【分享】LoRa为什么这么“神”？
认识lpwan技术
第一期：lora
低功耗广域网（low power wide area network(简称lpwan) ，即低功耗广域网络，主要用于设备之间的通讯，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。具体包含nb-iot、lora、sigfox、emtc四种，其中nb-iot、lora近年来广受追捧。
本期我们就来认识应用较多的技术——lora。（下期将介绍nb-iot）
lora是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，其实也是诸多lpwan通信技术中的一种， 最早由美国semtech公司采用和推广。这一方案为用户提供了一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。目前，lora 主要在ism频段运行，主要包括433、868、915 mhz等。作为低功耗广域网通信技术的一种，在同一功耗下lora无线传输技术有着通信射频距离更强、传输距离更远的优势，通信距离是传统无线技术的3-5倍。
semtech公司基于lora技术开发出一整套lora通信芯片解决方案，包括用于网关和终端上不同款的lora芯片。为了促进其他公司共同参与到lora生态中，2015年3月，semtech联合actility、cisco和ibm等多家厂商共同发起创立了lora联盟，并推出不断迭代的lorawan规范，催生出一个由全球数近千家厂商支持的广域组网标准体系，从而形成广泛的产业生态。
lora联盟
具有代表性的扩频方式主要有两种：直接序列扩频与跳频扩频。lora技术就是一种基于直序扩频的调制方式。直接序列扩频（dsss）简称直扩方式（ds方式），是目前应用较广的一种扩频方式。
lora基本技术指标：
传输距离：城镇可达2~5km，郊区可达15km。
工作频率：ism频段包括433mhz、470mhz、868mhz、915mhz等。
标准：ieee 802.15.4g、lorawan。
基于扩频技术，css的一个变种，具有前向纠错（forward error correction, fec）能力，属于semtech公司私有专利技术。
容量：一个lora网关可以连接上千上万个lora节点。
电池寿命：长达10年。
安全：aes128加密。
传输速率：18b/s~ 62.5kb/s。
lora具有以下优势特点：
01
低功耗
lora的应用一般都是物联网设备，通常都是使用电池供电，并且使用时间也是几年以上，这就要求lora要具有极低的功耗。lora低功耗的实现主要由两方面决定：一方面是芯片需要具有低功耗；另一方面是软件通信协议也需要具有低功耗。
首先在硬件上lora的功耗很低，如sx126x系列热启动休眠sleep模式电流仅为1.2ua，125khz下接收电流为4.6ma，17dbm功率发送电流只有58ma。
其次在软件通信协议方面，lora并没有像其他无线技术那样有着复杂的通信协议，数据包十分的简单，无需发送大量的握手数据。为了达到省电的目的，业界广泛应用周期侦听（wake on radio，wor）方式，如图所示：
芯片周期性地进入接收（rx）模式以侦听有没有唤醒前导码，其他时间处于休眠（sleep）模式。wor接收电流如下图所示，其大部分时间处于休眠模式，只有少部分时间被唤醒处于接收模式，所以其整体功耗很低。如亿佰特的e22、e32模块都具有wor功能，能很好的做到低功耗需求。
02
远距离
在无线通信中，衡量通信距离的标准是链路预算，链路预算等于发射功率减去灵敏度。灵敏度是负数，灵敏度越高负得越多，所以提高链路预算的方法是增大发射功率和提高灵敏度。但是发射功率在各个国家和地区都有着严格要求，所以提高通信距离的方法只有提高灵敏度了。而lora在bw=125khz，sf=7的时候灵敏度就已经达到了-123dbm；在bw=7.81khz，sf=12的时候灵敏度到了-149.1dbm。而蓝牙的灵敏度在-90dbm左右，zigbee在-85dbm左右，所以lora的传输距离相比其他无线通信技术要远很多。但lora是使用带宽换取灵敏度，会导致发送速率很慢，所以lora适用于长距离、低速率、小数据量的应用。
03
抗干扰
lora能够实现远距离传输，除了灵敏度优势外，还有一个非常重要的因素是超强的抗干扰能力。
在低于噪声20db下lora依然可以通信，这是现有传统通信技术都不具备的。如下图：
lora可以在噪声之下20db正常解调信号，而 fsk理论上需要在噪声之上8db才能保证解调。当通信过程中遇到外界电磁信号干扰时，lora 可以继续稳定通信，而传统的无线技术则无法通信。所以在一些信道干扰比较严重的区域，客户都会选择lora技术作为稳定通信的核心技术。 lora调制之所以有这么强的抗干扰能力，主要是因为chirp调试在相干解调的时候可以把在噪声之下有用的lora信号聚集在一起，而噪声在相干解调后还是噪声。
2022年，全球已部署超650万个基于lora的网关，超2.8亿个基于lora的终端节点，lorawan公共网络运营商达170余家且还在持续增加。据abi research预计，到2026年，lora将占据全球非蜂窝低功耗广域网连接超过50%的份额。国内lora产业链企业数量已达3000多家，且还在快速增长。中国市场是lora全球生态建设中极为重要的部分。
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本期我们就来认识应用较多的技术——lora。（下期将介绍nb-iot）
lora是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，其实也是诸多lpwan通信技术中的一种， 最早由美国semtech公司采用和推广。这一方案为用户提供了一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。目前，lora 主要在ism频段运行，主要包括433、868、915 mhz等。作为低功耗广域网通信技术的一种，在同一功耗下lora无线传输技术有着通信射频距离更强、传输距离更远的优势，通信距离是传统无线技术的3-5倍。
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具有代表性的扩频方式主要有两种：直接序列扩频与跳频扩频。lora技术就是一种基于直序扩频的调制方式。直接序列扩频（dsss）简称直扩方式（ds方式），是目前应用较广的一种扩频方式。
lora基本技术指标：
传输距离：城镇可达2~5km，郊区可达15km。
工作频率：ism频段包括433mhz、470mhz、868mhz、915mhz等。
标准：ieee 802.15.4g、lorawan。
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容量：一个lora网关可以连接上千上万个lora节点。
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01
低功耗
lora的应用一般都是物联网设备，通常都是使用电池供电，并且使用时间也是几年以上，这就要求lora要具有极低的功耗。lora低功耗的实现主要由两方面决定：一方面是芯片需要具有低功耗；另一方面是软件通信协议也需要具有低功耗。
首先在硬件上lora的功耗很低，如sx126x系列热启动休眠sleep模式电流仅为1.2ua，125khz下接收电流为4.6ma，17dbm功率发送电流只有58ma。
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芯片周期性地进入接收（rx）模式以侦听有没有唤醒前导码，其他时间处于休眠（sleep）模式。wor接收电流如下图所示，其大部分时间处于休眠模式，只有少部分时间被唤醒处于接收模式，所以其整体功耗很低。如亿佰特的e22、e32模块都具有wor功能，能很好的做到低功耗需求。
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03
抗干扰
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