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低功耗广域LoRa技术分析与应用建议-电信技术
doi:10.3969/j.issn.1000-1247.2016.05.010
低功耗广域LoRa技术分析与应用建议
刘 琛 邵 震 夏莹莹
中国电信股份有限公司上海研究院
首先介绍LoRa的技术特点,包括物理层和MAC层实现方式、技术特点如何匹配LPWA实际应用需求,并通过仿
摘要 真和测试对LoRa技术的关键性能进行分析评估,最终对LoRa的公共网络部署的核心问题,如网络服务器开发、
国内频率使用及运营模式和承载业务等提出相应建议。
关键词 LoRa LPWA IoT 应用
引言 护带,则至少需要2Mbit/s系统带宽。每个信道支持6种扩频
LoRa是由Semtech公司提供的超长距离、低功耗的物联 因子 SF7~12,扩频因子加1则增加2.5dB的接收机灵敏度。
网解决方案。Semtech公司和多家业界领先的企业,如Cisco、 终端采用随机信道选择方式进行干扰规避。每次终端在
IBM及Microchip发起建立了LoRa(Long Range,广距)联 进行上行数据发送或者数据重发时,都会在8个信道中随机
盟,致力于推广其联盟标准LoRaWAN技术,以满足各种需要 选择一个信道进行接入。终端和网关的通信可选用不同的速
广域覆盖和低功耗的M2M设备应用要求。LoRaWAN目前已 率即不同的SF,速率的选择需要权衡通信距离或信号强度、
有成员150多家,也有数家中国公司参与其中,并且在欧洲数 消息发送时间等因素,使得终端获取最大的电池寿命并使网
个国家进行了商业部署,国内也开始有了应用。 关容量最大化。当链路环境好的时候,可以使用较低的扩频
因子即较大的数据速率,而当终端远离网关、链路环境较差
LoRa技术特点 时,可以增大扩频因子以获取更高的灵敏度,但同时数据速
LoRa的物理层和MAC层设计充分体现其对IoT业务需 率会降低。对于125kbit/s固定带宽的信道而言,数据速率从
求的考虑。LoRa物理层利用扩频技术可以提高接收机灵敏 250bit/s到5kbit/s,可以在一个相当大的范围内进行选择。
度,同时终端可以工作于不同的工作模式以满足不同应用的
省电需求。 2.2 终端工作模式
LoRa的网络架构和协议栈如图1所示,网络架构中包括 LoRa设计终端有三种不同的模式,即Class A、B和C,
终端、网关、网络服务器和业务服务器等。其中终端节点包 但一个时间内终端只能工作于一个模式,每种模式可由软件
括物理层、MAC层和应用层的实现;网关完成空口物理层 进行加载。不同的模式适用于不同的业务模型和省电模式,
的处理;而网络服务器负责进行MAC层处理,包括自适应 目前广泛使用的为Class A类工作模式,以适应IoT应用的省
速率选择、网关管理和选择、MAC层模式加载等。应用服 电需求。
务器从网络服务器获取应用数据,进行应用状态展示、即时 Class A(双向终端设备):A类终端设备提供双向通
告警等。MAC层可遵循联盟标准的LoRaWAN协议,也可以 信,但不能进行主动的下行发送。每个终端的发送过程会跟
遵循各厂商制定的MAC协议。 随两次很短的下行接收窗口,如图2所示。下行发送时隙是根
据终端需要和很小的随机量决定的,因此A类终端最省电。
2.1 LoRa物理层和MAC层设计 Class B(支持下行时隙调度的双向终端):B
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