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基于LoRa的物联网技术分析
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HYPERLINK\l"_Toc27176"摘要 PAGEREF_Toc271762
HYPERLINK\l"_Toc29285"一、背景概述 PAGEREF_Toc292852
HYPERLINK\l"_Toc27507"二、关键技术和研究项目 PAGEREF_Toc275073
HYPERLINK\l"_Toc7272"三、LoRa方案对中国移动的价值分析 PAGEREF_Toc72724
HYPERLINK\l"_Toc221"四、启示与建议 PAGEREF_Toc2215

摘要
M2M杂志预测2013年中国将成为全球最大的无线终端市场。由于耗电和成本等方面的问题，业界预测到2020年物联网（IOT）500亿个无线节点中只有不到10%的使用GSM技术。尽管电信运营商具有建设和管理这样一个大规模网络的最突出的优势，但是需要一个远距离，大容量的系统以巩固在依靠电池供电的无线终端细分市场——无线传感网、智能城市、智能电网、智能家居、安防设备和工业控制等方面的地位。对于物联网来说，只有使用一种广泛的技术，才可能使得电池供电的无线节点数量达到预计的规模。
目前，物理层的硬件性能是物联网节点迈向500亿规模的瓶颈，而软件、安全、云计算、用户接口等方面都已经成熟。
Semtech公司推出的应用于低成本传感网的解决方案LORA使用新型的扩频调制技术，大大提升了物理层硬件的性能，并且在省点方面相比GSM和传统的Sub-GHz技术有了明显的改进。另外，LORA的测距和定位功能将推动物联网在更多方面的大规模应用。
一、背景概述
2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的，基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（简称LoRa）的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20db以上，其功耗极低且不需要使用昂贵的温补晶振（TCXO），引起了极大的关注。
由于该产品使用一种特殊的扩频技术，这使得不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰。在此基础上研发的集中器/网关（Concentrator/Gateway）能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。基于该技术的测距和定位功能将会推动它在物联网领域的大规模应用。
二、关键技术和研究项目
目前LoRa和集中器的核心技术主要有以下几个方面：
1、新型扩频技术大大改善接收的灵敏度
高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里（与环境有关）。其接收电流仅10mA，睡眠电流<200nA，这大大延迟了电池的使用寿命。
表1LORA技术适用于物联网应用部署的关键特性
关键特性优势157dB链路预算远距离距离>15km最小的基础设施成本易于建设和部署使用网关/集中器扩展系统容量电池寿命>10年延长电池寿命接收电流-10mA，休眠电流<200nA免牌照的频段低成本基础设施成本低节点/终端成本低2、网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大
网关是节点与IP网络之间的桥梁（通过2G/3G/4G或者Ethernet）。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信（假设每次发送10Bytes，网络占用率10%）。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm，（100mW），那么在搞建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。该网关/集中器还包含MAC层协议，对于高层它是透明的。
3、基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位
LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI（ReceivedSignalSterngthIndication），而定位则基于多点（网关）对一点（节点）的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m（假设10km的范围）。
三、LoRa方案对中国移动的价值分析
1、适用于物联网的技术特征
LoRa技术在高性能、远距离、低功耗，支持大规模组网，测距和定位等方面突出的特点，这使得该方案（终端+网关）成为物联网大规模推广应用的一种理想的技术选择。
2、部署方便快捷
现有2G/3G/4G网络是固定协议的网络，相同协议的终端可以很方便的加入到这个网络中来，基于LoRa的物联网方案也可以使用相同的商业运行模式。对于中国移动来说，只需要在现有的基站的位置安装网关（集中器）和一个Ethernet连接即可。这种物联网方案成本低，耗电低且不需要申请license（免license频段）,这将成为现有蜂窝网络在新兴的物联网市场方面的有力补充