LoRa,全称Long Range Radio,即远距离无线通信。它是一种低功耗广域网(LPWAN)协议,具有传输距离长,功耗低和成本低的特点。
1、什么是LoRa协议
在IoT物联网通信场景中,很多处于偏远地区的物联网设备都需要长距离和低速的数据传输。相比之下,Wi-Fi,蓝牙,Zigbee等技术都限制于短距离传输,以4G/5G为代表的蜂窝移动无线网络可以提供更广阔的覆盖面积,但是其成本和功耗都太高。而LPWAN低功耗广域网具备网络覆盖范围广,终端功耗低的特点,适合大规模的物联网应用部署。
LoRa技术最早由美国Semtech公司推广,属于基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案解决了以往关于长传输距离与低功耗不可兼得的矛盾,提供了一种简单的实现长距离长电池寿命以及大容量的通信系统。
第一款LoRa芯片的发布是2013年的8月。它使用1GHz以下的频段,其接收灵敏度可以达到-148dbm,对比手机的信号灵敏度大部分都在-110到-120dBm之间,相当于LoRa设备可以接收的信号可以比手机信号微弱100倍以上。这确保了网络连接的可靠性。为了推动LoRa的标准化,多家科技企业共同成立了LoRa联盟,目前LoRa设备和LoRaWan技术已经遍布全世界100多个国家。
2、LoRa的关键技术:扩频
LoRa技术之所以可以实现优秀的信号灵敏度,实现长距离通信,其使用的关键技术就是扩频!其调制技术对信号进行独有的频谱扩宽处理。
我们对比看一个传统低功耗的FSK频移键控信号,它的有用信号是承载在的一个比较窄的频段。经过信号的发射接收时,如果恰好有个脉冲式的干扰信号,强度比原始信号还要高,那么就把有用的信号淹没了,造成无法解调成功,通信失败。
而LoRa扩频技术是通过一个扩频因子,将原始信号调制到一个相对很宽的频带上发射出去。即使在接收过程中遇到了类似的尖峰脉冲噪声的干扰,它也只是干扰到很窄的一段载波,而在解调过程中,信号可以从其他未受干扰的载波频段恢复出来。而且从解调的过程来看,它正好是对尖峰干扰进行了一个扩频,使得它的幅度影响变得很低,从而可以正确的提取出有用信号。所以在等同的数据速率条件下,LoRa的扩频通信可以获得比传统调制方式更高的灵敏度。
LoRa网络拓扑一般由终端设备、网关设备、网络服务器、应用服务器等四部分组成。
3、多种低功耗广域网技术对比
下面是低功耗广域网主要几种技术的对比表格。其中NB-IoT(窄带物联网)与LoRa 都具有低功耗、长距离、低成本的特点。相比来说,LoRa具有更长的通信覆盖距离,可以达到15km, 也具备更长的电池寿命,当然,在传输带宽上它比NB-IoT要小很多。另外NB-IoT 使用授权频谱,也就是运营商网络,可以建立全国范围或大规模的服务网络。LoRa使用的是非授权频谱, 用户可以自行搭建网络,节省运营成本,但不容易进行大规模部署。
LoRa在技术方面有几个显著的优势:首先是通信距离更远,相比于433MHz的经典FSK调制,它的通信距离增加了3到5倍。原来433MHz无线产品难以覆盖的死角,LoRa可以完全覆盖;其次是超高的接收灵敏度,可以达到-148dBm。即使被噪声淹没也可以正确解调数据;而且它支持自动随机跳频通信,可以有效抵抗瞬间干扰,具有很强的抗干扰特性。
LoRa技术的理想应用场景包括:无线抄表:例如水表,电表,气表等;以及一些缓慢变化的物理量的低功耗传感器,如温度,水压等;以及无线报警器如烟雾探测,远程I/O控制等。
以上给大家简要介绍了LoRa协议是什么,LoRa技术的工作原理,与其他低功耗广域网技术的对比,以及常用的应用场景,希望对大家有所帮助~
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