低功耗广域LoRa技术分析与应用建议-电信技术.PDF

doi:10.3969/j.issn.1000-1247.2016.05.010 低功耗广域LoRa技术分析与应用建议 刘　琛　邵　震　夏莹莹 中国电信股份有限公司上海研究院 首先介绍LoRa的技术特点，包括物理层和MAC层实现方式、技术特点如何匹配LPWA实际应用需求，并通过仿 摘要 真和测试对LoRa技术的关键性能进行分析评估，最终对LoRa的公共网络部署的核心问题，如网络服务器开发、 国内频率使用及运营模式和承载业务等提出相应建议。 关键词 LoRa LPWA IoT 应用 引言 护带，则至少需要2Mbit/s系统带宽。每个信道支持6种扩频 LoRa是由Semtech公司提供的超长距离、低功耗的物联 因子 SF7～12，扩频因子加1则增加2.5dB的接收机灵敏度。 网解决方案。Semtech公司和多家业界领先的企业，如Cisco、 终端采用随机信道选择方式进行干扰规避。每次终端在 IBM及Microchip发起建立了LoRa（Long Range，广距）联 进行上行数据发送或者数据重发时，都会在8个信道中随机 盟，致力于推广其联盟标准LoRaWAN技术，以满足各种需要 选择一个信道进行接入。终端和网关的通信可选用不同的速 广域覆盖和低功耗的M2M设备应用要求。LoRaWAN目前已 率即不同的SF，速率的选择需要权衡通信距离或信号强度、 有成员150多家，也有数家中国公司参与其中，并且在欧洲数 消息发送时间等因素，使得终端获取最大的电池寿命并使网 个国家进行了商业部署，国内也开始有了应用。 关容量最大化。当链路环境好的时候，可以使用较低的扩频 因子即较大的数据速率，而当终端远离网关、链路环境较差 LoRa技术特点 时，可以增大扩频因子以获取更高的灵敏度，但同时数据速 LoRa的物理层和MAC层设计充分体现其对IoT业务需 率会降低。对于125kbit/s固定带宽的信道而言，数据速率从 求的考虑。LoRa物理层利用扩频技术可以提高接收机灵敏 250bit/s到5kbit/s，可以在一个相当大的范围内进行选择。 度，同时终端可以工作于不同的工作模式以满足不同应用的 省电需求。 2.2 终端工作模式 LoRa的网络架构和协议栈如图1所示，网络架构中包括 LoRa设计终端有三种不同的模式，即Class A、B和C， 终端、网关、网络服务器和业务服务器等。其中终端节点包 但一个时间内终端只能工作于一个模式，每种模式可由软件 括物理层、MAC层和应用层的实现；网关完成空口物理层 进行加载。不同的模式适用于不同的业务模型和省电模式， 的处理；而网络服务器负责进行MAC层处理，包括自适应 目前广泛使用的为Class A类工作模式，以适应IoT应用的省 速率选择、网关管理和选择、MAC层模式加载等。应用服 电需求。 务器从网络服务器获取应用数据，进行应用状态展示、即时 Class A（双向终端设备）：A类终端设备提供双向通 告警等。MAC层可遵循联盟标准的LoRaWAN协议，也可以 信，但不能进行主动的下行发送。每个终端的发送过程会跟 遵循各厂商制定的MAC协议。 随两次很短的下行接收窗口，如图2所示。下行发送时隙是根 据终端需要和很小的随机量决定的，因此A类终端最省电。 2.1 LoRa物理层和MAC层设计 Class B（支持下行时隙调度的双向终端）：B