较。

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1物联网无线技术对比

由上面数据的分析比较大致可以得出,LoRa、NB-IoT非常适合于需要一定规模的组网、对低功耗和远距离有非常强烈的要求、高安全性、数据量不大的工业控制领域。

2LoRa的技术特点和应用方向

LoRa是一种新兴的Sub-1G无线通信技术。与普通的小无线相比,它功耗更低,通信距离更远,通信可靠性更好。与GSM,CDMA等长距离的无线通信技术相比,其通信网络的复杂度和成本都极低,缺点就是通信速率比较低。可以在传感器网络、工业现场,家庭监控、安全系统和物联网等领域拓展LoRa的应用。

1.1. 

2.1 LoRa的技术特点

LoRa的技术特点归纳于以下3点:

2.1.1大大的改善了接收的灵敏度,降低了功耗

高达164dB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,这大大降低了设备功耗。

2.1.2基于该技术的网关/集中器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10km。

2.1.3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)。

2.2 LoRa关键特征和优势

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 2 LoRa关键特征和优势

2.3 LoRa的应用领域

正是由于LoRa的关键特性,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,如智能楼宇、智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。

3LoRa无线传输解决方案发展趋势

随着全球推进智慧城市步伐的推进,低功耗广域网技术的重要性显的愈发重要。智慧城市技术是政府和城市提供可持续服务以有效满足城市人口涌入的一种方式。而Semtech的LoRa技术和基于LoRaWAN协议的低功耗广域网(LPWAN)提供了一种智能传感和控制的基础设施,使城市以简化有效的方式从成千上万的连接设备收集和分析数据,以便对他们需要提供的服务做出决策。

国内外加速部署LoRa网络:

LoRa网络由于易于建设和部署,已成为当前最为普遍应用的物联网专用网络通信技术,国际上已经出现了NB-IoT,LoRa,Weightless等多个标准或者联盟。

目前LoRa网络已经在世界多地进行试点或部署,截至目前最新公布的数据,已经有17个国家公开宣布建网计划,120多个城市地区有正在运行的LoRa网络,如美国、法国、德国、澳大利亚、印度等等国家,荷兰、瑞士、韩国等更是部署或计划部署覆盖全国的LoRa网络。Orange、KPN、SK、TATA、软银、Senet、Comcast等各国主流电信运营商已选择LoRa来建设物联网专用网络,形成源于LoRaWAN的物联网标准规范并大范围推广。


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