解读LoRa通信技术(3)

LoRa 工作在 1GHz 以下的非授权频段，故在应用时不需要额外付费。NB-IoT 和蜂窝通信使用 1GHz 以下的授权频段。处于 500MHz 和 1GHz 之间的频段对于远距离通信是最优的选择，因为天线的实际尺寸和效率是具有相当优势的。

LoRaWAN 使用免费的非授权频段，并且是异步通信协议，对于电池供电和低成本是最佳的选择。LoRa 和 LoRaWAN 协议，在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具有独特的特性，但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量（QoS）。

据悉授权的 Sub-GHz 频段的竞拍，每 MHz 价格超过 5 亿美金。蜂窝网络和 NB-IoT 出于对服务质量（QoS）的考虑，并不能提供类似 LoRa 一样的电池寿命。由于 QoS 和高昂的频段使用费，需要确保 QoS 的应用场景推荐使用蜂窝网络和 NB-IoT，而低成本和大量连接是首选项的话 LoRa 是不错的选择，如下图。

电池寿命和下行延迟

蜂窝网络设计的理念是最优的频段利用率，相应的就牺牲了节点成本和电池寿命。相反，LoRaWAN 节点是为了低成本和长电池寿命而生，在频段利用率方面有一定的欠缺。

关于电池寿命方面有两个重要的因素需要考虑，节点的电流消耗（峰值电流和平均电流）以及协议内容。LoRaWAN 是一种异步的基于 ALOHA 的协议，也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠，而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网。

例如，现在市面上的手机工作时每 1.5s 必须与网络进行同步。在 NB-IoT 中，这种同步变少但是仍然在定期进行，这样就额外的消耗了电池的电量。

在蜂窝网络中调制是充分利用频段的有效手段，但是从节点的角度这并不是有效的。蜂窝的调制（OFDM 或者 FDMA）需要一个线性的发射器来产生调制信号，而一个线性的发射器需要的峰值电流比非线性调制多几个数量级，越高的峰值电流会消耗电池更多的电量。

但同步的通信协议在较短的下行延迟方面具有优势，同时 NB-IoT 可以为需要大量数据吞吐量的应用提供快速的数据传输速率。而 LoRaWAN 的 Class B 通过定期地（编程实现）唤醒终端以收取下行消息而缩短了下行通信的延迟。

所以对于需要频繁通信、较短的延迟或者较大数据量的应用来说 NB-IoT 或许是更好的选择，而对于需要较低的成本、较高的电池寿命和通信并不频繁的场景来说 LoRa 更好。

设备成本,网络成本和混合模型

对终端节点来说，LoRaWAN 协议比 NB-IoT 更简单，更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。NB-IoT 的调制机制和协议比较复杂，这就需要更复杂的电路和更多的花费，同时 NB-IoT 和 3GPP 一样是要收税的。

现阶段对于一部手机的税费大概是 5 美元，但这对于物联网设备来说显得太昂贵了，而且如果贸然的降低税费会引起手机等移动通信市场的价格混乱。所以 3GPP 组织如何权衡 IoT 和移动通信两方面税费问题也个大问题。

低成本、技术相对成熟的 LoRa 模块已经可以在市场上找到了，并且升级版还会接踵而至。LoRa 联盟没有过多版权和税费的限制使得在 LoRa 产业链下模块低于 4 美元是十分可观的。现在市场上的 LoRa 模块价格一般在 7-10 美元，但是随着技术的成熟度提高 4-5 美元并不是大问题。而现在一个 LTE 模块的价格却很难低于 20 美元。

相对于传统的只依靠“铁塔”部网，对于 IoT 和 LPWAN 来说部署需要使用不同模型以降低支出和运营成本。LoRaWAN 部署花费更少，因为可以利用传统的信号塔、工业基站甚至是便携式家庭网关来进行。

现阶段一个塔式的基站价格大概是 1000 美元，工业基站价格低于 500 美元，而家庭式的网关只需要 100 美元左右。但是对于 NB-IoT 来说，升级现有的 4G LTE 基站的价格保守估计每个不少于 15000 美元。

LoRa 和 NB-IoT 的应用场景

没有一种技术可以同时满足 IoT 应用的所有需求。下面将通过几个具体的应用实例来分析 NB-IoT 和 LoRa 各自适合的应用场景。

A：智能电表

在智能电表领域相关的公司和部门需要高速率的数据传输、频繁的通信和低延迟。由于电表是由电源供电的，所以并没有超低功耗和长电池使用寿命的需求。并且还需要对线网进行实时监控以便发现隐患时及时处理。

LoRaWAN 的 ClassＣ可以实现低延迟，但是对于高传输速率和频繁通信的需求 NB-IoT 是更适合于智能电表的选择。并且电表一般安装在人口密集的地区的固定位置，所以对于运营商部网也较为容易。

B：智慧农业

对农业来说，低功耗低成本的传感器是迫切需要的。温湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提高产量、减少水资源的消耗等有重要的意义，这些传感器需要定期地上传数据。

LoRa 十分适用于这样的场景。而且很多偏远的农场或者耕地并没有覆盖蜂窝网络，更不用说 4G/LTE 了，所以 NB-IoT 并不如 LoRa 一样适合于智慧农业。

C：自动化制造

工厂机器的运行需要实时的监控，不仅可以保证生产效率而且通过远程监控可以提高人工效率。在工厂的自动化制造和生产中，有许多不同类型的传感器和设备。

一些场景需要频繁的通信并且确保良好的服务质量（QoS），这时 NB-IoT 是较为合适的选择。而一些场景需要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态，这时 LoRa 便是合理的选择。所以对于自动化生产制造的多样性来说，NB-IoT 和 LoRa 都有用武之地。

D：智能建筑

对于建筑的改造，加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并且定时的将监测的信息上传，方便了管理者的监管同时更方便了用户。

通常来说这些传感器的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量，同时便携式的家庭式网关便可以满足需要。所以该场景 LoRa 是比较合适的选择。

E：零售终端（POS）

（编辑：ASP站长网）