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LoRa开发1:LoRa设计10问

2020/10/16 17:46:08 文章标签: lora开发

LoRa设计10问 引言: 近 5 年来,LoRa技术在国内受重视,从高校到企业,再到自主创业者,都在了解和研究。作为从事 LoRa 研发 5 年,推出完整 LoRa 物联网的锐米通信(www.rimelink.com),接触许多问询…

                                            LoRa设计10问

 

引言:

近 5 年来,LoRa技术在国内受重视,从高校到企业,再到自主创业者,都在了解和研究。作为从事 LoRa 研发 5 年,推出完整 LoRa 物联网的锐米通信(www.rimelink.com),接触许多问询 LoRa 技术的客户。为此,我们解释一些 LoRa 技术的常见问题。

 

1问:LoRa是什么?

答:LoRa是Long Range(长距离)的简称,是一种长距离、低功耗无线通信技术。2009年法国公司Cycleo设计出一种优异的扩频通信算法,后来,该公司被美国semtech公司收购,后者于2013年推出LoRa芯片。目前,semtech公司是LoRa芯片唯一供应商。

 

2问:LoRaWAN是什么?

答:LoRaWAN是LoRa Wide Area Network(LoRa广域网)的简称,是基于LoRa技术的一种通信协议。它主要包括三个层次的通信实体:LoRa终端、LoRa网关和LoRa服务器。

LoRaWAN是一个较庞大的体系结构,支持CLASS A / B / C三种终端,使用LoRa MAC协议为网关和终端提供防冲突通信和同步机制,有4种服务器角色,分别担任:网络连接、应用管理、接入控制和用户数据。它的层次关系如下:

 

3问:LoRa有什么优点?

答:最大的优点是长距离传输,采用扩频增益,它的传输距离约FSK的3倍;其次是低功耗,尽管它通信距离空旷能达到5km,仍保持良好的节能特性;再次,它工作在免费ISM频段,这为普通民众使用该无线网络打开了一道便捷之门,极大降低网络铺设成本。

 

4问:LoRa有哪些缺点?

答:第一个缺点,传输速率低,因为扩频调制后的通信带宽窄,一般只适合传感器网络;第二个缺点,硬件价格高,推出市场的时间不长,没有大规模应用,成本没有被摊薄;第三个缺点,国内各 LoRa 厂商没有严格遵循 LoRaWAN 协议,无法完全实现“互联互通”,增加了用户的难度和成本。

 

5问:LoRa与常见无线技术的区别?

答:确实,我们身边的无线技术已经很多了:3G/4G、WiFi、蓝牙和ZigBee,为什么还需要 LoRa 这种无线技术呢?其实,每种无线技术都只能适应特定通信场景,需要配合使用才能构建高效率、低成本的网络。

打个比方,现代化的军事组织,单兵武器都是配合使用,才能达到最佳火力配制。

无线技术

类比武器

距离

速率

能耗

铺设成本

通信成本

适应场合

LoRa

狙击步枪

超长

免费

户外传感器

3G/4G

突击步枪

较快

极高

流量费

通话与上网

WiFi

冲锋枪

极高

免费

家庭网络

蓝牙

战术刀

极短

免费

手机配件

ZigBee

手枪

较短

较慢

较低

免费

室内设备

 

6问:LoRa的竞争对手有哪些?

答:在LPWAN(Low Power Wide Area Network,低功耗广域网)有代表性的3种技术是:LoRa、Sigfox和LTE-M(包括NB-IoT)。它们技术参数对比如下:

参数

LoRa

Sigfox

LTE-M

频段

ISM免费频段

ISM免费频段

电信授权频段

通信速率

300~37.5kbps

100或500bps

20kbps

发射功耗

接收功耗

低(10~12mA)

低(10~13mA)

中(20~30mA)

全双向

抗干扰

优(扩频调制)

差(窄带BPSK)

扩展性

未知

支持定位

支持

不支持

不支持

节点可移动

支持

不支持

不支持

节点可漫游

支持

支持

支持

部署进度

芯片已经上市,

网关低成本

网关复杂

成本高

芯片未上市,

标准建设中

 

7问:LoRa为什么能传输得更远?

答:无线通信的距离受很多因素的影响,包括:衰减、损耗、噪声、大气吸收、多径和折射。长期以来,要延长通信距离,最直接的手段是增大发射功率,即提高Eb/N0(每位信号能量与每赫兹噪声功率密度的比值),这种方式不能满足低功耗的要求。

后来人们发现,扩频技术可以得到如下收益:从各种类型的噪声和多径失真中获得免疫性;得到信噪比的增益。换句话说,使用扩频通信抗干扰性更强,通信距离更远,LoRa的长距离源自此处。

LoRa扩频调制的示意图如下所示,用户数据的原始信号与扩展编码位流进行XOR(异或)运算,生成发送信号流,这种调制带来的影响是传输信号的带宽有显著增加(扩展了频谱)。

详解长距离:《最大化 LoRa 长距离,您应该知道的完整秘籍》 https://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/86012877

 

8问:SX1276/8和SX1301是什么?

答:SX1276/8是semtech公司推出的LoRa终端芯片,单信道,前者面向欧美市场(支持862~1020MHz),后者面向中国市场(支持 470~510 MHz)。从硬件设计,到软件驱动,都开源设计,用户可以免费下载。

SX1301是semtech公司推出的LoRa网关芯片,8个LoRa信道,1个FSK信道,可以看成是FPGA+8路LoRa调制解调器。该芯片是semtech的核心利益块,目前没有向任何厂商授权。

SX1301的体系结构如下图所示,有2个前端芯片SX1255/7处理信号,推荐GPS提供精确时钟,通过SPI与MCU连接。

 

 

9问:LoRa网关一定是LoRaWAN+SX1301吗?

答:从广义上讲,网关是连接2个不同网络的设备。如果一个设备,它能将LoRa无线网络和Internet连接起来,它就是一个LoRa网关。

根据应用场合不同,LoRa网关至少可以分为:便携式,轻量级,区域级,电信级;前2者,容纳的LoRa节点较少,通信带宽较低,LoRa网关可以使用SX1276/8;后2者需要SX1301,甚至多片SX1301。

如果网关和终端都使用一家公司的,私有协议可以工作;当然,要连接不同厂家的LoRa设备,甚至国际化,那就需要遵循LoRaWAN协议。

 

10问:LoRa前景如何?

答:要预判一个年青(才 5 年)的物联网技术前景是很难的,除了技术外,有商业模式,有政治因素(保证基础数据安全和带动本国就业等)。我们试着把LoRa在国际和国内的竞争对手比较下,可能聪明的您就能看到它的前景。

表1 国际

项目

LoRa

Sigfox

LTE-M

商业模式

Semtech提供技术

其他公司组成物联网

法国Sigfox公司成为

全球物联网运营商

改进现有LTE技术

为运营商谋取更多利益

部署成本

较高

资金来源

出售芯片和收取会费

风险投资

运营商投资

财务风险

低,有持续收入

极高,资金链断裂致命

较低,现有业务支撑

表2 国内

项目

LoRa

NB-IoT

运营者

Semtech提供技术

其他公司组成物联网

华为公司提供技术

运营商组成物联网

终端成本

小于5美金

5~10美金

网关成本

塔式基站约1000美金;

工业基站约500美金;

升级LTE基站不少于15000美金

频段与质量

免费频段,网络质量稍差

授权频段,网络质量好

能耗

低,特别适合电池供电

较低,同步与蜂窝调制有额外能耗

部署时间表

13年发布芯片

整个产业链相对较为成熟

17年上半年发布模块

产业链受频段、运营商等限制

技术优势

低功耗,低成本,高度灵活

较高传输速率和频繁通信

适合场景

自主区域网络

智慧农业、智能建筑、物流追踪,设备监测等

政府公共事业

智能电表、零售终端、自动化制造

 

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本文链接: http://www.dtmao.cc/news_show_300106.shtml

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