LPWA物联网通信

物联网LPWA是物联网中的无线通信技术之一。

根据物联网无线通信技术的覆盖距离，大致可分为两类：一类是短距离通信技术，包括蓝牙(蓝牙)；NFC,Zigbee、WIFI、NFC，主要用于室内智能家庭、消费电子等场景；另一种是远程通讯技术，其中包括蜂窝通信技术2G/3G/4G/5G以及LoRa、Sigfox等技术，而eMTC和NB-IOT都属于蜂窝通信技术，也属于LPWA技术。

LPWA 是“Low Power Wide Area”的缩写，是能够以低功耗覆盖大范围的无线通信网络的统称。一般而言，其能够进行比无线LAN及Bluetooth更长距离（数km～数十km）的数据通信，并且具备功耗比手机的移动通信更低的优点。

 

我们首先要了解什么是低功耗广域网，它的英文全称为Low Power Wide Area Network（简写：LPWAN) ，即低功耗广域网络，是区别于我们日常所熟知的3-4-5G远距离通讯网络；它是一种远距离低功耗的无线通信网络技术，主要包含NB-IOT、LoRa、Sigfox、eMTC四种，其中NB-IOT、LoRa近年来备受市场的关注和追捧尤其是NB-IOT。

我们都知道物联网是万物互联，随着我们第6版互联网协议（IPv6）的诞生，支持2^128个网络地址，就意味着地球上每平方英寸可分配4.3×10^20网络地址，而这为每一个物联设备尤其是传感器都能分配一个网络地址扫除了障碍。

未来每一个设备都能够基于自己的网络地址实现“上网”、与其他设备“交流”，我们日常接触的3-4-5G，主要是用于人与人之间的网络通讯；而LPWAN存在的意义我们可以理解为，为设备之间的通讯打好通信网络基础，而且这种通讯技术具有网络覆盖范围广、终端功耗低等特点比较适合大规模的物联网应用部署。

说完LPWAN，开始来介绍其中的主角，NB-IOT。

NB-IOT全称之为Narrow Band-Internet of Things，窄带物联网；基于蜂窝网络，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，部署成本低；它的传输距离可达十几公里，每个网络单元可以支持接入50，000个设备终端。

速度方面，NB-IoT的频射网络带宽为200kHz。传输速率一般在160kbps-250kbps之间；又由于NB-IOT通讯结构及设备本身的数据接收及上报模式的设置等因素，NB-IOT通讯常会具有10s内的传输延时。

Cat.M1

Cat.M1是指使用LTE频段频率的蜂窝式通信方式，其主要优点在于上行1Mbps / 下行1Mbps ，相比其他LPWA通信方式能够实现高速通信。其传输距离为数km～十数km，能够覆盖较大范围。推进团体为由各国地区构成的标准化机构“3GPP (3rd Generation Partnership Project)”。Cat.M1能够使用需要执照的大型通信运营商的网络，因此相比非蜂窝式通信方式范围更广，且通信更稳定。但也存在“功耗大”、“成本高”的缺点。其对于数据传输量较大的情况而言是一种有效的通信方式。

NB-IoT

NB-IoT的“NB”是“Narrow Band”的简称，与Cat.M1一样，是由3GPP推进的需要执照的蜂窝式通信方式。由于使用部分LTE频段频率（窄频率），因此相比Cat.M1，该通信方式的成本更低，传输速度更慢。传输速度为上行约63kbps / 下行约27kbps，传输距离为数km～十数km。相比Cat.M1，其规格更偏向于IoT，虽然通信量较少，但在使用多个设备时有望降低成本。

NB-IoT网络通讯比较适合于终端较为分散、环境网络信号不好、没有稳定电源、传输速率要求相对较高、中&高频上行数据传输等情况。主要场景应用有，共享单车、智慧门锁、智慧路灯、智慧监控、水电抄表、智慧烟感等。

NB-IoT通讯技术，目前在能源电力行业应用的最为成熟，只要装一个具有NB-IoT通讯模块的水电表就能实现远程抄表，而且NB水电表通常都是通过电池来进行供电。一般来说，NB水、电表设备15分钟（可DIY）采集一次实时数据，既每天96个数据，数据可以通过既定的协议采取实时发送（比较耗电），也可以一天上报一次，几天上报一次都可以，只需要将采集好的数据打包好就行。

 

NB-IoT优点：

连接多：每个单元可以支持50，000个设备终端连接管理。信号好：NB-IoT比LTE提升20dB增益，相当于发射功率提升了100倍，即覆盖能力提升了100倍，即使将水表埋在人孔的复盖下，NB-IoT也不会影响信号的收发。不需要网关组网：成本低、组网运行更灵活、简单。低功耗：待机可用10年。

NB-IoT缺点：

高密度网络不适合使用中央管理模式，一个单元可以支持100，000个NB-IoT终端访问，轮训增加系统负担。模块成本高：相较而言，NB-IoT模块比ZigBee、lora等芯片NB-IoT更贵。

Sigfox

Sigfox是指由法国“SIGFOX”推进的非蜂窝式LPWA通信方式。日本使用的是920MHz的频段。虽然传输速度较慢，上行100bps / 下行600bps，但传输距离能够覆盖数km～数十km的超大范围，且成本、功耗低。上行数据量1次发送为12字节，通信次数限制在1天最多140次，因此适用于智能仪表等的通信量、通信次数较少的IoT。虽然属于基站安装无需执照的免许可频段，但实际安装基站的是一个国家只有一家SIGFOX网络运营商，日本由京瓷通信系统公司（KCCS）负责安装基站，提供通信服务。

LoRa

LoRa是规定了由Semtech公司开发的LPWA物理层的标准，其名称来源于Long Range。该方式在日本的频段为920MHz。传输速度较慢，为上行0.3kbps / 下行50kbps，但通信速度比Sigfox更快。传输距离为数km～十数km，可以低成本、低功耗进行使用。在无需执照的免许可频段，相比SIGFOX必须使用SIGFOX网络运营商提供的基础设施，其能够在自营基站安装使用。LoRa中只规定了物理层，因此LoRa基站与LoRa设备通信为各公司独立实现，相互之间无兼容性。

LoRaWAN

LoRa只规定了物理层，而LoRaWAN是LoRa联盟规定的无线通信网络标准。由于规定为无线通信网络，因此各公司的LoRaWAN基站与LoRaWAN设备可相互通信。除了安装和使用自营基站外，还可以使用运营商安装的LoRaWAN基站。使用运营商安装的LoRaWAN基站时需要与运营商签订使用合同。