低功耗广域网:关键特性

参考:《从创意到原型:物联网应用快速开发》 董玮 高艺 编著

介绍详细,适合初学无线网络和物联网的童鞋

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低功耗广域网(LPWAN)

一.分类

工作在授权频段的技术:NB-IoT、EC-GSM

工作在非授权频段的技术:Lora、SigFox

二. 关键特性

1. 通信距离长

LPWAN使用单跳实现了长距离,有4种关键技术实现长距离:

① 增加功率谱密度:功率谱密度(单位频带内的信号功率,PSD,功率/带宽)。PSD越大,说明单位频谱上发送信号强度越大,抗干扰的能力也越大。

② 重传:通过重传,提高数据解码成功率。

③ 多接收天线:1根发射天线,m根接收先天比1根发射天线,1根接收天线有10×lgm的增益。

④ 扩频:通过增加数据或带宽的冗余来提升抗干扰能力。扩频技术有DSSS(直接序列扩频)、CSS(线性频变扩频)、FHSS(调频扩频)。

2. 低功耗

每种LPWAN协议都有自己的节能机制,实现低功耗的目的。

① NB-IoT:PSM机制(周期性醒睡)、eDRX机制(长寻呼周期)。

② LoRaWAN:低功耗MAC协议(特指Class A、Class B)。

  • Class A:UE初始化通信模式,UE(User equipment)可以主动向基站发送数据,基站必须接收到UE的数据包时才发送下行数据。
  • Class B:UE开启已同步的监听窗口,基站可以直接发送下行数据,无须等待UE发送的上行数据。
  • Class C:节点持续监听信道。

3. 低数据率

使用数据传输不敏感的场景。实际,NB-IoT上行数据率62.5Kb/s,下行数据率27.2Kb/s,LoRaWAN上下行数据率54.7b/s。

4. 频段的分配使用

不同技术使用了不同频段(授权与非授权)。

LoRaWAN:使用非授权频段。中国LoRaWAN上行使用频段为470.3~489.3MHz(共30个不连续信道,上行一共96个信道,LoRaWAN使用其中30个),下行为500.3MHz~509.7MHz(48个连续信道),信道带宽为200KHz。LoRa调制使用带宽为125KHz,因此存在保护带。

NB-IoT:使用授权频段,占用带宽200KHz,其中传输带宽为180KHz。NB-IoT有3中频段部署方式:独立部署(使用LTE未使用的200KHz带宽)、保护带部署(利用LTE边缘保护频带中未使用的200KHz带宽)、带内部署(占用LTE的一个资源块)。

5. 基站部署

LPWAN主要有两种基站部署方式:复用现有基站(NB-IoT复用LTE);自行搭建基站(LoRaWAN)。

6. 非技术特性

① 协议开放性。NB-IoT闭源,LoRaWAN开源。

② 低成本。NB-IoT复用现有设备,所以成本较低。

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