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2017年5月8日 星期一

LTE-M vs. NB-IoT: Determine the Differences Between Low Bandwidth Protocols




來源: FindRF搜射頻網


物聯網的快速發展,對無線通信技術提出了更高的要求,專為低頻寬、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。這裡會針對二者的區別進行闡述,並且對各自適合的應用場景進行說明。

一. LoRa:易於建設和佈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公司向業界發佈了,一種新型的基於1GHz以下的,超長距低功耗數據傳輸技術(Long Range,簡稱LoRa)的晶片。其接受靈敏度達到了驚人的-148dbm,與業界其他先進水準的sub-GHz晶片相比,最高的接收靈敏度改善了20db以上,這確保了網路連接可靠性。

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,同時提高了網路效率,並消除了干擾,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/閘道器(Concentrator/Gateway)能夠並行接收,並處理多個節點的數據,大大擴展了系統容量。

物联网技术标准NB-IOT和LoRa是个什么鬼?
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是第一個用於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,關於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網路主要由終端(內置LoRa模組)、閘道(或稱基地台)、伺服器和雲端四部分組成,應用數據可雙向傳輸。如圖2所示。

物联网技术标准NB-IOT和LoRa是个什么鬼?
2LoRa網路架構

二、後起之秀: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、採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、對網路連接要求,較高設備的高效連接。

NB-IoT具備四大特點:
一是覆蓋廣,將提供改進的室內覆蓋,在同樣的頻段下,NB-IoT比現有的網路增益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終端模組的待機時間可長達10年;

四是更低的模組成本,企業預期的單個接連模塊不超過5美元。

物联网技术标准NB-IOT和LoRa是个什么鬼?
1NBIoTLoRa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。適逢對岸的中國華為和中國移動,大力推動的NB-IoT技術席捲水氣計量圈,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,不免讓圈裡人放在一起比較。

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。

在模組的費用上,據瞭解NB-IoT的晶片大概會在2美元,而LoRa是不會高於5美元,後期的維護兩者都是屬於容易型,至於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,採用3GPP授權頻譜避免干擾問題。而LoRa則採用多層加密的方式,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,對於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範圍的表現,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可以重覆發送。

對於表計的安裝環境,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。

網路佈署上,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路建設,而NB-IoT可以基於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佔領市場,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是屬於兩個陣營的。因為NB-IoT主要依賴於運營商的基礎設施,進行協議對接,LoRa是一個更靈活的自主網路,在任何需要的地方,都可以進行佈署。它們兩者在物聯網市場中是互補共存的。


                                                                                                                                                                                                                 

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