LoRa設計10問
引言：
近 5 年來，LoRa技術在國内受重視，從高校到企業，再到自主創業者，都在了解和研究。作為從事 LoRa 研發 5 年，推出完整 LoRa 物聯網的銳米通信(www.rimelink.com)，接觸許多問詢 LoRa 技術的客戶。為此，我們解釋一些 LoRa 技術的常見問題。
1問：LoRa是什麼？
答：LoRa是Long Range（長距離）的簡稱，是一種長距離、低功耗無線通信技術。2009年法國公司Cycleo設計出一種優異的擴頻通信算法，後來，該公司被美國semtech公司收購，後者于2013年推出LoRa晶片。目前，semtech公司是LoRa晶片唯一供應商。
2問：LoRaWAN是什麼？
答：LoRaWAN是LoRa Wide Area Network（LoRa廣域網）的簡稱，是基于LoRa技術的一種通信協定。它主要包括三個層次的通信實體：LoRa終端、LoRa網關和LoRa伺服器。
LoRaWAN是一個較龐大的體系結構，支援CLASS A / B / C三種終端，使用LoRa MAC協定為網關和終端提供防沖突通信和同步機制，有4種伺服器角色，分别擔任：網絡連接配接、應用管理、接入控制和使用者資料。它的層次關系如下：
3問：LoRa有什麼優點？
答：最大的優點是長距離傳輸，采用擴頻增益，它的傳輸距離約FSK的3倍；其次是低功耗，盡管它通信距離空曠能達到5km，仍保持良好的節能特性；再次，它工作在免費ISM頻段，這為普通群眾使用該無線網絡打開了一道便捷之門，極大降低網絡鋪設成本。
4問：LoRa有哪些缺點？
答：第一個缺點，傳輸速率低，因為擴頻調制後的通信帶寬窄，一般隻适合傳感器網絡；第二個缺點，硬體價格高，推出市場的時間不長，沒有大規模應用，成本沒有被攤薄；第三個缺點，國内各 LoRa 廠商沒有嚴格遵循 LoRaWAN 協定，無法完全實作“互聯互通”，增加了使用者的難度和成本。
5問：LoRa與常見無線技術的差別？
答：确實，我們身邊的無線技術已經很多了：3G/4G、WiFi、藍牙和ZigBee，為什麼還需要 LoRa 這種無線技術呢？其實，每種無線技術都隻能适應特定通信場景，需要配合使用才能建構高效率、低成本的網絡。
打個比方，現代化的軍事組織，單兵武器都是配合使用，才能達到最佳火力配制。
| 無線技術 | 類比武器 | 距離 | 速率 | 能耗 | 鋪設成本 | 通信成本 | 适應場合 |
| LoRa | 狙擊步槍 | 超長 | 慢 | 低 | 中 | 免費 | 戶外傳感器 |
| 3G/4G | 突擊步槍 | 長 | 較快 | 高 | 極高 | 流量費 | 通話與上網 |
| WiFi | 沖鋒槍 | 短 | 快 | 極高 | 低 | 免費 | 家庭網絡 |
| 藍牙 | 戰術刀 | 極短 | 中 | 低 | 低 | 免費 | 手機配件 |
| ZigBee | 手槍 | 較短 | 較慢 | 低 | 較低 | 免費 | 室内裝置 |
6問：LoRa的競争對手有哪些？
答：在LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網）有代表性的3種技術是：LoRa、Sigfox和LTE-M（包括NB-IoT）。它們技術參數對比如下：
| 參數 | LoRa | Sigfox | LTE-M |
| 頻段 | ISM免費頻段 | ISM免費頻段 | 電信授權頻段 |
| 通信速率 | 300~37.5kbps | 100或500bps | 20kbps |
| 發射功耗 | 低 | 低 | 高 |
| 接收功耗 | 低（10~12mA） | 低（10~13mA） | 中（20～30mA） |
| 全雙向 | 是 | 否 | 是 |
| 抗幹擾 | 優（擴頻調制） | 差（窄帶BPSK） | 中 |
| 擴充性 | 優 | 差 | 未知 |
| 支援定位 | 支援 | 不支援 | 不支援 |
| 節點可移動 | 支援 | 不支援 | 不支援 |
| 節點可漫遊 | 支援 | 支援 | 支援 |
| 部署進度 | 晶片已經上市， 網關低成本 | 網關複雜 成本高 | 晶片未上市， 标準建設中 |
7問：LoRa為什麼能傳輸得更遠？
答：無線通信的距離受很多因素的影響，包括：衰減、損耗、噪聲、大氣吸收、多徑和折射。長期以來，要延長通信距離，最直接的手段是增大發射功率，即提高Eb/N0（每位信号能量與每赫茲噪聲功率密度的比值），這種方式不能滿足低功耗的要求。
後來人們發現，擴頻技術可以得到如下收益：從各種類型的噪聲和多徑失真中獲得免疫性；得到信噪比的增益。換句話說，使用擴頻通信抗幹擾性更強，通信距離更遠，LoRa的長距離源自此處。
LoRa擴頻調制的示意圖如下所示，使用者資料的原始信号與擴充編碼位流進行XOR（異或）運算，生成發送信号流，這種調制帶來的影響是傳輸信号的帶寬有顯著增加（擴充了頻譜）。
詳解長距離：《最大化 LoRa 長距離，您應該知道的完整秘籍》 https://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/86012877
8問：SX1276/8和SX1301是什麼？
答：SX1276/8是semtech公司推出的LoRa終端晶片，單信道，前者面向歐美市場（支援862～1020MHz），後者面向中國市場（支援 470~510 MHz）。從硬體設計，到軟體驅動，都開源設計，使用者可以免費下載下傳。
SX1301是semtech公司推出的LoRa網關晶片，8個LoRa信道，1個FSK信道，可以看成是FPGA+8路LoRa數據機。該晶片是semtech的核心利益塊，目前沒有向任何廠商授權。
SX1301的體系結構如下圖所示，有2個前端晶片SX1255/7處理信号，推薦GPS提供精确時鐘，通過SPI與MCU連接配接。
9問：LoRa網關一定是LoRaWAN+SX1301嗎？
答：從廣義上講，網關是連接配接2個不同網絡的裝置。如果一個裝置，它能将LoRa無線網絡和Internet連接配接起來，它就是一個LoRa網關。
根據應用場合不同，LoRa網關至少可以分為：便攜式，輕量級，區域級，電信級；前2者，容納的LoRa節點較少，通信帶寬較低，LoRa網關可以使用SX1276/8；後2者需要SX1301，甚至多片SX1301。
如果網關和終端都使用一家公司的，私有協定可以工作；當然，要連接配接不同廠家的LoRa裝置，甚至國際化，那就需要遵循LoRaWAN協定。
10問：LoRa前景如何？
答：要預判一個年青（才 5 年）的物聯網技術前景是很難的，除了技術外，有商業模式，有政治因素（保證基礎資料安全和帶動本國就業等）。我們試着把LoRa在國際和國内的競争對手比較下，可能聰明的您就能看到它的前景。
表1 國際
| 項目 | LoRa | Sigfox | LTE-M |
| 商業模式 | Semtech提供技術 其他公司組成物聯網 | 法國Sigfox公司成為 全球物聯網營運商 | 改進現有LTE技術 為營運商謀取更多利益 |
| 部署成本 | 低 | 較高 | 高 |
| 資金來源 | 出售晶片和收取會費 | 風險投資 | 營運商投資 |
| 财務風險 | 低，有持續收入 | 極高，資金鍊斷裂緻命 | 較低，現有業務支撐 |
表2 國内
| 項目 | LoRa | NB-IoT |
| 營運者 | Semtech提供技術 其他公司組成物聯網 | 華為公司提供技術 營運商組成物聯網 |
| 終端成本 | 小于5美金 | 5～10美金 |
| 網關成本 | 塔式基站約1000美金； 工業基站約500美金； | 更新LTE基站不少于15000美金 |
| 頻段與品質 | 免費頻段，網絡品質稍差 | 授權頻段，網絡品質好 |
| 能耗 | 低，特别适合電池供電 | 較低，同步與蜂窩調制有額外能耗 |
| 部署時間表 | 13年釋出晶片 整個産業鍊相對較為成熟 | 17年上半年釋出子產品 産業鍊受頻段、營運商等限制 |
| 技術優勢 | 低功耗，低成本，高度靈活 | 較高傳輸速率和頻繁通信 |
| 适合場景 | 自主區域網絡 智慧農業、智能建築、物流追蹤，裝置監測等 | 政府公共事業 智能電表、零售終端、自動化制造 |
歡迎加入“LoRaWAN論壇”http://lora.timeddd.com/forum.php