NB-IoT無線通信模塊與Lora無線通信協(xié)議技術分析與前景展望

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)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(lián)網(wǎng)應用而設計的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網(wǎng))也快速興起。物聯(lián)網(wǎng)應用需要考慮許多因素，例如節(jié)點成本，網(wǎng)絡成本，電池壽命，數(shù)據(jù)傳輸速率(吞吐率)，延遲，移動性，網(wǎng)絡覆蓋范圍以及部署類型等?？梢哉f沒有一種技術可以滿足IoT所有的需求。

1、NB-IoT、LoRa簡述

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

LoRa技術(Long Range)是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。LoRa網(wǎng)絡主要由終端(可內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(或稱基站)、Server和云四部分組成，應用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

NB-IOT技術(Narrow Band Internet of Things， NB-IoT，又稱窄帶物聯(lián)網(wǎng))，是由3GPP標準化組織定義的一種技術標準，是一種專為物聯(lián)網(wǎng)設計的窄帶射頻技術。

2、無線通信技術特性

2.1、無線數(shù)傳使用頻段

NB-IoT模塊使用了授權頻段，有三種部署方式：獨立部署、保護帶部署、帶內(nèi)部署。全球主流的頻段是800MHz和900MHz。中國電信會把NB-IoT部署在800MHz頻段上，而中國聯(lián)通會選擇900MHz來部署NB-IoT，中國移動則可能會重耕現(xiàn)有900MHz頻段。具體如表2-1所示：

表2-1：

LoRa模塊技術使用的是免授權ISM頻段，但各國或地區(qū)的ISM頻段使用情況是不同的。在中國市場，由中興主導的中國LoRa應用聯(lián)盟(CLAA)推薦使用了470-518MHz。而470-510MHz這個頻段是無線電計量儀表使用頻段。由于LoRa是工作在免授權頻段的，無需申請即可進行網(wǎng)絡的建設，網(wǎng)絡架構簡單，運營成本也低。LoRa聯(lián)盟正在全球大力推進標準化的LoRaWAN協(xié)議，使得符合LoRaWAN規(guī)范的設備可以互聯(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

移動網(wǎng)絡的信號覆蓋范圍取決于基站密度和鏈路預算。NB-IoT具有164dB的鏈路預算，GPRS的鏈路預算有144dB(TR 45.820)，LTE是142.7dB(TR 36.888)。與GPRS和LTE相比，NB-IoT鏈路預算有20dB的提升，開闊環(huán)境信號覆蓋范圍可以增加七倍。20dB相當于信號穿透建筑外壁發(fā)生的損失，NB-IoT室內(nèi)環(huán)境的信號覆蓋相對要好。一般地，NB-IoT的通信距離是15km。

LoRa以其獨有的專利技術提供了最大168dB的鏈路預算和+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20km。

2.3、成本對比

LPWAN協(xié)議無論多強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。LoRaWAN模塊的總體成本在 8-10 美元左右，約為 NB-IoT 等蜂窩 LTE 模塊價格的一半。NB-IoT 網(wǎng)絡的復雜性越高，知識產(chǎn)權相關(授權頻段方面)費用更高，提高了NB-IoT 的總成本。NB-IoT 升級到先進的 4G /LTE 基站比 LoRa 通過工業(yè)網(wǎng)關或塔頂網(wǎng)關部署更昂貴。不過，隨著市場越來越成熟，相信LoRa和NB-IoT總體成本都會大幅降低。

3、前景分析

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。當大規(guī)模部署成為一種現(xiàn)實可能的時候，NB-IoT和LoRa模組成本自然也會進一步降低。就技術方案而言，在短時間內(nèi)，NB-IoT和LoRa肯定會并行，有共同點、各有優(yōu)點、各有缺點，很難說誰壓倒誰，但是，如果受到技術方案以外的因素影響，比如贏利模式的創(chuàng)新，與應用行業(yè)的緊密結合，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，先把項目落地，才有贏得先人一步的機會。NB-IoT和LoRa不僅僅需要產(chǎn)品的創(chuàng)新，更需要項目應用的創(chuàng)新。

4、推薦方案

4.1、LoRaWan節(jié)點

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)。模塊集成了透傳功能，支持串口 AT 指令集，用戶通過串口即可使用對 LoRaWan 服務器網(wǎng)絡訪問的功能，適用于低功耗、低速率、遠距離等物聯(lián)網(wǎng)領域，改模塊符合LoRanWan協(xié)議規(guī)范的超低功耗節(jié)點模塊，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 個信道，模塊可使用串口進行數(shù)據(jù)收發(fā)，降低了無線應用的門檻。基于 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，支持 CLASSA 和 CLASSC 工作模式，簡單配置后便可以非常便利的實現(xiàn)網(wǎng)絡訪問功能，最大限度減少開發(fā)者的工作和項目開發(fā)時間。

4.2、NB-IOT模塊

ME3612 是一款支持NB-IoT/eMTC/EGPRS通信標準的窄帶蜂窩物聯(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全球主流運營商頻段。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)不同的需求和場景進行選擇，快速推出產(chǎn)品。

ME3612專為低速率、低功耗、遠距離、海量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計。該模塊支持多種網(wǎng)絡協(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用在智能表計、智能停車、資產(chǎn)追蹤和可穿戴設備等多種物聯(lián)網(wǎng)及M2M的應用場景中。

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