LoRa技术发展

简介：

LoＲa 器件和无线射频技术是一种近几年被广泛采用的远距离、低功耗物联网解决方案，该技术支持电信公司、物联 网应用开发商和系统集成商在全球部署低成本且互通的物联网网络、网关、传感器、模组产品和物联网服务，并提供了所 需的功能组合。本文从 LoＲa 技术原理开始，描述了技术概念和总结了其技术特点，并介绍现阶段 LoＲa 技术在多个领域 的应用方式，以及此项技术近几年在国内外的发展过程。

英文：

LoＲa devices and radio frequency technology are long － range，low － power Internet of Things( “IoT”) solutions that have been widely adopted in recent years． This technology enables telecom companies，IoT application developers and system integrators to deploy low － cost and globally interoperable IoT networks，gateways，sensors，module products，and IoT services，and provide the required combination of features． This paper begins with the principles of LoＲa technology，describes the technical concepts and summarizes its technical characteristics，and introduces the application of LoＲa technology in many fields at the present stage，as well as the development process of this technology in China and abroad in recent years．

LoRa技术原理

1.1 LoＲa 技术概念

物联网应用中的无线技术有多种，从传输距离 上可划分成两类，一类是短距离通信技术，包括 ZigBee、Wi － Fi、Bluetooth 等; 另一类是长距离无线通信 技术，包含无线广域网( Wireless Wide － Area Networks，WWAN) 和低功耗广域网( Low － Power Wide － Area Networks，LPWAN) 等。低功耗广域网技术 是近年国际上一种革命性的物联网接入技术，LoＲa 便属于此技术领域。

LoＲa 基于线性调频扩频调制，保持与 FSK 调制 相同的低功率特性并显著增加了通信距离，改变了 以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户 提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。LoＲa 主要在全球免费 频段运行( 即非授权频段) ，包括 433、868、915 MHz 等。LoＲa 网络主要由终端( 内置 LoＲa 模块) 、网关 ( 或称基站) 、应用服务器和云存储几部分组成，应用 数据可双向传输。

LoＲaWAN( LoＲa Wide － Area Networks) 定义了 通信协议和系统架构，规定使用 LoＲa 技术的端到端 标准规范，包括物联网市场安全、能源效率、漫游和 配置入网( on － boarding) 等，为 LoＲa 联盟成员的 规范。

1.2LoＲa 技术特点 

( 1) 通讯范围大 LoＲa 的优势在于该技术的长距离通信能力，其 是基于线性调频扩频调制，它保持了像 FSK 调制相 同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离，其高达157 db 的链路预算使其通信距离可达 15 km，单个 网关或基站可以覆盖整数百平方公里( 覆盖范围在 很大程度上取决于周边环境或障碍物) 。在比利时 部署的 Proximus 网络，只用极少量的基础设施，便覆 盖整个国家的大部分地区。

( 2) 低功耗/电池寿命长 LoＲa 是低功耗广域网通信技术中的一种，是物 理层或无线调制用于建立长距离通信链路。其接收 电流仅 10 mA，睡眠电流 200 nA，这大大延长了电池 的使用寿命。许多传统的无线系统使用频移键控 ( FSK) 调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗 的非常有效的调制。LoＲaWAN 网络中的节点是异 步的，并且无论是事件驱动还是调度都是在数据准 备好发送时进行通信。在 GSMA 最近对 LPWAN 领 域的各种技术进行的研究和比较中，与所有其他技 术选项相比，LoＲaWAN 在功耗表现上显示出 3 ～ 5 倍的优势。

（3) 抗干扰性强 LoＲa 技术本身拥有超高的接收灵敏度( ＲSSI) 和超强信噪比( SNＲ) ，使用跳频技术，通过伪随机码 序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频 谱，防止定频干扰。不同扩频序列的终端即使使用 相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基 础上研发的集中器/网关( Concentrator/Gateway) 能 够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系 统容量。

容量。 

( 4) 网络容量大 为了使远程星形网络可用，网关必须具有非常 高的容量或能力来接收来自大量节点的消息，基于 LoＲa 的大容量基站每天可支持数百万条的消息，而 单个基站可支持数千台设备。高 网 络 容 量 在 LoＲaWAN 网络是在网关通过利用自适应数据率和 使用多信道多调制解调器收发器实现，同时可在多 个渠道收到消息。

( 5) 成本低 免牌照的频段、基础设施成本低、节点/终端成 本低的特性，使 LoＲa 和 LoＲaWAN 的链路花费要少 于任何其他标准化通信技术。线性扩频已在军事和 空间通信领域使用了数十年，因为其可以实现长通 信距离和干扰的鲁棒性，而 LoＲa 是第一个用于商业 用途的低成本实现。

（6) 网络安全性高 对于任何 LPWAN 来说安全性都是非常重要 的。LoＲaWAN 可很好的保护数据和隐私，它是市场 上 LPWAN 领域最安全的解决方案，128AES 加密从 传感器到应用服务器和后台的所有数据都在多个级 别上进行加密。 LoＲaWAN 使用了两层安全性: 一层用于网络， 另一层用于应用程序。网络安全保证了网络中节点 的真实性，而安全应用层保证了网络操作员无法访 问终端用户的应用数据。AES 加密与密钥交换一起 使用，使用的是 IEEE EUI64 标识符。

( 7) 技术生态体系完善 LoＲaWAN 拥有多种商业模式、合理竞争和多样 化生态体系、具备行业领导者等极大的促进了其扩 展规模和快速实施。同时，LoＲa 采用开放的标准和 专有技术也是其被认可和广泛部署能的保证。各种 网络组件的选择，网关、终端设备、云网络服务器与 芯片、开发工具包和最终产品来自许多不同的供应 商，可为运营商或最终用户提供不同解决方案。

关键词：lora