低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN，Low Power Wide Area Network）技術(shù)是一種革命性的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線接入新技術(shù)，與Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等現(xiàn)有成熟商用的無(wú)線技術(shù)相比，具有遠(yuǎn)距離、低功耗、低成本、覆蓋容量大等優(yōu)點(diǎn)，適合于在長(zhǎng)距離發(fā)送小數(shù)據(jù)量且使用電池供電方式的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備。LPWAN作為一個(gè)新興的、剛起步的技術(shù)，其市場(chǎng)普遍被看好，各廠商爭(zhēng)先研究LPWAN，參與標(biāo)準(zhǔn)制定，設(shè)商用試點(diǎn)，市場(chǎng)呈現(xiàn)百家爭(zhēng)鳴、蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

LPWAN技術(shù)從頻譜角度上可分為授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜兩種。截至目前，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)大部分部署在非授權(quán)頻譜，即人們熟悉的ISM頻段。一旦基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的LPWAN技術(shù)成熟，授權(quán)頻譜在未來(lái)也會(huì)成為L(zhǎng)PWAN的選擇之一。今天的討論重點(diǎn)主要是非授權(quán)頻譜的LPWAN技術(shù)，包括LoRa、SigFox、OnRamp、NWave、Platanus等，相對(duì)授權(quán)頻譜的LPWAN技術(shù)，非授權(quán)頻譜的LPWAN技術(shù)具有搭建網(wǎng)絡(luò)靈活、快速、技術(shù)種類多等特點(diǎn)，部署成本低、商品化速度快。

2013年8月，Semtech公司向業(yè)界發(fā)布了一種新型的基于1 GHz以下頻譜的超長(zhǎng)距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（LoRa，Long Range）的芯片。LoRa主要面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，其接收靈敏度可達(dá)-148 dBm，與業(yè)界其他先進(jìn)水平的Sub-GHz芯片相比，最高的接收靈敏度改善了20 dB以上，確保了網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性。LoRa功耗極低，一節(jié)五號(hào)電池理論上可供終端設(shè)備工作10年以上。同時(shí)，LoRa使用線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，即可保持像頻移鍵控（FSK，F(xiàn)requency Shift Keying）調(diào)制相同的低功耗特性，又明顯增加了通信距離，提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾（不同擴(kuò)頻序列的終端即使使用相同的頻率同時(shí)發(fā)送也不會(huì)相互干擾），因此在此基礎(chǔ)上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關(guān)能夠并行接收并處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，大大擴(kuò)展了系統(tǒng)容量。

LoRa作為非授權(quán)頻譜的一種LPWAN無(wú)線技術(shù)，相比于其他無(wú)線技術(shù)（如Sigfox、NWave等），其產(chǎn)業(yè)鏈更為成熟、商業(yè)化應(yīng)用較早。LoRa技術(shù)經(jīng)過(guò)Semtech、美國(guó)思科、IBM、荷蘭KPN電信和韓國(guó)SK電信等組成的LoRa Alliance國(guó)際組織進(jìn)行全球推廣后，目前已成為新物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和智慧城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)支撐技術(shù)。

非授權(quán)LPWAN技術(shù)對(duì)比

表1為目前基于非授權(quán)頻譜的LPWAN主要技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)比。LoRa、Sigfox作為非授權(quán)頻譜LPWAN技術(shù)的典型代表，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等優(yōu)點(diǎn)，是最有發(fā)展前景的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)之一。目前，兩者在歐美地區(qū)都已有多個(gè)商用的案例，但是在運(yùn)營(yíng)模式、抗干擾能力、完整的生態(tài)系統(tǒng)、組織推廣力度上，LoRa比Sigfox更具有優(yōu)勢(shì)。

在運(yùn)營(yíng)模式方面，Sigfox只能部署在私有網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)由Sigfox掌握，廠商使用需得到授權(quán)；相反，LoRa不僅可部署在公開(kāi)網(wǎng)絡(luò)和私有網(wǎng)絡(luò)，還可讓廠商擁有應(yīng)用大數(shù)據(jù)，故受到了多數(shù)廠商的青睞和支持。在技術(shù)方面，Sigfox采用FSK，只能工作于雜訊位準(zhǔn)以上，而LoRa采用線性擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，能在雜訊位準(zhǔn)以下維持有效通信，抗干擾能力更強(qiáng)。換言之，即使在各國(guó)開(kāi)放頻段有限的情況下，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展、終端節(jié)點(diǎn)暴增時(shí)，雜訊水平（Noise Floor）上升，雜訊位準(zhǔn)被拉高，LoRa也能有效維持通信，而Sigfox受到干擾嚴(yán)重，無(wú)法維持穩(wěn)定通信。

LoRa技術(shù)分析

LoRa技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

作為L(zhǎng)PWAN技術(shù)之一，LoRa具備長(zhǎng)距離、低功耗、低成本、易于部署、標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。表2為L(zhǎng)oRa技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)：

LoRa應(yīng)用分析

根據(jù)LoRa技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)可知，LoRa非常適用于要求具備功耗低、距離遠(yuǎn)、容量大以及可定位跟蹤等特點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等應(yīng)用和領(lǐng)域

目前LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在全球多地進(jìn)行試點(diǎn)或部署。據(jù)最新公布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球有16個(gè)國(guó)家正在部署LoRa網(wǎng)絡(luò)，56個(gè)國(guó)家開(kāi)始進(jìn)行試點(diǎn)，如美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、印度等。荷蘭KPN電信、韓國(guó)SK電信在2016年上半年部署了覆蓋全國(guó)的LoRa網(wǎng)絡(luò)，提供基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。相對(duì)于LoRa技術(shù)在國(guó)外發(fā)展的如火如荼，國(guó)內(nèi)LoRa應(yīng)用略顯冷淡。目前可看到的公開(kāi)應(yīng)用是國(guó)內(nèi)AUGTEK公司在京杭大運(yùn)河開(kāi)展的LoRa網(wǎng)絡(luò)（智慧航道）建設(shè)，據(jù)悉目前已經(jīng)完成江蘇段的全線覆蓋。其實(shí)國(guó)內(nèi)從事LoRa模塊和方案開(kāi)發(fā)的廠商并不少，除AUGTEK之外，還有洲斯物聯(lián)、思創(chuàng)匯連、普天通達(dá)、NPLink、門思科技、利爾達(dá)、通感微電子、上海雍敏、武漢拓寶、博大光通、縱行科技、唯傳科技、三凡信息等眾多公司。隨著國(guó)內(nèi)廣域物聯(lián)網(wǎng)噴發(fā)式的發(fā)展和CLAA組織對(duì)LoRa應(yīng)用的積極推動(dòng)，國(guó)內(nèi)基于LoRa應(yīng)用的試點(diǎn)將會(huì)越來(lái)越多地被部署在各行各業(yè)，以提供優(yōu)質(zhì)高效的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

LoRa面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇分析

近幾年物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，具有巨大的市場(chǎng)前景。而在廣域物聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域中，NB-IoT的發(fā)展非常迅速，得到了眾多通信企業(yè)的支持，電信設(shè)備供應(yīng)商如愛(ài)立信、諾基亞、華為和中興等，大型電信運(yùn)營(yíng)商如AT&T、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信等，以及芯片解決方案供應(yīng)商如高通等。NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)于2016年6月獲得國(guó)際組織3GPP批準(zhǔn)通過(guò)，標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議正式凍結(jié)，國(guó)內(nèi)NB-IoT行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)在2016年年底發(fā)布，2017年初有望規(guī)模商用。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)不僅具有LPWAN中長(zhǎng)距離、低功耗、低成本、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)勢(shì)，而且是窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可直接部署于原有蜂窩網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。因此，NB-IoT得到了運(yùn)營(yíng)商的積極推動(dòng)，有望成為下一代運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的授權(quán)頻譜的廣域物聯(lián)網(wǎng)公網(wǎng)，這給LoRa網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

新崛起的廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT的迅速發(fā)展給LoRa帶來(lái)挑戰(zhàn)的同時(shí)，也帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇。NB-IoT的發(fā)展使得整個(gè)市場(chǎng)對(duì)于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的需求被激發(fā)，LoRa反而能更快速、更大限度地被市場(chǎng)所意識(shí)。

市場(chǎng)角度看LoRa發(fā)展機(jī)遇

LPWAN技術(shù)有兩種應(yīng)用分類，分別是分散型應(yīng)用和行業(yè)性應(yīng)用。分散型應(yīng)用指的是終端產(chǎn)品的用戶是分散的或產(chǎn)品在地域分布上是分散的或者產(chǎn)品具有頻繁移動(dòng)的屬性。這樣的應(yīng)用對(duì)LPWAN的需求主要是更大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋以解決用戶的區(qū)域分布和可移動(dòng)屬性對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求。這一類的產(chǎn)品以消費(fèi)電子和基于定位的應(yīng)用為主。行業(yè)性應(yīng)用指的是單客戶具有在小范圍進(jìn)行局部網(wǎng)絡(luò)部署的條件，在局部范圍內(nèi)具有足夠可承擔(dān)起網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的終端需求數(shù)量，此時(shí)往往會(huì)基于本身的應(yīng)用需求對(duì)LPWAN協(xié)議細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)數(shù)據(jù)安全有更高的需求。NB-IoT通過(guò)運(yùn)營(yíng)商部署廣域物聯(lián)網(wǎng)的方式無(wú)法滿足協(xié)議細(xì)節(jié)修改的需求，其數(shù)據(jù)安全性和局域網(wǎng)也不可相提并論，因此難以解決行業(yè)應(yīng)用的需求，更適合分散型應(yīng)用。相比之下，LoRa作為最受歡迎的非授權(quán)頻譜LPWAN技術(shù)之一，運(yùn)營(yíng)方式更加靈活，可以是以運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的大范圍公開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，也可以是私人部署的專用局域網(wǎng)絡(luò)，如公安、交通、民航、物流、鐵路、安防等行業(yè)。LoRa網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以滿足行業(yè)客戶協(xié)議細(xì)節(jié)調(diào)整的需求，可快速幫助客戶低成本地建設(shè)局域網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)，同時(shí)不僅能適應(yīng)分散性應(yīng)用需求，還能很好地滿足行業(yè)性應(yīng)用需求。