NB-IoT無線通信模塊與Lora無線通信協(xié)議技術(shù)分析與前景展望

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)無線通信技術(shù)提出了更高的要求，專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網(wǎng))也快速興起。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要考慮許多因素，例如節(jié)點(diǎn)成本，網(wǎng)絡(luò)成本，電池壽命，數(shù)據(jù)傳輸速率(吞吐率)，延遲，移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及部署類型等?？梢哉f沒有一種技術(shù)可以滿足IoT所有的需求。

1、NB-IoT、LoRa簡(jiǎn)述

NB-IoT無線模塊和LoRa無線通信模塊兩種技術(shù)具有不同的技術(shù)和商業(yè)特性，也是最有發(fā)展前景的兩個(gè)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。這兩種LPWAN技術(shù)都有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等特點(diǎn)，都適合低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，都在積極擴(kuò)建自己的生態(tài)系統(tǒng)。

LoRa技術(shù)(Long Range)是美國(guó)Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(可內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱****)、Server和云四部分組成，應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

NB-IOT技術(shù)(Narrow Band Internet of Things， NB-IoT，又稱窄帶物聯(lián)網(wǎng))，是由3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的窄帶射頻技術(shù)。

NB-IoT模塊使用了授權(quán)頻段，有三種部署方式：獨(dú)立部署、保護(hù)帶部署、帶內(nèi)部署。全球主流的頻段是800MHz和900MHz。中國(guó)電信會(huì)把NB-IoT部署在800MHz頻段上，而中國(guó)聯(lián)通會(huì)選擇900MHz來部署NB-IoT，中國(guó)移動(dòng)則可能會(huì)重耕現(xiàn)有900MHz頻段。具體如表2-1所示：

表2-1：

LoRa模塊技術(shù)使用的是免授權(quán)ISM頻段，但各國(guó)或地區(qū)的ISM頻段使用情況是不同的。在中國(guó)市場(chǎng)，由中興主導(dǎo)的中國(guó)LoRa應(yīng)用聯(lián)盟(CLAA)推薦使用了470-518MHz。而470-510MHz這個(gè)頻段是無線電計(jì)量?jī)x表使用頻段。由于LoRa是工作在免授權(quán)頻段的，無需申請(qǐng)即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本也低。LoRa聯(lián)盟正在全球大力推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化的LoRaWAN協(xié)議，使得符合LoRaWAN規(guī)范的設(shè)備可以互聯(lián)互通。下圖是LoRa聯(lián)盟規(guī)范里提到的部分使用頻段：

2.2、通訊距離

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)覆蓋范圍取決于****密度和鏈路預(yù)算。NB-IoT具有164dB的鏈路預(yù)算，GPRS的鏈路預(yù)算有144dB(TR 45.820)，LTE是142.7dB(TR 36.888)。與GPRS和LTE相比，NB-IoT鏈路預(yù)算有20dB的提升，開闊環(huán)境信號(hào)覆蓋范圍可以增加七倍。20dB相當(dāng)于信號(hào)穿透建筑外壁發(fā)生的損失，NB-IoT室內(nèi)環(huán)境的信號(hào)覆蓋相對(duì)要好。一般地，NB-IoT的通信距離是15km。

LoRa以其獨(dú)有的專利技術(shù)提供了最大168dB的鏈路預(yù)算和+20dBm的功率輸出。一般地，在城市中無線距離范圍是1~2公里，在郊區(qū)無線距離最高可達(dá)20km。

LPWAN協(xié)議無論多強(qiáng)大都需要考慮其低成本，否則它們不能是可行的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。LoRa在這方面有優(yōu)勢(shì)。LoRaWAN模塊的總體成本在 8-10 美元左右，約為 NB-IoT 等蜂窩 LTE 模塊價(jià)格的一半。NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性越高，知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)(授權(quán)頻段方面)費(fèi)用更高，提高了NB-IoT 的總成本。NB-IoT 升級(jí)到先進(jìn)的 4G /LTE ****比 LoRa 通過工業(yè)網(wǎng)關(guān)或塔頂網(wǎng)關(guān)部署更昂貴。不過，隨著市場(chǎng)越來越成熟，相信LoRa和NB-IoT總體成本都會(huì)大幅降低。

NB-IoT和LoRa目前都還處于發(fā)展的起步階段，需要各方的投入和共同的發(fā)展。當(dāng)大規(guī)模部署成為一種現(xiàn)實(shí)可能的時(shí)候，NB-IoT和LoRa模組成本自然也會(huì)進(jìn)一步降低。就技術(shù)方案而言，在短時(shí)間內(nèi)，NB-IoT和LoRa肯定會(huì)并行，有共同點(diǎn)、各有優(yōu)點(diǎn)、各有缺點(diǎn)，很難說誰壓倒誰，但是，如果受到技術(shù)方案以外的因素影響，比如贏利模式的創(chuàng)新，與應(yīng)用行業(yè)的緊密結(jié)合，借助行業(yè)的影響力，那么什么都有可能。在這新一波的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的行情中，先把項(xiàng)目落地，才有贏得先人一步的機(jī)會(huì)。NB-IoT和LoRa不僅僅需要產(chǎn)品的創(chuàng)新，更需要項(xiàng)目應(yīng)用的創(chuàng)新。

  E105-EP20模塊是成都億佰特電子科技公司有限公司基于SEMTECH 公司的 SX1276 芯片研發(fā)。模塊集成了透?jìng)鞴δ?，支持串?AT 指令集，用戶通過串口即可使用對(duì) LoRaWan 服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)訪問的功能，適用于低功耗、低速率、遠(yuǎn)距離等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，改模塊符合LoRanWan協(xié)議規(guī)范的超低功耗節(jié)點(diǎn)模塊，貼片封裝，外接天線，可通過配置工作在425MHz~441MHz頻段。 最多使用 16 個(gè)信道，模塊可使用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，降低了無線應(yīng)用的門檻?；?LoRaWAN Specification V1.0.1 協(xié)議和完整的 LoRaMacV4.1.0 協(xié)議棧，可加入任何兼容 LoRaWan 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，支持 CLASSA 和 CLASSC 工作模式，簡(jiǎn)單配置后便可以非常便利的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問功能，最大限度減少開發(fā)者的工作和項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。

ME3612 是一款支持NB-IoT/eMTC/EGPRS通信標(biāo)準(zhǔn)的窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)通信模塊。在NB-IoT制式下，該模塊可以提供最大66 Kbps上行速率和34 Kbps下行速率，支NB-IoT全球主流運(yùn)營(yíng)商頻段。該模塊與ME3630/ME3620/ME3610/MC8635/MW3650等LCC 30*30封裝系列的4G/3G模塊pin-to-pin完全兼容，用戶可根據(jù)不同的需求和場(chǎng)景進(jìn)行選擇，快速推出產(chǎn)品。

ME3612專為低速率、低功耗、遠(yuǎn)距離、海量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該模塊支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（PPP、CoAP、TCP/UDP、OMA LWM2M 、MQTT）和多種低功耗模式(PSM、eDRX)。這些協(xié)議和功能可以讓它應(yīng)用在智能表計(jì)、智能停車、資產(chǎn)追蹤和可穿戴設(shè)備等多種物聯(lián)網(wǎng)及M2M的應(yīng)用場(chǎng)景中。

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