物聯網的快速發展對無線通信技術提出了更高的要求,專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用而設計的LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗廣域網)也快速興起。NB-IoT與LoRa是其中的典型代表,也是最有發展前景的兩個低功耗廣域網通信技術。NB-IoT和LoRa兩種技術具有不同的技術和商業特性,所以在應用場景方面會有不同。這里會針對二者的區別進行闡述,并且對各自適合的應用場景進行說明。

一. LoRa:易于建設和部署的低功耗廣域物聯技術

LoRa的誕生比NB-IoT要早些,2013年8月,Semtech公司向業界發布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數據傳輸技術(Long Range,簡稱LoRa)的芯片。其接受靈敏度達到了驚人的-148dbm,與業界其他先進水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收靈敏度改善了20db以上,這確保了網絡連接可靠性。

它使用線性調頻擴頻調制技術,即保持了像FSK(頻移鍵控)調制相同的低功耗特性,又明顯地增加了通信距離,同時提高了網絡效率并消除了干擾,即不同擴頻序列的終端即使使用相同的頻率同時發送也不會相互干擾,因此在此基礎上研發的集中器/網關(Concentrator/Gateway)能夠并行接收并處理多個節點的數據,大大擴展了系統容量。

圖1. LoRa技術特點

線性擴頻已在軍事和空間通信領域使用了數十年,因為其可以實現長通信距離和干擾的魯棒性,而LoRa是第一個用于商業用途的低成本實現。隨著LoRa的引入,嵌入式無線通信領域的局面發生了徹底的改變。這一技術改變了以往關于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式,提供一種簡單的能實現遠距離、長電池壽命、大容量、低成本的通訊系統。

LoRa主要在全球免費頻段運行(即非授權頻段),包括433、868、915 MHz等。LoRa網絡主要由終端(內置LoRa模塊)、網關(或稱基站)、服務器和云四部分組成,應用數據可雙向傳輸。如圖2所示。

圖2:LoRa網絡架構

二、后起之秀:NB-IoT技術

NB-IoT是一種3GPP標準定義的LPWA(低功耗廣域網)解決方案,是旨在克服物聯網主流蜂窩標準設置中功耗高和距離限制、采用授權頻譜的技術之一。

NB-IoT是IoT領域一個新興的技術,支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接,也被叫作低功耗廣域網(LPWA)。NB-IoT支持待機時間長、對網絡連接要求較高設備的高效連接。

NB-IoT具備四大特點:

一是廣覆蓋,將提供改進的室內覆蓋,在同樣的頻段下,NB-IoT比現有的網絡增益20dB,覆蓋面積擴大100倍;

二是具備支撐海量連接的能力,NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接,支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構;

三是更低功耗,NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年;

四是更低的模塊成本,企業預期的單個接連模塊不超過5美元。

表1:NB-IoT與LoRa技術參數對比

三、NB-IOT VS LoRa,他們終究還是相遇了

LoRa技術因其各方面優良特性,在很久之前就獲得無數擁躉。適逢華為和移動大力推動的NB-IOT技術席卷水氣計量圈,在功耗和覆蓋面等諸多水氣行業關注的功能性問題上,NB-IOT的勢頭也顯得當仁不讓。兩個具有話題性的技術放在一起,不免讓圈里人放在一起比較。

在功耗上,不管是NB-IOT還是LoRa他們都按低功耗來設計可以滿足表計的要求,都是10年的壽命,但具體細節目前還沒有詳解。

在模塊的費用上,據了解NB-IOT的芯片大概會在2美元,而LoRa是不會高于5美元,后期的維護兩者都是屬于容易型,至于是在現有的基礎上稍作修改還是會以一個新的收費方式目前沒有具體下來。

在安全方面,NB-IOT技術可以達到電信級的安全指數,采用3GPP授權頻譜避免干擾問題。而LoRa則采用多層加密的方式,ISM免授權頻譜,會存在干擾的問題。

在靈敏度和準確率上,兩種技術的鏈路預算都在155dB以上,對于準確率和靈敏度來說是完全沒問題的。(為了有效地對比不同技術之間傳輸范圍的表現,使用一個叫做“鏈路預算”的定量指標。鏈路預算包括影響接收端信號強度的每一變量,在其簡化體系中包括發射功率加上接收端靈敏度)。

在覆蓋(信號)方面,NB-IOT<25km,LoRa<11km相比下LoRa稍遜些。在信號不好時NB-IOT可以重復發送。

對于表計的安裝環境,NB-IOT技術在水表行業已經有成功的實施案例,LoRa在面對惡劣環境也是可以的。

網絡部署上,對LoRa而言目前略顯尷尬,需要有一個強有力的手來推動它的網絡建設,而NB-IOT可以基于LTE FDD或是GSM的升級也可以新建。

四.結語

任何技術都不能完全占領市場,NB-IoT將會對整個行業的發展起到促進作用,從某種程度上說,NB-IoT和LoRa是屬于兩個陣營的。因為NB-IoT主要依賴于運營商的基礎設施,進行協議對接,LoRa是一個更靈活的自主網絡,在任何需要的地方,都可以進行部署。它們兩者在物聯網市場中是互補共存的。