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关于LoRa模块的十个问答

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   物联网通信技术中的LoRa已经在国内外得到广泛应用,业内人对LoRa并不陌生。然而,也有一些人对于LoRa模块并不了解。计讯小编整理了LoRa的一些问答。

  1:LoRa是什么?

  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。

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 2:LoRaWAN是什么?

  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。

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  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:

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 3:LoRa有什么优点?

  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:LoRa有哪些缺点?

  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,LoRaWAN核心技术(通信协议和算法)需要缴纳会费才能获取,这提高了研发成本和难度。

  5:LoRa与常见无线技术的区别

  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。

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  6:LoRa的竞争对手有哪些

  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:

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  7:LoRa为什么能传输得更远

  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)。

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  8:SX1276/8和SX1301是什么

  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(不支持支持862~1020MHz)。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,从数据手册,到硬件参数,到软件驱动,到协议算法,都不公开;仅当用户缴纳付费,成为LoRa Alliance的会员,才能获得相关资料和技术。

  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。

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  9:LoRa网关一定是LoRaWAN+SX1301吗

  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:LoRa前景如何

  要预判一个年青(才3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。

图1 国际

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图2 国内