低功耗廣域網（LPWAN，Low Power Wide Area Network）技術是一種革命性的物聯(lián)網無線接入新技術，與Wi-Fi、藍牙、ZigBee等現(xiàn)有成熟商用的無線技術相比，具有遠距離、低功耗、低成本、覆蓋容量大等優(yōu)點，適合于在長距離發(fā)送小數(shù)據量且使用電池供電方式的物聯(lián)網終端設備。LPWAN作為一個新興的、剛起步的技術，其市場普遍被看好，各廠商爭先研究LPWAN，參與標準制定，設商用試點，市場呈現(xiàn)百家爭鳴、蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。

LPWAN技術從頻譜角度上可分為授權頻譜和非授權頻譜兩種。截至目前，低功耗廣域網絡大部分部署在非授權頻譜，即人們熟悉的ISM頻段。一旦基于蜂窩網絡的LPWAN技術成熟，授權頻譜在未來也會成為LPWAN的選擇之一。今天的討論重點主要是非授權頻譜的LPWAN技術，包括LoRa、SigFox、OnRamp、NWave、Platanus等，相對授權頻譜的LPWAN技術，非授權頻譜的LPWAN技術具有搭建網絡靈活、快速、技術種類多等特點，部署成本低、商品化速度快。

2013年8月，Semtech公司向業(yè)界發(fā)布了一種新型的基于1 GHz以下頻譜的超長距低功耗數(shù)據傳輸技術（LoRa，Long Range）的芯片。LoRa主要面向物聯(lián)網應用，其接收靈敏度可達-148 dBm，與業(yè)界其他先進水平的Sub-GHz芯片相比，最高的接收靈敏度改善了20 dB以上，確保了網絡連接的可靠性。LoRa功耗極低，一節(jié)五號電池理論上可供終端設備工作10年以上。同時，LoRa使用線性調頻擴頻調制技術，即可保持像頻移鍵控（FSK，F(xiàn)requency Shift Keying）調制相同的低功耗特性，又明顯增加了通信距離，提高了網絡效率并消除了干擾（不同擴頻序列的終端即使使用相同的頻率同時發(fā)送也不會相互干擾），因此在此基礎上研發(fā)的集中器/網關能夠并行接收并處理多個節(jié)點的數(shù)據，大大擴展了系統(tǒng)容量。

LoRa作為非授權頻譜的一種LPWAN無線技術，相比于其他無線技術（如Sigfox、NWave等），其產業(yè)鏈更為成熟、商業(yè)化應用較早。LoRa技術經過Semtech、美國思科、IBM、荷蘭KPN電信和韓國SK電信等組成的LoRa Alliance國際組織進行全球推廣后，目前已成為新物聯(lián)網應用和智慧城市發(fā)展的重要基礎支撐技術。

非授權LPWAN技術對比

表1為目前基于非授權頻譜的LPWAN主要技術的特點對比。LoRa、Sigfox作為非授權頻譜LPWAN技術的典型代表，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等優(yōu)點，是最有發(fā)展前景的低功耗廣域網通信技術之一。目前，兩者在歐美地區(qū)都已有多個商用的案例，但是在運營模式、抗干擾能力、完整的生態(tài)系統(tǒng)、組織推廣力度上，LoRa比Sigfox更具有優(yōu)勢。

在運營模式方面，Sigfox只能部署在私有網絡，應用大數(shù)據由Sigfox掌握，廠商使用需得到授權；相反，LoRa不僅可部署在公開網絡和私有網絡，還可讓廠商擁有應用大數(shù)據，故受到了多數(shù)廠商的青睞和支持。在技術方面，Sigfox采用FSK，只能工作于雜訊位準以上，而LoRa采用線性擴頻調制技術，能在雜訊位準以下維持有效通信，抗干擾能力更強。換言之，即使在各國開放頻段有限的情況下，當物聯(lián)網蓬勃發(fā)展、終端節(jié)點暴增時，雜訊水平（Noise Floor）上升，雜訊位準被拉高，LoRa也能有效維持通信，而Sigfox受到干擾嚴重，無法維持穩(wěn)定通信。

LoRa技術分析

LoRa技術特點及優(yōu)勢

作為LPWAN技術之一，LoRa具備長距離、低功耗、低成本、易于部署、標準化等特點。表2為LoRa技術的關鍵特點及其對應的優(yōu)勢：

LoRa應用分析

根據LoRa技術的關鍵特點可知，LoRa非常適用于要求具備功耗低、距離遠、容量大以及可定位跟蹤等特點的物聯(lián)網應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等應用和領域

目前LoRa網絡已經在全球多地進行試點或部署。據最新公布的相關數(shù)據顯示，全球有16個國家正在部署LoRa網絡，56個國家開始進行試點，如美國、法國、德國、澳大利亞、印度等。荷蘭KPN電信、韓國SK電信在2016年上半年部署了覆蓋全國的LoRa網絡，提供基于LoRa的物聯(lián)網服務。相對于LoRa技術在國外發(fā)展的如火如荼，國內LoRa應用略顯冷淡。目前可看到的公開應用是國內AUGTEK公司在京杭大運河開展的LoRa網絡（智慧航道）建設，據悉目前已經完成江蘇段的全線覆蓋。其實國內從事LoRa模塊和方案開發(fā)的廠商并不少，除AUGTEK之外，還有洲斯物聯(lián)、思創(chuàng)匯連、普天通達、NPLink、門思科技、利爾達、通感微電子、上海雍敏、武漢拓寶、博大光通、縱行科技、唯傳科技、三凡信息等眾多公司。隨著國內廣域物聯(lián)網噴發(fā)式的發(fā)展和CLAA組織對LoRa應用的積極推動，國內基于LoRa應用的試點將會越來越多地被部署在各行各業(yè)，以提供優(yōu)質高效的物聯(lián)網服務。

LoRa面臨的挑戰(zhàn)與機遇分析

近幾年物聯(lián)網發(fā)展勢頭迅猛，具有巨大的市場前景。而在廣域物聯(lián)網通信領域中，NB-IoT的發(fā)展非常迅速，得到了眾多通信企業(yè)的支持，電信設備供應商如愛立信、諾基亞、華為和中興等，大型電信運營商如AT&T、中國移動、中國聯(lián)通和中國電信等，以及芯片解決方案供應商如高通等。NB-IoT標準于2016年6月獲得國際組織3GPP批準通過，標準核心協(xié)議正式凍結，國內NB-IoT行業(yè)標準預計在2016年年底發(fā)布，2017年初有望規(guī)模商用。NB-IoT網絡不僅具有LPWAN中長距離、低功耗、低成本、標準化等優(yōu)勢，而且是窄帶蜂窩物聯(lián)網技術，可直接部署于原有蜂窩網絡，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。因此，NB-IoT得到了運營商的積極推動，有望成為下一代運營商主導的授權頻譜的廣域物聯(lián)網公網，這給LoRa網絡的發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

新崛起的廣域物聯(lián)網技術NB-IoT的迅速發(fā)展給LoRa帶來挑戰(zhàn)的同時，也帶來了巨大的發(fā)展機遇。NB-IoT的發(fā)展使得整個市場對于低功耗廣域網絡的需求被激發(fā)，LoRa反而能更快速、更大限度地被市場所意識。

市場角度看LoRa發(fā)展機遇

LPWAN技術有兩種應用分類，分別是分散型應用和行業(yè)性應用。分散型應用指的是終端產品的用戶是分散的或產品在地域分布上是分散的或者產品具有頻繁移動的屬性。這樣的應用對LPWAN的需求主要是更大范圍的網絡覆蓋以解決用戶的區(qū)域分布和可移動屬性對網絡的要求。這一類的產品以消費電子和基于定位的應用為主。行業(yè)性應用指的是單客戶具有在小范圍進行局部網絡部署的條件，在局部范圍內具有足夠可承擔起網絡建設成本的終端需求數(shù)量，此時往往會基于本身的應用需求對LPWAN協(xié)議細節(jié)進行調整，對數(shù)據安全有更高的需求。NB-IoT通過運營商部署廣域物聯(lián)網的方式無法滿足協(xié)議細節(jié)修改的需求，其數(shù)據安全性和局域網也不可相提并論，因此難以解決行業(yè)應用的需求，更適合分散型應用。相比之下，LoRa作為最受歡迎的非授權頻譜LPWAN技術之一，運營方式更加靈活，可以是以運營商主導的大范圍公開網絡，也可以是私人部署的專用局域網絡，如公安、交通、民航、物流、鐵路、安防等行業(yè)。LoRa網絡技術可以滿足行業(yè)客戶協(xié)議細節(jié)調整的需求，可快速幫助客戶低成本地建設局域網以實現(xiàn)業(yè)務運營，同時不僅能適應分散性應用需求，還能很好地滿足行業(yè)性應用需求。