物联网通信技术NB-IoT与LoRa技术分析

引言

物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)也快速兴起。物联网应用需要考虑许多因素，例如节点成本，网络成本，电池寿命，数据传输速率(吞吐率)，延迟，移动性，网络覆盖范围以及部署类型等。可以说没有一种技术可以满足IoT所有的需求。NB-IoT和LoRa两种技术具有不同的技术和商业特性，也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。这两种LPWAN技术都有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，都适合低功耗物联网应用，都在积极扩建自己的生态系统。

物联网通信技术

物联网的无线通信技术很多，主要分为两类：一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术;另一类是LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)，即广域网通信技术。LPWA又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

NB-IoT、LoRa简述

LoRa(Long Range)是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。LoRa网络主要由终端(可内置LoRa模块)、网关(或称基站)、Server和云四部分组成，应用数据可双向传输。

NB-IOT(Narrow Band Internet of Things， NB-IoT，又称窄带物联网)，是由3GPP标准化组织定义的一种技术标准，是一种专为物联网设计的窄带射频技术。

NB-IoT、LoRa使用频段

NB-IoT使用了授权频段，有三种部署方式：独立部署、保护带部署、带内部署。全球主流的频段是800MHz和900MHz。中国电信会把NB-IoT部署在800MHz频段上，而中国联通会选择900MHz来部署NB-IoT，中国移动则可能会重耕现有900MHz频段。

LoRa使用的是免授权ISM频段，但各国或地区的ISM频段使用情况是不同的。在中国市场，由中兴主导的中国LoRa应用联盟(CLAA)推荐使用了470-518MHz。而470-510MHz这个频段是无线电计量仪表使用频段。由于LoRa是工作在免授权频段的，无需申请即可进行网络的建设，网络架构简单，运营成本也低。LoRa联盟正在全球大力推进标准化的LoRaWAN协议，使得符合LoRaWAN规范的设备可以互联互通。

NB-IoT、LORA的通信距离

　　NB-IoT通信距离

移动网络的信号覆盖范围取决于基站密度和链路预算。NB-IoT具有164dB的链路预算，GPRS的链路预算有144dB(TR 45.820)，LTE是142.7dB(TR 36.888)。与GPRS和LTE相比，NB-IoT链路预算有20dB的提升，开阔环境信号覆盖范围可以增加七倍。20dB相当于信号穿透建筑外壁发生的损失，NB-IoT室内环境的信号覆盖相对要好。一般地，NB-IoT的通信距离是15km。

　　LoRa通信距离

LoRa以其独有的专利技术提供了最大168dB的链路预算和+20dBm的功率输出。一般地，在城市中无线距离范围是1~2公里，在郊区无线距离最高可达20km。

NB-IoT、LoRa成本对比

LPWAN协议无论多强大都需要考虑其低成本，否则它们不能是可行的物联网解决方案。LoRa在这方面有优势。LoRaWAN模块的总体成本在 8-10 美元左右，约为 NB-IoT 等蜂窝 LTE 模块价格的一半。NB-IoT 网络的复杂性越高，知识产权相关(授权频段方面)费用更高，提高了 NB-IoT 的总成本。NB-IoT 升级到先进的 4G / LTE 基站比 LoRa 通过工业网关或塔顶网关部署更昂贵。随着市场越来越成熟，LoRa技术的成本预计将进一步下降。

结论

NB-IoT和LoRa目前都还处于发展的起步阶段，需要各方的投入和共同的发展。当大规模部署成为一种现实可能的时候，NB-IoT和LoRa模组成本自然也会进一步降低。就技术方案而言，在短时间内，NB-IoT和LoRa肯定会并行，有共同点、各有优点、各有缺点，很难说谁压倒谁，但是，如果受到技术方案以外的因素影响，比如赢利模式的创新，与应用行业的紧密结合，借助行业的影响力，那么什么都有可能。在这新一波的物联网发展的行情中，先把项目落地，才有赢得先人一步的机会。NB-IoT和LoRa不仅仅需要产品的创新，更需要项目应用的创新。

目前，全球两大主流物联网网络NB-IoT与LoRa在中国迅猛发展，有关部门统计一千多款物联网应用产品已落地中国各省。据悉，70%的企业积极寻求成熟、可靠且快速落地的物联网产品，多数企业向福州市协成智慧科技有限公司采购NB-IoT和LoRa物联网解决方案，采购包括LoRa网关、烟感、水监测、红外探测、定位、排插等数十款物联网产品，另外代开发NB-IoT和LoRa物联网产品，以便快速圈地开展物联网业务，跻身全国各地市物联网龙头。“世界物联网发展看中国”形势正逐渐形成。