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用LoRa “救命” :长距离、低功耗的无线传输魔力在哪里?

作者:智汉科技 日期:2021-07-01 09:20:39 点击数:878

[导读]射频技术赋能万物可跟踪和管理的特性,而好的通信技术还能“救命”。据了解,自2017年开始,Everynet已连续四年都利用LoRaWAN技术来监测和确保参加意大利Tor des Géants超级马拉松赛的运动员们的安全,并且拥有多个实际的营救案例。

LoRa作为一种低功率、长距离、经济实惠、简单高效的无线数字通信技术被人所熟知,被广泛用于全球智能抄表应用和军事空间通信领域。


在物联网急速发展的现今,LoRa也逐渐成为长距离无线射频通信的首选。LoRa技术的应用已扩展到更多的垂直市场中,包括智能公用事业、智能供应链和物流、智能家居和楼宇、智慧农业、智慧健康和医疗、智能工业控制、智慧社区和智能环境


射频技术赋能万物可跟踪和管理的特性,而好的通信技术还能“救命”。据了解,自2017年开始,Everynet已连续四年都利用LoRaWAN技术来监测和确保参加意大利Tor des Géants超级马拉松赛的运动员们的安全,并且拥有多个实际的营救案例。


LoRa是怎么成为超级马拉松的“御用”解决方案的?Semtech市场战略总监甘泉为记者解答了相关问题。


LoRa是什么?


LoRa究竟是什么?甘泉为记者介绍,LoRa 是一个物理层的无线数字通信调制技术,称为扩频连续调频调制技术(Chirp Modulation)。常见的无线数字通信调制技术为FSK、ASK、PSK三种,运营商的NB-IoT、4G、5G 以及 Wi-Fi、蓝牙等几乎所有常见数字无线通信技术的物理层都是采用 FSK、ASK、PSK 这三种调制技术进行通信的。


LoRa 只是一个物理层的调制技术,现在市面上的所有 LoRa 芯片,也只是完成简单的物理层工作。而市场上 Wi-Fi、2G、3G、NB-IoT 等其他芯片,都是带有自身协议栈的。


值得注意的是,LoRa是一种扩频调制技术,能够很好地平衡速率和灵敏度。其灵敏度更接近香农极限定理,打破了传统FSK窄带系统的实施极限。

用LoRa “救命” :长距离、低功耗的无线传输魔力在哪里?(图1)

LoRa的优势多多,是一种迅速增长的无线射频技术,截至 2020 年 1 月,LoRa 的连接节点超过了 1.45亿个。从 LoRa 联盟的会员数量可以看出从事 LoRa 产品开发的公司数量也在迅速增长。LoRa 联盟现有约 500 个会员,其中许多来自中国,例如阿里巴巴和腾讯。



LoRa的优势不容小觑


根据甘泉的介绍,LoRa的具体优势包括:


1、远距离:由于LoRa采用了扩频技术,且敏度更接近香农极限定理,降低了信噪比要求,传播距离更长,即使是50Km也没有问题。

LoRa能够依靠扩频获取处理增益,不依赖于窄带、重传,不依赖编码冗余,效率高。另外,LoRa上下行可使用下同的带宽和速率,网关和节点灵敏度均可达到-140dBm(300bps),下行不依靠基站的大功率,既适合于免授权的ISM频段,也适合于授权频段。

用LoRa “救命” :长距离、低功耗的无线传输魔力在哪里?(图2)

2、抗干扰能力:在所有的物联网通信技术中,LoRa技术可在噪声下20dB解调,而其它的物联网通信技术必须高于噪声一定强度才能实现解调。



其它物联网通信技术的波形可以被频谱仪等设备抓取。同样,这些通信数据也可能被干扰或伪造。而LoRa技术具有较好的隐蔽性和抗干扰特性,具有较强的物理层安全特性。

用LoRa “救命” :长距离、低功耗的无线传输魔力在哪里?(图3)

3、低功耗:实际上,功耗一直以来是无线通信技术最大的竞争点,这是因为大多数远距离接入场景大多都需要电池供电,电池的寿命直接影响了用户体验。


用LoRa “救命” :长距离、低功耗的无线传输魔力在哪里?(图4)

根据介绍,LoRaWan在睡眠状态电流甚至低于1μA,发射17dBm信号时电流仅为45mA,接受信号时电流仅为5mA。



通过对比NB-IoT,LoRa拥有更简化的结构。而在运动手环应用上,LoRa可以工作超过2周时长。




4、易于部署:根据介绍,LoRa不仅能够根据应用需要规划和部署网络,还能根据现场环境,针对终端位置合理部署基站。LoRa的网络扩展十分简单,也可根据节点规模的变化随时对覆盖进行增强或扩展。LoRa拥有从物理层、网络层到应用层的三重安全性,因此满足各种数据私密性要求。

特别需要强调的是,LoRa还拥有很高的投资回报,这是因为其本身的长寿命、低功耗和低成本。

用LoRa “救命” :长距离、低功耗的无线传输魔力在哪里?(图5)





LoRa的优势适用于室外超级马拉松应用


根据介绍,Everynet开发的基于LoRaWAN标准的应用程序,可在数百公里内实时追踪大约900名参赛者,为赛事工作人员提供准确的数据,以防止参赛者受伤和迷路。


需要强调的是,从2017年开始,Everynet已连续四年都利用LoRaWAN技术来监测和确保参加Tor des Géants超级马拉松赛的运动员们的安全。Tor des Géants超级马拉松赛是世界上最具挑战性的赛事之一,参赛者要在150个小时以内的时间里跑完330公里的路程,其中海拔高度有变化的路段超过24000米,参赛者要每天24小时在其中连续跑几天,每次间隙休息最多只有20分钟。


由于为每位参赛者都配备了一个基于LoRaWAN技术的传感器,所以即使在蜂窝网络无法接入或无法覆盖的地方,也能持续监测运动员的位置,并且能在危险情况下发送报警信号。甘泉强调,目前该方案已有成功的营救案例。


LoRaWAN的马拉松应用网络连接方案的优势刚好对应了上述LoRa的优势:


1、远距离:得益于LoRa的远距离传输特性,覆盖范围更广。可以使用少量网关实现对整个赛事区域的无死角覆盖。由于比赛区域缺乏运营商的网络覆盖,使用LoRa覆盖是最佳选择。


2、抗干扰:具有超强的抗噪特性,保证运动员的数据可以稳定上传


3、低功耗:运动员使用的手环、报警器或追踪器的无线连接功耗非常低,可以保证超长的待机时间。


4、易于部署:由于LoRa在国内工作于ISM频段,且LoRaWAN网关协议为网关协作,其部署简单,成本很低,而且可以根据需求进行部署。


根据介绍,野外超级马拉松现场许多区域都没有蜂窝信号,需要架设一个LoRa®网关,一般架设在较高处且不能有遮挡,由于LoRa网关的功耗非常低,一般小于5瓦,因此一块蓄电池可以支持几十天,足够完成整个马拉松比赛。马拉松项目管理组可以通过有线或无线的方式将LoRa网关与本地应用服务器连接。


LoRa网关可以无死角的覆盖整个马拉松的场地,运动员的手环带有gps定位和心跳报警等功能,可以实时与LoRa网关进行通信,讲运动员的位置信息和身体状态信息及时的传达的项目管理组的平台上。


中国运营的LoRa网络极为可靠和稳定


提到LoRa,就不得不提到Semtech。作为LoRa技术的发明者,60年来一直处于领导地位。据甘泉介绍,目前Semtech LoRa产品线拥有:


• LoRa芯片产品组合:包括不断创新演进的、可满足更多应用需求的、高性能的LoRa芯片系列;


• LoRa Edge:产品组合是一个基于LoRa的低功耗平台,可以软件设置定义。该产品系列的第一款产品为LR1110,在2020年推出,其特色是低功耗Wi-Fi和GNSS扫描功能;


• LoRa Basics组件和开发人员资源:通过提供开发人员资源和培训,使LoRa更易于被开发人员了解和入手使用;


• LoRa Cloud云服务:简便易用的云服务,它采用复杂的解决方案组件并将其转换为API调用;


• LoRa Source硬件加速器:包括一系列即刻可投入生产的硬件加速器,缩短开发时间和降低抽象复杂性;


• LoRa 2.4GHz:LoRa 2.4GHz 收发器。

用LoRa “救命” :长距离、低功耗的无线传输魔力在哪里?(图6)

此前,Semtech曾表示,作为一家全球性的半导体公司,分布在世界各地的资源将保障芯片的供应。Semtech的产品研发和知识产权主要在瑞士,还有一些在法国、加拿大,有着通畅的渠道和充足的货源供应。


需要强调的是,在中国使用的LoRa芯片是在瑞士研发和供应,此外,已经在欧洲和中国授权了两家芯片技术合作伙伴来生产LoRa芯片产品,这使得LoRa芯片供应实现了多元化,在中国运营的LoRa网络可得到极为可靠和稳定的芯片保证。


展望2021和未来,Semtech将继续通过自己的不断创新来支持中国伙伴和客户在其应用领域开发世界级的创新,从而取得共同的成功。随着中国“新基建”部署的落实,可以支持其中主要应用的LoRa将在中国市场继续保持稳健的增长。


本文转自21ic.com



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