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NB-IoT無線通信子產品與Lora無線通信協定技術分析與前景展望

物聯網的快速發展對無線通信技術提出了更高的要求,專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接配接的物聯網應用而設計的LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗廣域網)也快速興起。物聯網應用需要考慮許多因素,例如節點成本,網絡成本,電池壽命,資料傳輸速率(吞吐率),延遲,移動性,網絡覆寫範圍以及部署類型等。可以說沒有一種技術可以滿足IoT所有的需求。

NB-IoT無線通信子產品與Lora無線通信協定技術分析與前景展望

1、NB-IoT、LoRa簡述

NB-IoT無線子產品和LoRa無線通信子產品兩種技術具有不同的技術和商業特性,也是最有發展前景的兩個低功耗廣域網通信技術。這兩種LPWAN技術都有覆寫廣、連接配接多、速率低、成本低、功耗少等特點,都适合低功耗物聯網應用,都在積極擴建自己的生态系統。

NB-IoT無線通信子產品與Lora無線通信協定技術分析與前景展望

LoRa技術(Long Range)是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。LoRa網絡主要由終端(可内置LoRa子產品)、網關(或稱基站)、Server和雲四部分組成,應用資料可雙向傳輸。

NB-IOT技術(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT,又稱窄帶物聯網),是由3GPP标準化組織定義的一種技術标準,是一種專為物聯網設計的窄帶射頻技術。

2、無線通信技術特性

2.1、無線數傳使用頻段

NB-IoT子產品使用了授權頻段,有三種部署方式:獨立部署、保護帶部署、帶内部署。全球主流的頻段是800MHz和900MHz。中國電信會把NB-IoT部署在800MHz頻段上,而中國聯通會選擇900MHz來部署NB-IoT,中國移動則可能會重耕現有900MHz頻段。具體如表2-1所示:

表2-1:

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LoRa子產品技術使用的是免授權ISM頻段,但各國或地區的ISM頻段使用情況是不同的。在中國市場,由中興主導的中國LoRa應用聯盟(CLAA)推薦使用了470-518MHz。而470-510MHz這個頻段是無線電計量儀表使用頻段。由于LoRa是工作在免授權頻段的,無需申請即可進行網絡的建設,網絡架構簡單,營運成本也低。LoRa聯盟正在全球大力推進标準化的LoRaWAN協定,使得符合LoRaWAN規範的裝置可以互聯互通。下圖是LoRa聯盟規範裡提到的部分使用頻段:

NB-IoT無線通信子產品與Lora無線通信協定技術分析與前景展望

2.2、通訊距離

移動網絡的信号覆寫範圍取決于基站密度和鍊路預算。NB-IoT具有164dB的鍊路預算,GPRS的鍊路預算有144dB(TR 45.820),LTE是142.7dB(TR 36.888)。與GPRS和LTE相比,NB-IoT鍊路預算有20dB的提升,開闊環境信号覆寫範圍可以增加七倍。20dB相當于信号穿透建築外壁發生的損失,NB-IoT室内環境的信号覆寫相對要好。一般地,NB-IoT的通信距離是15km。

LoRa以其獨有的專利技術提供了最大168dB的鍊路預算和+20dBm的功率輸出。一般地,在城市中無線距離範圍是1~2公裡,在郊區無線距離最高可達20km。

2.3、成本對比

LPWAN協定無論多強大都需要考慮其低成本,否則它們不能是可行的物聯網解決方案。LoRa在這方面有優勢。LoRaWAN子產品的總體成本在 8-10 美元左右,約為 NB-IoT 等蜂窩 LTE 子產品價格的一半。NB-IoT 網絡的複雜性越高,知識産權相關(授權頻段方面)費用更高,提高了NB-IoT 的總成本。NB-IoT 更新到先進的 4G /LTE 基站比 LoRa 通過工業網關或塔頂網關部署更昂貴。不過,随着市場越來越成熟,相信LoRa和NB-IoT總體成本都會大幅降低。

3、前景分析

NB-IoT和LoRa目前都還處于發展的起步階段,需要各方的投入和共同的發展。當大規模部署成為一種現實可能的時候,NB-IoT和LoRa模組成本自然也會進一步降低。就技術方案而言,在短時間内,NB-IoT和LoRa肯定會并行,有共同點、各有優點、各有缺點,很難說誰壓倒誰,但是,如果受到技術方案以外的因素影響,比如赢利模式的創新,與應用行業的緊密結合,借助行業的影響力,那麼什麼都有可能。在這新一波的物聯網發展的行情中,先把項目落地,才有赢得先人一步的機會。NB-IoT和LoRa不僅僅需要産品的創新,更需要項目應用的創新。

4、推薦方案

4.1、LoRaWan節點

NB-IoT無線通信子產品與Lora無線通信協定技術分析與前景展望

  E105-EP20子產品是成都億佰特電子科技公司有限公司基于SEMTECH 公司的 SX1276 晶片研發。子產品內建了透傳功能,支援序列槽 AT 指令集,使用者通過序列槽即可使用對 LoRaWan 伺服器網絡通路的功能,适用于低功耗、低速率、遠距離等物聯網領域,改子產品符合LoRanWan協定規範的超低功耗節點子產品,貼片封裝,外接天線,可通過配置工作在425MHz~441MHz頻段。 最多使用 16 個信道,子產品可使用序列槽進行資料收發,降低了無線應用的門檻。基于 LoRaWAN Specification V1.0.1 協定和完整的 LoRaMacV4.1.0 協定棧,可加入任何相容 LoRaWan 協定的網絡,支援 CLASSA 和 CLASSC 工作模式,簡單配置後便可以非常便利的實作網絡通路功能,最大限度減少開發者的工作和項目開發時間。

4.2、NB-IOT子產品

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