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一文了解LoRa技术关键特性和优势

2019年10月31日 文章来源:网络整理 热度:179℃ 作者:刘英

  LoRa与NB-IoT是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。不过两者之间到底有什么区别和不同?谁又将更胜一筹占领LPWAN制高点?

  物联网的快速发展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-power Wide-Area Network,低功耗广域网)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。

  LoRa:易于建设和部署的低功耗广域物联技术

  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。

一文了解LoRa技术关键特性和优势


图1:LoRa技术特点

  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。

  线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年,因为其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性,而LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。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。如图2所示。

一文了解LoRa技术关键特性和优势


图2:LoRa网络架构

  LoRa的优势主要体现在以下几个方面:

  1、大大的改善了接收的灵敏度,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。

  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。

  如图2所示,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。

  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)。

LoRa的关键特征和优势

一文了解LoRa技术关键特性和优势

  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,如智能抄表、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。

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