LORA通讯技术和NB-IOT通讯技术讨论分析
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LORA通讯技术和NB-IOT通讯技术讨论分析

2018年08月02日     成都亿佰特

[导读]基于LORA技术的网络层协议主要是LORAWAN,定义了网络通信协议和系统架构,LORAWAN的通信系统网络是星状网架构,主要分为三种……

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,信息技术发展到今天,从当初人与人的通信需求已经转向人与物以及物与物之间的互联互通,最终实现万物互联。传感器技术、嵌入式系统技术和通讯技术是物联网的三个重要组成部分,而通讯技术是物联网各单位之间进行信息传输和物流的物质基础,今天我就来讨论下LORA通讯技术和NB-IOT通讯技术。

LORA通讯技术

LORA是LPWAN通信技术中的一种,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案,为用户提供了一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统,进而扩展传感网络,目前,LORA主要在全球免费频段运行,包括314、868、915MHz等。

LORA通信协议

 

基于LORA技术的网络层协议主要是LORAWAN,定义了网络通信协议和系统架构,LORAWAN的通信系统网络是星状网架构,主要分为三种:

1. 点对点通信,A点发起,B点接收

2. 星状网轮询,一点对多点的方式,一个中心点和N个节点,由节点出发,中心点接收然后确认接收完成,下一个节点继续上传,直到N个节点完成。

3. 星状网并发,也是一个点对多点的通信,不同的是多个节点可以同时与中心点通讯,这就节约了节点的功耗,避免了个别节点的故障而引起网络的瘫痪,网络的稳定性得到了提高。

LORA的频段

LORA使用的是免授权ISM频段,但各国或地区的ISM频段使用情况是不同的。在中国市场,由中兴主导的中国LORA应用联盟(CLAA)推荐使用了470-518MHz。而无线电计量仪表使用频段为470-510MHz。由于LORA是工作在免授权频段的,无需申请即可进行网络建设,网络架构简单,运营成本也低。LORA联盟正在全球大力推进标准化的Lo-RaWAN协议,使得符合LoRaWAN规范的设备可以互联互通。

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LORA的应用

LORA无线技术使用全球免费频段,基站或网关有很强的的穿透能力,在郊区连接传感器的距离可以达到15~30KM,LORA使用异步协议,节点可以根据完成具体的任务而进行长短不一的休眠,辅以较低的数据速率,使得电池的寿命可到3~10年,覆盖范围广、使用时间长,而且LORA的节点可以达到百万级,这些显著的特征使得LORA技术可以应用在要求低功耗、远距离、大量连接的物联网应用中,如智能交通,准确的提供车速、车距、车流量等交通数据;智能停车,通过对车位进行实时监测,实现信息透明,从而实现收费准确和减少人工费的目的;智慧桥梁,通过及时评估桥梁状态,可减少事故发生概率;城市智能井盖,通过监测井盖位置,实现较少车辆事故、人员伤亡;智能农业,通过对温度、湿度、风速等监测。把握生产状况,提高产量;除此之外还可以在智能医疗、智能海洋、智能追踪等方面。

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NB-IOT通讯技术

NB-IOT是可与蜂窝网融合演进的低成本电信级高可靠性、高安全性广域物联网技术,NB-IOT构建于蜂窝网络之上,消耗低下,只消耗约180KHz频段,可以直接部署于GSM网络、UMTS网络和LTE网络。

NB-IOT的优势

1. 海量连接的能力,在同一基站的情况下,NB-IOT可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接,设备成本低,设备功耗低,网络架构得到优化。

2. 覆盖广,在同样的频段下,NB-IOT比现有的网络增益提升了20db,相当于提升了100倍的覆盖面积

3. 低功耗,NB-IOT借助PSM和eDRX可实现超长待机,它的终端模块待机时间可长达10之久

4. 成本低,NB-IOT和LORA不同,不需要重新建网,射频和天线都是可以重复利用的,企业预期的模块价格也不会超过5美元。

 

NB-IOT的关键技术

1. NB-IOT的部署方式

NB-IOT占用180KHz的带宽,在考虑两边的保护带,共计200KHz,支持三种部署场景,分别是独立部署,GSM的通信带宽是200KHz,正好给NB-IOT带宽腾出了空间,两边还有10KHz的保护间隔,还与LTE中的频带不重叠,因此适用于GSM频段的重耕。

2. NB-IOT物理层特征

NB-IOT的物理信道很大程度上是基于LTE的,NB-IOT的下行采用正交频多分址技术,载波带宽是180KHz,这确保了下行与LTE的相容性。对于下行链路,NB-IOT设计了三种物理信道,包括窄带物理广播信道、窄带参考信道、主同步信号和辅同步信道。通过缩短下行物理信道类型,既满足了下行传输带宽的特点也增强了覆盖面积的要求。

 

NB-IOT通信距离

移动网络的信号覆盖范围取决于基站密度和链路预算。NB-IoT具有164dB的链路预算,GPRS的链路预算有144dB,LTE是142.7dB。与GPRS和LTE相比,NB-IoT链路预算有20dB的提升,开阔环境信号覆盖范围可以增加七倍。20dB相当于信号穿透建筑外壁发生的损失,NB-IoT室内环境的信号覆盖相对要好。一般地,NB-IoT的通信距离是15km。

NB-IoT、LORA成本对比

LPWAN协议无论多强大都需要考虑其低成本,否则它们就不算可行的物联网解决方案。LORA在这方面有优势。LoRaWAN模块的总体成本在8-10美元左右,约为NB-IoT等蜂窝LTE模块价格的一半。NB-IoT网络的复杂性越高,知识产权相关(授权频段方面)费用更高,提高了NB-IoT的总成本。NB-IoT升级到先进的4G/ LTE基站比LORA通过工业网关或塔顶网关部署更昂贵。随着市场越来越成熟,LORA技术的成本预计将进一步下降。

成都亿佰特电子科技公司是一家专业做无线底层开发的公司,公司的无线产品主要用于其他做产品生产的公司用于二次开发,因此亿佰特的无线串口等产品功能集成丰富,并且功耗控制的非常低。亿佰特的无线产品比较丰富,有170M、230M、433M、495M、868M、915M、2.4G等频段的无线模块,蓝牙、WFI类产品也很多,无需用户开发,直接用串口或者485\232就可以进行数据传输。产品的内部控制器基本都是采用进口的单片机实现,性能稳定,资源丰富,功耗也低。有兴趣的读者可以去亿佰特官网了解,有很多值得学习和借鉴。

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编辑:nicle

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