多頻段連接，Semtech推出可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)芯片LR1120

（文/程文智）近年來，物聯(lián)網(wǎng)開始從示范項(xiàng)目步入到了商業(yè)化項(xiàng)目階段，不少物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目已經(jīng)是真正的商業(yè)需求在驅(qū)動(dòng)了。我們可以從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的部署情況來窺見一二，據(jù)Semtech透露，截止到2021年12月，全球已經(jīng)部署了270多萬個(gè)基于LoRa的網(wǎng)關(guān)，2.25億個(gè)基于LoRa的終端節(jié)點(diǎn)，LoRa或LoRaWAN的部署覆蓋了171個(gè)國家和地區(qū)。

從應(yīng)用方面來看，LoRa應(yīng)用已經(jīng)在智慧園區(qū)及樓宇、表計(jì)、消防安防、智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)控制、物流及資產(chǎn)追蹤、環(huán)境節(jié)能，以及健康醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。尤其是2021年，在國內(nèi)的電網(wǎng)、消防安防、智慧工廠、智慧樓宇、智慧農(nóng)業(yè)等垂直市場呈現(xiàn)了倍速的增長。

產(chǎn)品方面，Semtech在2020年推出了LoRa Edge?超低功耗定位平臺(tái)和配套的LR1110芯片組，該芯片組可以軟件設(shè)置定義。據(jù)其官方介紹，LR1110是一套地理定位解決方案，其特色是低功耗Wi-Fi和GNSS掃描功能，結(jié)合簡單易用且經(jīng)濟(jì)高效的LoRa Cloud?地理定位以及設(shè)備管理服務(wù)，可顯著降低采用物聯(lián)網(wǎng)來定位和監(jiān)測資產(chǎn)的成本和復(fù)雜性。

在LR1110推出兩年后，Semtech近期發(fā)布了其新一代LR1120芯片組。新的LR1120增加了2.4GHz頻段和用于衛(wèi)星通信S頻段的收發(fā)通信功能。

LR1120的主要特點(diǎn)

LR1120是LoRa Edge地理定位平臺(tái)的一部分，支持全球部署。據(jù)Semtech中國區(qū)LoRa市場戰(zhàn)略總監(jiān)甘泉介紹，LR1120的核心優(yōu)勢有：首先，最大的特點(diǎn)是可以支持地面和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)；其次，它具有LoRa技術(shù)超低功耗的特點(diǎn)，擁有長達(dá)數(shù)年的電池壽命，而且與傳統(tǒng)的定位技術(shù)不同，LR1120的定位是在云端進(jìn)行解析的；三是LR1120同樣具有覆蓋距離更遠(yuǎn)、帶寬更大、非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等優(yōu)勢。

與其上一代產(chǎn)品LR1110對(duì)比來看，LR1120增加了2.4GHz和用于衛(wèi)星通信的授權(quán)S頻段。甘泉解釋說，增加了2.4GHz頻段，也就是支持2.4GHz頻段的LoRa調(diào)制和FSK調(diào)制；同時(shí)加入了衛(wèi)星通信的S頻段后，可以覆蓋從1.9GHz到2.2GHz的頻率。此外，LR1120還保留了常見的 Sub-GHz LoRa頻段，以及LR1110的GNSS掃描以及Wi-Fi掃描這兩個(gè)特有的低功耗定位技術(shù)。

甘泉特別強(qiáng)調(diào)，LR1120最主要的升級(jí)體現(xiàn)在收發(fā)技術(shù)上，比如說LR1110只有Sub-GHz一種收發(fā)通信技術(shù)，而LR1120則增加了衛(wèi)星通信S頻段和2.4GHz兩種收發(fā)通信技術(shù)。

好處是，如果用芯片做成一個(gè)模組或產(chǎn)品，用于接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，收到衛(wèi)星或者Wi-Fi數(shù)據(jù)后，原來的LR1110只能通過LoRa Sub-GHz一種方式傳輸?shù)胶笈_(tái)，而LR1120可以提供更多的傳輸手段，它既可以使用2.4GHz的無線通道把數(shù)據(jù)傳出去，也可以通過S頻段傳出去。此外，還能通過LR1120接收來自于LoRa Sub-GHz、衛(wèi)星和 2.4GHz的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于從原先的單個(gè)收發(fā)機(jī)升級(jí)成了三組收發(fā)機(jī)，系統(tǒng)也擁有了更高的擴(kuò)展性。

雖然增加了兩種傳輸方式，但是LR1120與LR1110在尺寸和引腳方面都是完全一樣的，而且完全兼容，也就是說，如果原來開發(fā)的方案是基于LR1110開發(fā)的，可以直接使用LR1120來進(jìn)行替換，而無需做任何更改。不過，如果用LR1110來替換基于LR1120開發(fā)的方案的話，就無法實(shí)現(xiàn)2.4GHz和衛(wèi)星通信功能了。

談到為何增加這兩種收發(fā)通信技術(shù)，甘泉的解釋是，首先，Sub-GHz和2.4GHz是不同的。Sub-GHz的頻段在全球各個(gè)區(qū)域的頻率和頻點(diǎn)規(guī)范不同。而2.4GHz的LoRa在全球的頻段是完全一樣的。所以，如果有一個(gè)可在全球使用的2.4GHz LoRa器件，那它在全球各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也都是一樣的，比如使用2.4GHz頻段的追蹤器可在全球范圍內(nèi)使用。同時(shí)，衛(wèi)星頻段也可以全球通用，只要設(shè)備是在全球任何一個(gè)被衛(wèi)星覆蓋的地方，就可以與衛(wèi)星進(jìn)行通信。因此，LR1120芯片就具有完全的互操作性。

如何體現(xiàn)多種無線通信技術(shù)的優(yōu)勢？

與手機(jī)通信方式類似，物聯(lián)網(wǎng)的無線通信在不同國家和地區(qū)也有不同的工作頻段。但物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與手機(jī)的區(qū)別，在于手機(jī)的協(xié)議規(guī)范中規(guī)定了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的入網(wǎng)方式，且協(xié)議較為復(fù)雜。而LoRa的組網(wǎng)協(xié)議相對(duì)簡單，且應(yīng)用中一般根據(jù)當(dāng)?shù)氐臒o線電規(guī)范和項(xiàng)目需求設(shè)置工作頻點(diǎn)，常見的LoRaWAN協(xié)議中使用8路上行信道。

雖然LoRa的Sub-GHz芯片的頻段支持150MHz到960MHz頻段，在一般的應(yīng)用中，客戶會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臒o線電規(guī)范設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)頻率的電路，但是一旦設(shè)定好了之后，就只能在固定的工作頻段工作。也就是說，Sub-GHz只能在一個(gè)國家或特定區(qū)域內(nèi)工作，一旦到其他區(qū)域，就需要對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)整，即其無法在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全覆蓋部署。同時(shí)，在沙漠、海洋和高空等沒有網(wǎng)關(guān)和基站的區(qū)域中，如果想實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)無縫覆蓋，就只能使用衛(wèi)星通信技術(shù)。

“現(xiàn)在的衛(wèi)星技術(shù)頻段包括衛(wèi)星通信S頻段和Sub-GHz ISM頻段。1.9~2.2 GHz是專用的衛(wèi)星頻段，在LR1120芯片發(fā)布之前，LoRa在近地衛(wèi)星的應(yīng)用只能采用Sub-GHz的ISM頻段，缺點(diǎn)是會(huì)受到較大的干擾?！备嗜獙?duì)<電子發(fā)燒友網(wǎng)>表示，LoRa的衛(wèi)星通信具備“全球無死角”的能力，其缺點(diǎn)是現(xiàn)在的衛(wèi)星覆蓋不夠多，且實(shí)時(shí)性較差。

如果LoRa Sub-GHz在某個(gè)特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了高覆蓋率，那么這個(gè)時(shí)候就可以使用Sub-GHz進(jìn)行通信。而當(dāng)需要對(duì)在不同國家航行的海運(yùn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤時(shí)，使用2.4GHz的頻率進(jìn)行追蹤和通信則更加合適。

在衛(wèi)星通訊方面，通常來說，LoRa通信使用的是近地衛(wèi)星，它的距離大概是200~1500千米。LoRa可以在這一范圍內(nèi)進(jìn)行長距離傳輸。在實(shí)際的場景中，LoRa終端上傳到衛(wèi)星的過程并不需要特別大的天線和功率。只要將傳統(tǒng)的LoRa傳感器放置在露天場景中，就可以跟近地衛(wèi)星進(jìn)行通訊。如果使用S頻段，則可以有更好的頻段資源，受到的干擾更小，傳輸?shù)男Ч矔?huì)更好。

在LoRa芯片支持S頻段之前， LoRa設(shè)備在國內(nèi)外已經(jīng)被部署在很多近地衛(wèi)星通信的場景中，但是現(xiàn)階段這種方式存在一定的局限性：首先，LoRa只有等到近地衛(wèi)星在其上方通過時(shí)才能上傳數(shù)據(jù)。如果近地衛(wèi)星的數(shù)量不夠多，LoRa設(shè)備則無法持續(xù)上傳。其次，如果使用的是 ISM頻段，衛(wèi)星會(huì)受到很多干擾?！岸鳶頻段的使用則可以有效解決ISM頻段干擾的問題，更多高質(zhì)量的解決方案也應(yīng)運(yùn)而生?！?甘泉補(bǔ)充道。

甘泉總結(jié)道，LR1120集成了通信S頻段、Sub-GHz以及2.4GHz頻段，可以有效覆蓋制造、分銷、航運(yùn)/海運(yùn)、海關(guān)、入庫、陸地運(yùn)輸和抵達(dá)客戶等各個(gè)環(huán)節(jié)，并且實(shí)現(xiàn)高效率、低功耗和低成本。同時(shí)，因?yàn)檎椎木W(wǎng)絡(luò)都通過同一個(gè)芯片支持，實(shí)現(xiàn)所有的功能不會(huì)增加成本。

不同無線連接方式的選擇

LR1120具有多種無線連接方式，那么在具體的應(yīng)用案例中該如何選擇呢？甘泉的建議是，由于Sub-GHz和2.4GHz的LoRa工作的主頻率不一樣，而頻率越高，波長越短，繞射能力或者遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰蜁?huì)越弱，因此想要傳得更遠(yuǎn)、覆蓋范圍更大，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少的時(shí)候，就需要選擇Sub-GHz的LoRa。

而如果在實(shí)際應(yīng)用中，需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)、快速傳感，以及快速控制的時(shí)候，他建議使用2.4GHz的LoRa。

最主要的還是要看實(shí)際應(yīng)用，甘泉舉例說，目前，部分智慧工廠會(huì)選擇同時(shí)使用兩種LoRa頻段。對(duì)于工廠內(nèi)大范圍覆蓋的傳感器，如溫感、濕度控制等，可以選擇Sub-GHz來進(jìn)行傳輸。而對(duì)于機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)等需要快速控制和感應(yīng)的場景，比較適合用2.4GHz的LoRa來進(jìn)行傳輸。

而工廠內(nèi)定位、物流管理解決方案都可以使用LR1120芯片，因?yàn)樗瓤梢詫?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低數(shù)據(jù)量的、抗干擾性強(qiáng)的Sub-GHz數(shù)據(jù)傳輸，又可以使用相對(duì)中距離的2.4G的LoRa來控制、管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。同時(shí)，LR1120芯片內(nèi)的Wi-Fi和GNSS定位也可實(shí)現(xiàn)一些傳輸，整體功能可以說是非常強(qiáng)大。

當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，并不一定需要同時(shí)使用LR1120芯片的所有功能?？蛻艨梢愿鶕?jù)實(shí)際需求來進(jìn)行不同的組合，例如Sub-GHz和2.4GHz的組合， Wi-Fi和2.4GHz的組合，或是Sub-GHz和GNSS的組合。