技術簡介

LoRa技術是由法國公司Cycleo(成立于2009年)開發(fā)的一種擴頻無線調(diào)制專利技術(EP2763321 from 2013和US7791415 from 2008) ，2012年被美國是高質(zhì)量模擬和混合信號半導體產(chǎn)品的領先供應商Semtech公司以約500萬美金所收購。收購之后，Semtech對該技術進行了強有力的營銷，包括設立LoRa聯(lián)盟，以促進其他公司包括部分移動運營商參與到LoRa生態(tài)系統(tǒng)中。

LoRa的全稱是Long Range，覆蓋范圍廣鏈路預算達到168dB。LoRa 是LPWAN通信技術中的一種，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。目前，LoRa 主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915 MHz等。LoRa的最大特點就是：傳輸距離遠、工作功耗低、組網(wǎng)節(jié)點多。

LoRa的設備目前已經(jīng)有非常完整的生態(tài)系統(tǒng)，很多方案都是完整的解決方案，可以提供給客戶直接使用。在產(chǎn)品層面以LoRaWAN為主，網(wǎng)絡則有公共的、私人的，所有者既有電信運營商，也有綜合體。目前，全球已有83家運營商支持LoRa，超過100個國家部署了LoRa網(wǎng)絡，從美國、中國到俄羅斯、東南亞、南美，實現(xiàn)在全球范圍內(nèi)的廣泛覆蓋。

LoRaWAN

LoRaWAN定義了使用LoRa技術的端到端標準規(guī)范，包括物聯(lián)網(wǎng)市場安全、能源效率、漫游和配置入網(wǎng)(on-boarding)等。LoRaWAN起初叫LoRaMAC，由Semtech、Actility、IBM Research共同制定，在2015年巴塞羅那移動世界通信大會上，被改名為LoRaWAN，成為LoRa聯(lián)盟成員的規(guī)范。

LoRa聯(lián)盟

LoRa聯(lián)盟是2015年3月Semtech牽頭成立的一個開放的、非盈利的組織。不到一年時間，聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)展成員公司150余家，其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級產(chǎn)商。產(chǎn)業(yè)鏈(終端硬件產(chǎn)商、芯片產(chǎn)商、模塊網(wǎng)關產(chǎn)商、軟件廠商、系統(tǒng)集成商、網(wǎng)絡運營商)中的每一環(huán)均有大量的企業(yè)，這種技術的開放性，競爭與合作的充分性都促使了LoRa的快速發(fā)展與生態(tài)繁盛。

中國LoRa應用聯(lián)盟

2016年1月，在國際LoRa 聯(lián)盟支持下，中興通訊聯(lián)合近二十家合作廠商共同發(fā)起建立“中國LoRa應用聯(lián)盟(CLAA)”。旨在推動LoRa產(chǎn)業(yè)鏈在中國的應用和發(fā)展，建設多業(yè)務共享、低成本、廣覆蓋、可運營的LoRa物聯(lián)網(wǎng)。目前為止，基于CLAA的物聯(lián)網(wǎng)應用已有50多個，在智慧城市、農(nóng)業(yè)、能源、安防等領域開展應用。尤其是通過全國性云化核心網(wǎng)和共享接入的方式，能逐步形成一張全國性的可運營虛擬LoRa網(wǎng)絡。尤其是通過全國性云化核心網(wǎng)和共享接入的方式，能逐步形成一張全國性的可運營虛擬LoRa網(wǎng)絡。

簡單地說，CLAA要做的就是所有聯(lián)盟成員按照共同標準來在全國各地建立基站，建立一個全國性的骨干網(wǎng)絡。中興希望牽頭，制定標準，大家一起來建這個網(wǎng)絡，一起來享受這個網(wǎng)絡。把大量的分散的LoRa網(wǎng)絡利用起來，星星之火形成燎原之勢。

LoRa組網(wǎng)技術

LoRa網(wǎng)絡主要由終端(可內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(或稱基站)、網(wǎng)絡服務器以及應用服務器組成。應用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

LoRa芯片模組

LoRa技術是Semtch公司的專利，Semtech公司提供SX127x系列LoRa產(chǎn)品。國內(nèi)市場主要以低頻段(137-525MHz)的SX1278為主。為適應市場的發(fā)展和需求，Semtech以IP授權的方式授予更多的公司來制造LoRa技術的芯片，如同ARM公司IP授權類似。

目前Semtech公司IP授權的公司有Hoperf、Microchip、Gemtek、ST等。Hoperf的LoRa產(chǎn)品是數(shù)據(jù)透傳模組，Microchip的是以LoRaWAN模組，Gemtek做成了SiP的LoRaWAN產(chǎn)品。未來或許會有更多的公司通過IP授權的方式來制造LoRa技術的產(chǎn)品。

LoRa 對比 NB-IoT

我們在之前介紹過NB-IoT與LoRa對比的特點，同時作為物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術，NB-IoT和LoRa兩種技術具有不同的技術和商業(yè)特性，所以在應用場景方面會有不同。

目前從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來看，已經(jīng)形成了由芯片、模組、終端、通訊設備、平臺、運營商和應用這七大環(huán)節(jié)組成的完整產(chǎn)業(yè)鏈，將NB-IoT和LoRa做下對比：

LoRa技術的發(fā)展困境

目前LoRa的主要推動方為美國公司Semtech，這家公司掌握了LoRa的核心技術，其他的產(chǎn)業(yè)公司大都是處于技術鏈條的低端，或者是應用，或者是系統(tǒng)硬件設計，或者是平臺。

在中國，大部分的LoRa產(chǎn)業(yè)公司并不具備核心技術和在LoRa技術和標準的話語權，除了中興略微深入之外，大都是以應用為主，在這種情況下，技術不可控，標準非主流，政策不支持，LoRa在中國的發(fā)展還需要積淀。LoRa技術正在中國不斷突圍，增強公眾對新技術的認知也提高對應用的信心，從而改善市場空間。

LoRa適用于哪些應用場景?

LoRa最突出的特點就是長距離，突破以前需要中繼才能解決的覆蓋場景，或者同時要求功耗很低，需要電池供電。比如：

①無線抄表，比如：電表、水表、氣表、熱表等;

②緩慢變化物理量(溫度、水壓、PM2.5、地磁感應器)超低功耗傳感器;

③無線報警器(煙霧探測器、熱釋紅外);

④遠程I/O控制器(燈光控制、空調(diào)控制);⑤無線RS-485/Modbus轉(zhuǎn)換器。

智能電表

在智能電表領域相關的公司和部門需要高速率的數(shù)據(jù)傳輸、頻繁的通信和低延遲。由于電表是由電源供電的，所以并沒有超低功耗和長電池使用壽命的需求。并且還需要對線網(wǎng)進行實時監(jiān)控以便發(fā)現(xiàn)隱患時及時處理。

LoRaWAN的ClassC可以實現(xiàn)低延遲，但是對于高傳輸速率和頻繁通信的需求NB-IoT是更適合于智能電表的選擇。并且電表一般安裝在人口密集的地區(qū)的固定位置，所以對于運營商部網(wǎng)也較為容易。

智慧農(nóng)業(yè)

對農(nóng)業(yè)來說，低功耗低成本的傳感器是迫切需要的。溫濕度、二氧化碳、鹽堿度等傳感器的應用對于農(nóng)業(yè)提高產(chǎn)量、減少水資源的消耗等有重要的意義，這些傳感器需要定期地上傳數(shù)據(jù)。

LoRa十分適用于這樣的場景。而且很多偏遠的農(nóng)場或者耕地并沒有覆蓋蜂窩網(wǎng)絡，更不用說4G/LTE了，所以NB-IoT并不如LoRa一樣適合于智慧農(nóng)業(yè)。

智能建筑

對于建筑的改造，加入溫濕度、安全、有害氣體、水流監(jiān)測等傳感器并且定時的將監(jiān)測的信息上傳，方便了管理者的監(jiān)管同時更方便了用戶。

通常來說這些傳感器的通信不需要特別頻繁或者保證特別好的服務質(zhì)量，同時便攜式的家庭式網(wǎng)關便可以滿足需要。所以該場景LoRa是比較合適的選擇。

零售終端(POS)

零售終端(POS)系統(tǒng)往往需要較頻繁和高質(zhì)量的通信，而且這些設備通常有專門供電的設備，所以對于較長的電池使用壽命沒有要求。同時對于通信的時效性和低延遲要求較高。

物流追蹤

追蹤或者定位市場的一個重要的需求就是終端的電池使用壽命。物流追蹤可以作為混合型部署的實際案例。物流企業(yè)可以根據(jù)定位的需要在需要場所部網(wǎng)，可以是倉庫或者運輸車輛上，這時便攜式的基站便派上了用場。

LoRa的應用場景也正在以燎原之勢，快速而又迅猛的進入了商用階段

如今年4月，阿里云與浙江聯(lián)通聯(lián)合宣布，基于LoRa器件與無線射頻技術的物聯(lián)網(wǎng)平臺已開始試商用。再比如無錫鴻山的中國第一個物聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)，在城市管理當中大量應用了LoRa的傳輸技術、物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議來做城市的管理。

傳統(tǒng)電視業(yè)巨頭廣電集團，也借助LoRaWAN技術，依托頻譜資源，快速、低成本地搭建了城市級別的LPWAN網(wǎng)絡。

NB-IoT技術

技術簡介

NB-IoT指窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band-Internet of Things)技術，是工作在授權頻段的技術，核心是面向低端物聯(lián)網(wǎng)終端(低耗流)，適合廣泛部署在智能家居、智能城市、智能生產(chǎn)等領域。對于低功耗廣域網(wǎng)絡，從縱向來看，目前已形成從“底層芯片—模組—終端—運營商—應用”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡的一個重要分支。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡或LTE網(wǎng)絡，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。

中國NB-IoT聯(lián)盟

2016年5月，由上海物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會聯(lián)合華為、中國聯(lián)通等企業(yè)發(fā)起成立“中國NB-IoT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，推動NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的合作和NB-IoT生態(tài)圈的建設。

中國NB-IoT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟旨在匯聚NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈力量，共建NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)，引領聯(lián)盟成員共同構(gòu)筑成熟的端到端產(chǎn)業(yè)鏈，促進NB-IoT產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展及商用部署，促進制定不同垂直應用領域的聯(lián)盟標準，孵化新型生態(tài)圈中的商業(yè)模式。

NB-IoT技術由華為、沃達豐等全球領先的通訊企業(yè)聯(lián)合制定，是基于4G網(wǎng)絡建立的全新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。NB-IoT智能鎖的投用，標志著物聯(lián)網(wǎng)技術的首次商用，也代表共享單車物聯(lián)網(wǎng)時代的到來。

政府政策和三大運營商的規(guī)劃建設

NB-IoT產(chǎn)業(yè)2017年開始起步，2018年進入加速階段，2019年將要正式起飛。

從技術標準發(fā)展來看，2016年3GPP R13版本發(fā)表NB-IoT技術，2017年大廠高通(Qualcomm)與海思(HiSilicon)相繼推出支持初版標準的芯片，年底聯(lián)發(fā)科進一步推出R14版本芯片，更有許多芯片廠商陸續(xù)宣布投入NB-IoT，市場蓬勃發(fā)展。同時也刺激了通訊模塊廠商的腳步。

自2016年6月16日，NB-IoT 技術協(xié)議獲得3GPP無線接入網(wǎng)(RAN)技術規(guī)范組會議通過以來，我國隨后就出臺一系列政策支持 NB-IoT 發(fā)展。

※2017年5月，工信部發(fā)布《電信網(wǎng)編號計劃(2017年版)》，新編號中增加了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)號，將“140XX~144XX”明確為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)號。

※2017年6月16日，工信部下發(fā)《關于全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)建設發(fā)展的通知》，《通知》對2017年到2020年的NB-IoT標準、NB-IoT設備、NB-IoT芯片、NB-IoT模組、NB-IoT測試、NB-IoT應用、NB-IoT網(wǎng)絡的發(fā)展，部署了“定量”的任務。

※2017年6月20日，工信部發(fā)布2017年第27號公告，從三方面明確了 NB-IoT 系統(tǒng)頻率的使用要求。

※2017年8月7日，工信部批準同意了部分單位提出的電信網(wǎng)碼號資源有關申請，對2017年第十批《中華人民共和國電信網(wǎng)碼號資源使用證書》頒發(fā)結(jié)果進行公示，其中就包括了物聯(lián)網(wǎng)號段分配。

正是有了中國政府和中國市場對NB-IoT的全力支持，NB-IoT產(chǎn)業(yè)發(fā)展如日中天。

三大運營商均將完成NB-IoT全網(wǎng)覆蓋。三大運營商中，中國電信暫時領跑NB-IoT網(wǎng)絡建設：截止到2017年6月，中國電信已完成800M NB-IoT全網(wǎng)覆蓋，并在多個城市宣布NB-IoT網(wǎng)絡的商用;中國聯(lián)通、中國移動均計劃完成NB-IoT全網(wǎng)覆蓋。

NB-IoT商業(yè)網(wǎng)絡和芯片

全球已商用21張NB-IoT網(wǎng)絡(其中華為部署17張)，包括：VDF西班牙，德電荷蘭，德電德國，挪威Telia，中國電信，中國移動，中國聯(lián)通，韓國LGU+，KT，VDF荷蘭，VDF愛爾蘭，澳大利亞VHA，阿聯(lián)酋ET，香港CMHK，H3G，新加坡M1，意大利TIM，土耳其VDF，Turkcel，捷克VDF，南非Vodacom;預計年底商用網(wǎng)絡數(shù)將達到30張，2018年將達到100張。

華為Boudica是全球首個具備批量商用能力的NB-IoT芯片，已與中移物聯(lián)，移遠，ublox，利爾達，Telit，金雅拓等模組廠家簽訂了供貨協(xié)議，目前已收到訂貨500萬片，預計年底前將發(fā)貨300萬片。

注：8家NB-IoT芯片廠商收錄

深圳市海思半導體有限公司、美國高通公司、深圳市中興微電子技術有限公司、銳迪科微電子(上海)有限公司、Nordic、Altair、思寬(Sequans)、臺灣聯(lián)發(fā)科技股份有限公司

21家NB-IoT模組廠商收錄

以下是21家NB-IoT模組廠商，以國內(nèi)的廠商為主：中興通訊股份有限公司、上海移遠通信技術有限公司、深圳市中興物聯(lián)科技有限公司、廈門騏俊物聯(lián)科技股份有限公司、上海移柯通信技術有限公司、中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司、芯訊通無線科技(上海)有限公司、龍尚科技(上海)有限公司、新華三技術有限公司、深圳市有方科技股份有限公司、深圳市美格智能技術股份有限公司、深圳市廣和通無線股份有限公司、深圳聯(lián)想懂的通信有限公司、利爾達科技集團股份有限公司、上海寬翼通信科技股份有限公司、智慧海派科技有限公司、深圳市偉文無線有限公司、u-blox、Sierra Wireless、金雅拓、泰力特。

NB-IoT優(yōu)勢

廣覆蓋，將提供改進的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡增益20dB，覆蓋面積擴大100倍;

具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個扇區(qū)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(yōu)化的網(wǎng)絡架構(gòu);

更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年;(如果終端每天發(fā)送一次200Byte報文，5瓦時電池壽命可達12.8年)

更低的模塊成本，企業(yè)預期的單個接連模塊5美元左右。，LoRa更適合于物流追蹤。

NB-IoT和LoRa技術對比

NB-IoT、LoRa使用頻段

NB-IoT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，中國移動則可能會重耕現(xiàn)有900MHz頻段。

LoRa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。而無線電計量儀表使用頻段為470-510MHz。由于LoRa是工作在免授權頻段的，無需申請即可進行網(wǎng)絡建設，網(wǎng)絡架構(gòu)簡單，運營成本也低。LoRa聯(lián)盟正在全球大力推進標準化的Lo-RaWAN協(xié)議，使得符合LoRaWAN規(guī)范的設備可以互聯(lián)互通。

NB-IoT、LoRo的通信距離

NB-IoT通信距離

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，LTE是142.7dB。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通信距離

LoRa以其獨有的專利技術提供了最大168dB的鏈路預算。一般來說，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。

NB-IoT、LoRa成本對比

LPWAN協(xié)議無論多強大都需要考慮其低成本，否則它們就不算可行的物聯(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。隨著市場越來越成熟，LoRa技術的成本預計將進一步下降。

NB-IoT和LoRa目前都還處于發(fā)展的起步階段，需要各方投入和共同發(fā)展。當大規(guī)模部署成為可能的時候，NB-IoT和LoRa的模組成本也會進一步降低。就技術方案而言，在短時間內(nèi)，NB-IoT和LoRa肯定會并行，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(jié)合，借助行業(yè)的影響力，那么什么都有可能。在新一波的物聯(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。

NB-IoT應用場景

解決方案場景

智能產(chǎn)品應用

在可穿戴設備中，根據(jù)NB-IoT的特性，適用于長期的慢病監(jiān)測、老人小孩和寵物的跟蹤管理等不依賴智能手機的設備。對于具有即時通信類的手環(huán)產(chǎn)品還說，目前來看暫時還沒有NB-IoT技術的施展空間。下面我們主要介紹適合幾種NB-IoT的應用場景。

三星公司推出的Samsung Connect Tag防丟配件

可穿戴式智能手表

此類應用還有很多，例如基于NB-IoT技術的智能自行車。該自行車將具備位置定位的防盜功能，以及其他的信息上報和跟蹤功能。

NB-IoT智能垃圾桶

智能垃圾桶便于垃圾的分類區(qū)處理，能提高環(huán)衛(wèi)部門的清運效率。

NB-IoT農(nóng)業(yè)示范應用

NB-IoT技術和傳感器結(jié)合，可通過采集PH值、降水量、空氣溫濕度、土壤水分、土壤濕度、土壤鹽分、植物營養(yǎng)指標以及植物生理生態(tài)指標等數(shù)據(jù)實現(xiàn)對農(nóng)作物的實時監(jiān)控，采集數(shù)據(jù)可通過NB-IoT網(wǎng)絡上傳云平臺和手機APP，具有環(huán)境超限報警功能。

NB-IoT在遠程抄表中的應用

水氣表和我們的生活息息相關，每家每戶都會使用。NB-IoT遠程抄表在繼承了GPRS遠程抄表功能的同時還擁有海量容量，相同基站通訊用戶容量是GPRS遠程抄表的10倍。

更低功耗，在相同的使用環(huán)境條件下NB-IoT終端模塊的待機時間可長達十年以上;

新技術信號覆蓋更強(可覆蓋到室內(nèi)與地下室);

更低的模塊成本。

NB-IoT路燈監(jiān)控中的應用

監(jiān)控中心是整個路燈監(jiān)控系統(tǒng)操作、維護、處理、統(tǒng)計、分析和監(jiān)管的中心。NB-IoT可以發(fā)揮的作用如下：

采用NB-IoT無線網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)監(jiān)控中心的遠程分布式遠程控制;

路燈故障檢測功能，通過NB-IoT主動上報故障路燈位置;

NB-IoT的通信容量大，不會擔心路燈過多過于密集導致個體無法通訊的情況。

NB-IoT在智能家居中的應用

NB-IoT智能鎖是將傳統(tǒng)智能鎖終端接入NB-IoT終端網(wǎng)絡，相對傳統(tǒng)智能鎖具有、深度覆蓋、大量連接、數(shù)據(jù)傳輸速度快、超低功耗、更加安全、更加穩(wěn)定等優(yōu)勢，實現(xiàn)電子鎖電腦NB遠程開鎖、手機藍牙開鎖、手機NB開鎖、門鎖狀態(tài)監(jiān)測的智能管理。2018年，NB-IoT智能門鎖，已成為強奪世界物聯(lián)網(wǎng)的制高點。

智能家居屬于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)，而目前NB-IoT在智能家居領域的應用，一是智能鎖、二是智能水電抄表、三是智能家電、四是安防報警、五是智能穿戴。NB-IoT智能鎖進入千家萬戶帶來的價值絕對不僅是智能鎖本身。NB-IoT給智能設備帶來許多功能增值，如支持待機時間短、對網(wǎng)絡連接要求較高設備的高效連接，同時能提供非常全面的室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接覆蓋，而且可以簡化終端的復雜度、降低終端功耗，可以實時、海量的大容量進行高效身份認證和接入控制等。