一文带你认识LPWA通信技术

Posted 2021-09-01 华为云

摘要：为了满足越来越多的远距离物联网设备的连接需求，LPWA应用而生。

本文分享自华为云社区《常见物联网通信技术之LPWA通信技术》，作者：爱吃面包的猫。

如果你比较关注物联网圈的话，想必对LPWA这一名词有所耳闻。即使没有见过，也在科技媒体上扫见过LoRa、SigFox、NB-IoT这些技术关键词。

为了满足越来越多的远距离物联网设备的连接需求，LPWA应用而生。LPWAN（Low Power Wide Area Network）低功耗广域网络，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的。下面我们就来进入今天的正题，为大家全面介绍LPWA技术。

1 SigFox

SigFox 是一家法国的物联网技术创业公司，它的公司叫 SigFox，它的这项技术的名字也叫 SigFox。SigFox 这项技术专门为那些吞吐率很低的项目所设计，它的传输功耗很低，只有 50-100 微瓦，但是仍然能维持比较稳定的数据连接。但是呢，因为物联网设备会产生大量的 数据，并且这些数据由 SigFox 公司自己来进行存储。但是 SigFox 毕竟是一家小公司，自己 保存着这些数据公信力不足，同样在信息安全方面也存在疑问，所以它的使用并没有像 LoRa 一样非常广泛。

2 LoRa

是 Long Range 的缩写，它跟 SigFox 不一样的是他由 LoRa 联盟维护管理。LoRa 技术 由 Semtech 公司开发，之后经过 LoRa 联盟的共同努力，他们开发出了应用于 LPWA 领域的 网络，叫做 LoRaWAN。它是一项基于扩频技术的超远距离无线传输方案，以此来达到长距 离和低功耗的要求，这项技术主要在未授权频段来支撑。Lora 可以应用于自动抄表、智能家 居和楼宇自动化、无线预警和安全系统、工业监测和控制以及远程灌溉系统等等。

3 NB-IoT

NB-IoT 最早是由华为和沃达丰主导提出来的，之后加入了爱立信和高通等一些公司。它的特 点就在于 NB-IoT 叫窄带蜂窝物联网，所以它构建于现有的蜂窝网络。同时因为它是窄带，所 以他只消耗大约 180KHz 的带宽，可直接部署于 GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络，以降 低部署成本、实现平滑升级。

4 eMTC

在 LPWA 技术当中最后一个要描述的就是爱立信基于 4G 网络提出的解决方案 eMTC，它主 要面向深度覆盖、大连接的应用场景。与 NB-IoT 相比，它的速率更高但是覆盖范围要更小， 并且功耗也比较大。但是，虽然与 NB-IoT 相比它的覆盖范围更小，功耗也更大，但是它具备 语音通信的能力。所以相较于 NB-IoT，它可以被应用于一些需要使用语音通信功能的场景之 下。

5 LPWA 技术对比

接下来本文同样也会对上述的 LPWA 技术做一个简单的对比，除了 NB-IoT 和 eMTC，其他的 两种网络都运行在 SubG 免授权频段上。SubG 的意思是频率在 1GHz 以下，主要是指 27MHz 到 960MHz 的频段。SubG 是长距离、低功耗通信的理想选择。因为在功率相同的情 况下，网络的频率越高，穿透能力就越差，但是 LPWA 场景下的设备如电表、水表等，他们 经常被放在比较深的位置当中，通常有非常多的阻碍在上面，所以选择低频段就显得非常有必 要了。 在表中也可以看到对于 NB-IoT 的描述当中，它的频段主要部署在 SubG 授权频段之上，这是 因为有一部分 NB-IoT 网络部署于 SubG 授权频段之外，具体的原因将在本文之后的章节中进 行说明。 由于应用于免授权频段的 LoRa 与授权频段上的 NB-IoT 都是比较热门的 LPWA 技术，所以经 常被用来作对比。两者之间的差别就在于：

1) 阵容不同 LoRa 是由美国个体户 Semtech 研究出来的，NB-IoT 是由 3GPP 官方移动通信协会制定的标 准。LoRa 基本上是由 Semtech 一家公司包办上下游产业链，但 NB-IoT 则是整个通信产业上 下游公司在合力运营，比如 NB-IoT 芯片模组现在华为、高通、三星、联发科等公司都在做。

2) 频段使用不同 NB-IoT 使用的频段是授权频段，而 LoRa 使用的则是非授权频段。 授权频段，就是工信部授予的，除了被授予的运营商能用，其他所有个人企业机构都不能使用 的频段，用了就违法，无线电管理部门会上门查水表。 而非授权频段，就是工信部没说给谁用，谁都可以用的频段。因此，如果有个人或者企业使用 LoRa 的工作频段做别的事，那么就会对这个区域的 LoRa 设备产生严重的干扰，导致网络无 法使用。 因此，有官方背景的 NB-IoT 网络质量肯定更好，更高质。

3) LoRa 需要企业自建，NB-IoT 运营商早已建好 运营商并不运营 LoRa 网络，如果企业想使用 LoRa，需要自己购买基站、网络设备、服务器 等等全套网络运营软硬件，并完成网络搭建，自己运营。

而 NB-IoT 目前三大运营商已经在国内完成了基站的建设与网络开通，像使用手机 SIM 卡一 样，企业只需要从运营商采买 NB-IoT 的 SIM 卡，随后插入带有 NB-IoT 模组的设备内，就可 以缴费使用啦。

4) LoRa 的优势在哪里？ 其实对于 90%的企业来说，LoRa 确实没啥优势。除非企业想使用物联网的位置在农村、偏远 山区、独立的厂区等（比如智慧农场、智慧工厂），确实没有运营商 NB-IoT 网络的覆盖，无 可奈何才会想到自建 LoRa。 再就是非常大的企业，或者政府，怕使用运营商的网络不安全，比如出现数据窃取，因此宁愿 自己建设网络自己维护，也不相信运营商。 以上就是 NB-IoT 与 LoRa 之间比较大的区别。

6 无线通信技术对比

上述三类无线通信技术当中包含了非常多不同的网络通信技术，并且这三类都能应用在物联网 领域，开发者该怎么去选择呢，怎么样去权衡使用呢？ 图 4-6 就能很好的回答这个问题，通过这张图就知道具体什么样的情形下应该使用什么样的网 络。 这张图的两个坐标轴分别是传输速率和传输距离，它也跟物联网的不同场景的需求相对应。根 据不同的数据速率要求可以将场景大概分成三类，一类是数据速率要求最高的比如视频监控、 车联网，第二类速率要求比较高的像智能物流、车辆管理等等，第三类是速率要求不太高的例 如抄表之类的行业。那么当然，如果具体到传播距离上的话这些场景还可以再细分，所以大概 可以分成这六种针对不同的需求的不同的网络。在上文中也提到过，最合适的网络才是最好的 网络，除了从传输距离和传输速率上进行考虑之外，还需要从成本上进行考虑，以此来选择最 合适的网络应用于解决方案中，从而获得最大的利益。

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