作者 | 沈建華、冷詠雪

根據知名物聯網分析機構IoT Analytics預測，到2025年，物聯網連接數將達到非物聯網連接數的3倍。低功耗廣域網(LPWAN)作為物聯網連接的核心基礎設施，其業務特點是發送數據極小，并且為了維持電池供電設備的長時間工作，發送周期被設定得很長。從技術特點上來說，低功耗廣域網具備三個優勢：低功耗、遠距離、大連接。

當前主流的物聯網技術，按頻譜使用分類，可分為授權頻譜技術和非授權頻譜技術。授權頻譜主要是由電信運營商主導，例如NB-IoT、LTE-M；而非授權頻譜技術則由于其部署成本低、運營難度低、實施靈活等特點，應用非常廣泛。

當前主流的非授權頻譜技術有LoRa、Sigfox、Weightless、NB-Fi等。這些技術中有的采用傳統調制、解調技術，例如BPSK，FSK，以及根據業務場景研發的MAC層技術；有的則是從物理層的調制、解調技術上實現突破，提升接收靈敏度，增大鏈路預算，例如LoRa。從物理層入手的優勢在于從源頭就能提升信號覆蓋，降低部署成本。

如何提高接收靈敏度？

當前主要的處理方式，下文將簡要分析

一是采用擴頻技術，利用擴頻增益改善設備接收靈敏度。例如采用Chirp擴頻的LoRa、DSSS擴頻的RPMA等技術。二是降低接收信號帶寬，減小帶內噪聲功率，改善設備靈敏度，例如Sigfox。

還有一種技術，我們稱之為擴時或者重傳技術。目前，NB-IoT采用的就是這種方案，NB-IoT通過同一數據塊的重復傳輸，降低單位時間內的實際傳輸速率，從而改善接收靈敏度。

上文提到的3種方式中，部分技術通過一味降低傳輸速率改善靈敏度，但真的有意義嗎？筆者認為，答案是否定的，實際業務場景中極少有幾個bit的傳輸需求。而在僅有的極窄帶和擴頻技術中，擴頻具有如下優勢：

1)?相對于極窄帶體制，擴頻體制能夠檢測到小于噪聲功率的信號；

2)?相對于極窄帶體制，擴頻體制對干擾，噪聲，阻塞有更好的抑制能力；

3)?相對于極窄帶體制，擴頻體制具有更好抗多徑能力；

4)?相對于極窄帶體制，擴頻體制容許不同的擴頻因子存在于同一信道，提升信道容量。

當前，Semtech的LoRa技術申請了近30多篇發明專利，幾乎形成了完整的技術保護墻，在保證性能的情況下，突破其專利壁壘已十分艱難。而升哲科技的SWIC(SENSORO Wide Coverage)技術現已申請國內發明專利23篇、國際PCT 5篇，已授權專利6篇。目前，中國僅有升哲科技一家公司開發的低功耗物聯網技術性能可替代LoRa，實現國產、自主、可控，真正突破了Semtech的專利封鎖，實現了優異性能的同時，還降低了芯片實現過程中乘法器的需求，從而降低成本。

解調門限對比如下：

C/SF	5	6	7	8	9	10	11	12
LoRa	-2.5dB	-5dB	-7.5dB	-10dB	-12.5dB	-15dB	-17.5dB	-20dB
SWIC	-2.5dB	-5dB	-7.5dB	-10dB	-12.5dB	-15dB	-17.5dB	-21dB

注：C – SWIC碼域因子，SF – LoRa擴頻因子

與LoRa相比，SWIC技術具有如下優點：

1)?比特傳輸速率和頻譜利用率上更好，對比如下表：

BW (kHz)	C/SF	LoRa		SWIC
		Rb (kbps)	?b(bps/Hz)	Rb (kbps)	?b(kbps)
125	5	15.625	0.125	25	0.2
125	12	0.293	0.0023	0.3662	0.0029
500	5	62.5	0.125	100	0.2
500	12	1.1719	0.0023	1.4648	0.0029

2)?支持分集合并

支持雙天線分集合并，可得到2.6dB的增益，進一步提升覆蓋距離。

3)?頻率偏移和定時偏差容忍度要求低

頻率偏移范圍是[-0.25B,0.25B]，定時偏差容忍度是30ppm，有利于終端低成本設計。

4)?網絡系統容量和網絡間隔離度更高

多樣性的索引資源，可有效增加網絡的系統容量和網絡間的隔離度。

低功耗廣域網在智慧城市的建設中，到底能起到什么作用？

當前智慧城市的建設一直在全國各地進行，不斷提高城市的智能化水平，而物聯網技術的應用正可以解決城市中水、電、氣、消防、管廊、橋隧、洪澇、地災等各要素數據采集、傳輸、匯總的難題，采集匯總的數據可以進一步供系統平臺分析，從而輔助后端決策。

例如，近期在遼寧連續發生燃氣爆炸事件，如果能盡早安裝相關傳感器，即可及早發現隱患，聯動處置，避免事故發生。

隨著社會老齡化的加劇，政府鼓勵居家養老政策實施等多重因素之下，通過物聯網手段實時監測老人生理狀態、空間活動、生活用水、用電情況等，有助于基層網格員、社區工作者隨時隨地掌握老人情況，老人的居家養老生活也多了一份科技的保障。

此外，對于危害較大的城市內澇現象，如果能及早部署感知設備，聯動市政、應急等救援力量，精準處置，可大幅減少次生災害的發生，從而降低居民人身財產損失。

從綜合業務場景需求出發，明確數據結構定義，充分利用授權頻譜技術和非授權頻譜技術，形成優勢互補，助力城市治理，將會對智慧城市的建設產生積極影響。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的浅析低功耗广域网及在智慧城市中的应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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