用LoRa “救命” ：長(zhǎng)距離、低功耗的無(wú)線傳輸魔力在哪里？

LoRa作為一種低功率、長(zhǎng)距離、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、簡(jiǎn)單高效的無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)被人所熟知，被廣泛用于全球智能抄表應(yīng)用和軍事空間通信領(lǐng)域。

在物聯(lián)網(wǎng)急速發(fā)展的現(xiàn)今，LoRa也逐漸成為長(zhǎng)距離無(wú)線射頻通信的首選。LoRa技術(shù)的應(yīng)用已擴(kuò)展到更多的垂直市場(chǎng)中，包括智能公用事業(yè)、智能供應(yīng)鏈和物流、智能家居和樓宇、智慧農(nóng)業(yè)、智慧健康和醫(yī)療、智能工業(yè)控制、智慧社區(qū)和智能環(huán)境

射頻技術(shù)賦能萬(wàn)物可跟蹤和管理的特性，而好的通信技術(shù)還能“救命”。據(jù)了解，自2017年開(kāi)始，Everynet已連續(xù)四年都利用LoRaWAN技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)和確保參加意大利Tor des Géants超級(jí)馬拉松賽的運(yùn)動(dòng)員們的安全，并且擁有多個(gè)實(shí)際的營(yíng)救案例。

LoRa是怎么成為超級(jí)馬拉松的“御用”解決方案的？Semtech市場(chǎng)戰(zhàn)略總監(jiān)甘泉為記者解答了相關(guān)問(wèn)題。

LoRa是什么？

LoRa究竟是什么？甘泉為記者介紹，LoRa 是一個(gè)物理層的無(wú)線數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)，稱為擴(kuò)頻連續(xù)調(diào)頻調(diào)制技術(shù)（Chirp Modulation）。常見(jiàn)的無(wú)線數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)為FSK、ASK、PSK三種，運(yùn)營(yíng)商的NB-IoT、4G、5G 以及 Wi-Fi、藍(lán)牙等幾乎所有常見(jiàn)數(shù)字無(wú)線通信技術(shù)的物理層都是采用 FSK、ASK、PSK 這三種調(diào)制技術(shù)進(jìn)行通信的。

LoRa 只是一個(gè)物理層的調(diào)制技術(shù)，現(xiàn)在市面上的所有 LoRa 芯片，也只是完成簡(jiǎn)單的物理層工作。而市場(chǎng)上 Wi-Fi、2G、3G、NB-IoT 等其他芯片，都是帶有自身協(xié)議棧的。

值得注意的是，LoRa是一種擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，能夠很好地平衡速率和靈敏度。其靈敏度更接近香農(nóng)極限定理，打破了傳統(tǒng)FSK窄帶系統(tǒng)的實(shí)施極限。

LoRa的優(yōu)勢(shì)多多，是一種迅速增長(zhǎng)的無(wú)線射頻技術(shù)，截至 2020 年 1 月，LoRa 的連接節(jié)點(diǎn)超過(guò)了 1.45億個(gè)。從 LoRa 聯(lián)盟的會(huì)員數(shù)量可以看出從事 LoRa 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的公司數(shù)量也在迅速增長(zhǎng)。LoRa 聯(lián)盟現(xiàn)有約 500 個(gè)會(huì)員，其中許多來(lái)自中國(guó)，例如阿里巴巴和騰訊。

LoRa的優(yōu)勢(shì)不容小覷

根據(jù)甘泉的介紹，LoRa的具體優(yōu)勢(shì)包括：

1、遠(yuǎn)距離：由于LoRa采用了擴(kuò)頻技術(shù)，且敏度更接近香農(nóng)極限定理，降低了信噪比要求，傳播距離更長(zhǎng)，即使是50Km也沒(méi)有問(wèn)題。

LoRa能夠依靠擴(kuò)頻獲取處理增益，不依賴于窄帶、重傳，不依賴編碼冗余，效率高。另外，LoRa上下行可使用下同的帶寬和速率，網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)靈敏度均可達(dá)到-140dBm（300bps），下行不依靠基站的大功率，既適合于免授權(quán)的ISM頻段，也適合于授權(quán)頻段。

2、抗干擾能力：在所有的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)中，LoRa技術(shù)可在噪聲下20dB解調(diào)，而其它的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)必須高于噪聲一定強(qiáng)度才能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。

其它物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的波形可以被頻譜儀等設(shè)備抓取。同樣，這些通信數(shù)據(jù)也可能被干擾或偽造。而LoRa技術(shù)具有較好的隱蔽性和抗干擾特性，具有較強(qiáng)的物理層安全特性。

3、低功耗：實(shí)際上，功耗一直以來(lái)是無(wú)線通信技術(shù)最大的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)遠(yuǎn)距離接入場(chǎng)景大多都需要電池供電，電池的壽命直接影響了用戶體驗(yàn)。

根據(jù)介紹，LoRaWan在睡眠狀態(tài)電流甚至低于1μA，發(fā)射17dBm信號(hào)時(shí)電流僅為45mA，接受信號(hào)時(shí)電流僅為5mA。

通過(guò)對(duì)比NB-IoT，LoRa擁有更簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)。而在運(yùn)動(dòng)手環(huán)應(yīng)用上，LoRa可以工作超過(guò)2周時(shí)長(zhǎng)。

4、易于部署：根據(jù)介紹，LoRa不僅能夠根據(jù)應(yīng)用需要規(guī)劃和部署網(wǎng)絡(luò)，還能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，針對(duì)終端位置合理部署基站。LoRa的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展十分簡(jiǎn)單，也可根據(jù)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的變化隨時(shí)對(duì)覆蓋進(jìn)行增強(qiáng)或擴(kuò)展。LoRa擁有從物理層、網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層的三重安全性，因此滿足各種數(shù)據(jù)私密性要求。

特別需要強(qiáng)調(diào)的是，LoRa還擁有很高的投資回報(bào)，這是因?yàn)槠浔旧淼拈L(zhǎng)壽命、低功耗和低成本。

LoRa的優(yōu)勢(shì)適用于室外超級(jí)馬拉松應(yīng)用

根據(jù)介紹，Everynet開(kāi)發(fā)的基于LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序，可在數(shù)百公里內(nèi)實(shí)時(shí)追蹤大約900名參賽者，為賽事工作人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以防止參賽者受傷和迷路。

需要強(qiáng)調(diào)的是，從2017年開(kāi)始，Everynet已連續(xù)四年都利用LoRaWAN技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)和確保參加Tor des Géants超級(jí)馬拉松賽的運(yùn)動(dòng)員們的安全。Tor des Géants超級(jí)馬拉松賽是世界上最具挑戰(zhàn)性的賽事之一，參賽者要在150個(gè)小時(shí)以內(nèi)的時(shí)間里跑完330公里的路程，其中海拔高度有變化的路段超過(guò)24000米，參賽者要每天24小時(shí)在其中連續(xù)跑幾天，每次間隙休息最多只有20分鐘。

由于為每位參賽者都配備了一個(gè)基于LoRaWAN技術(shù)的傳感器，所以即使在蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)法接入或無(wú)法覆蓋的地方，也能持續(xù)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的位置，并且能在危險(xiǎn)情況下發(fā)送報(bào)警信號(hào)。甘泉強(qiáng)調(diào)，目前該方案已有成功的營(yíng)救案例。

LoRaWAN的馬拉松應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)連接方案的優(yōu)勢(shì)剛好對(duì)應(yīng)了上述LoRa的優(yōu)勢(shì)：

1、遠(yuǎn)距離：得益于LoRa的遠(yuǎn)距離傳輸特性，覆蓋范圍更廣。可以使用少量網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)賽事區(qū)域的無(wú)死角覆蓋。由于比賽區(qū)域缺乏運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使用LoRa覆蓋是最佳選擇。

2、抗干擾：具有超強(qiáng)的抗噪特性，保證運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)可以穩(wěn)定上傳

3、低功耗：運(yùn)動(dòng)員使用的手環(huán)、報(bào)警器或追蹤器的無(wú)線連接功耗非常低，可以保證超長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間。

4、易于部署：由于LoRa在國(guó)內(nèi)工作于ISM頻段，且LoRaWAN網(wǎng)關(guān)協(xié)議為網(wǎng)關(guān)協(xié)作，其部署簡(jiǎn)單，成本很低，而且可以根據(jù)需求進(jìn)行部署。

根據(jù)介紹，野外超級(jí)馬拉松現(xiàn)場(chǎng)許多區(qū)域都沒(méi)有蜂窩信號(hào)，需要架設(shè)一個(gè)LoRa®網(wǎng)關(guān)，一般架設(shè)在較高處且不能有遮擋，由于LoRa網(wǎng)關(guān)的功耗非常低，一般小于5瓦，因此一塊蓄電池可以支持幾十天，足夠完成整個(gè)馬拉松比賽。馬拉松項(xiàng)目管理組可以通過(guò)有線或無(wú)線的方式將LoRa網(wǎng)關(guān)與本地應(yīng)用服務(wù)器連接。

LoRa網(wǎng)關(guān)可以無(wú)死角的覆蓋整個(gè)馬拉松的場(chǎng)地，運(yùn)動(dòng)員的手環(huán)帶有gps定位和心跳報(bào)警等功能，可以實(shí)時(shí)與LoRa網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，講運(yùn)動(dòng)員的位置信息和身體狀態(tài)信息及時(shí)的傳達(dá)的項(xiàng)目管理組的平臺(tái)上。

中國(guó)運(yùn)營(yíng)的LoRa網(wǎng)絡(luò)極為可靠和穩(wěn)定

提到LoRa，就不得不提到Semtech。作為LoRa技術(shù)的發(fā)明者，60年來(lái)一直處于領(lǐng)導(dǎo)地位。據(jù)甘泉介紹，目前Semtech LoRa產(chǎn)品線擁有：

? LoRa芯片產(chǎn)品組合：包括不斷創(chuàng)新演進(jìn)的、可滿足更多應(yīng)用需求的、高性能的LoRa芯片系列；

? LoRa Edge：產(chǎn)品組合是一個(gè)基于LoRa的低功耗平臺(tái)，可以軟件設(shè)置定義。該產(chǎn)品系列的第一款產(chǎn)品為LR1110，在2020年推出，其特色是低功耗Wi-Fi和GNSS掃描功能；

? LoRa Basics組件和開(kāi)發(fā)人員資源：通過(guò)提供開(kāi)發(fā)人員資源和培訓(xùn)，使LoRa更易于被開(kāi)發(fā)人員了解和入手使用；

? LoRa Cloud云服務(wù)：簡(jiǎn)便易用的云服務(wù)，它采用復(fù)雜的解決方案組件并將其轉(zhuǎn)換為API調(diào)用；

? LoRa Source硬件加速器：包括一系列即刻可投入生產(chǎn)的硬件加速器，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間和降低抽象復(fù)雜性；

? LoRa 2.4GHz：LoRa 2.4GHz 收發(fā)器。

此前，Semtech曾表示，作為一家全球性的半導(dǎo)體公司，分布在世界各地的資源將保障芯片的供應(yīng)。Semtech的產(chǎn)品研發(fā)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)主要在瑞士，還有一些在法國(guó)、加拿大，有著通暢的渠道和充足的貨源供應(yīng)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，在中國(guó)使用的LoRa芯片是在瑞士研發(fā)和供應(yīng)，此外，已經(jīng)在歐洲和中國(guó)授權(quán)了兩家芯片技術(shù)合作伙伴來(lái)生產(chǎn)LoRa芯片產(chǎn)品，這使得LoRa芯片供應(yīng)實(shí)現(xiàn)了多元化，在中國(guó)運(yùn)營(yíng)的LoRa網(wǎng)絡(luò)可得到極為可靠和穩(wěn)定的芯片保證。

展望2021和未來(lái)，Semtech將繼續(xù)通過(guò)自己的不斷創(chuàng)新來(lái)支持中國(guó)伙伴和客戶在其應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)世界級(jí)的創(chuàng)新，從而取得共同的成功。隨著中國(guó)“新基建”部署的落實(shí)，可以支持其中主要應(yīng)用的LoRa將在中國(guó)市場(chǎng)繼續(xù)保持穩(wěn)健的增長(zhǎng)。