【導讀】LoRa既屬于短距離物聯(lián)網通信技術，又屬于長距離物聯(lián)網通信技術。本小節(jié)通過對比的方式，從短距離與長距離的視角分析LoRa的特點。
1 LoRa與長距離無線物聯(lián)網技術的對比
在所有的LPWAN技術中，Sigfox技術由于其獨特的運營模式，在中國物聯(lián)網市場上很難占有一席之地，而eMTC在中國的推廣才剛剛開始，所以在長距離的物聯(lián)網應用中目前主要是NB-IoT與LoRa爭雄。
在中國提到LoRa大家基本都會想到NB-IoT，大家都喜歡拿兩個技術進行對比。LoRa只是一種調制技術，由于NB-IoT是一套完整的通信協(xié)議和市場標準，這里用對應的LoRaWAN技術與NB-IoT技術進行比較，分別從終端成本、基站成本、應用場景等進行對比分析。
終端成本分析
硬件成本：
● LoRa模塊一般是用ARM-M0 + LoRa收發(fā)芯片，單顆ARM-M0即可負責LoRaWAN協(xié)議棧(含通信，安全等)和應用層。LoRaWAN協(xié)議比較輕，對Flash要求低(64KB即可)；外圍簡單，±20ppm常溫晶體，不需要外置PA和SAW。
● NB-IoT的芯片成本會逐步降低，但是其運營商架構決定了其模塊成本必然高于LoRa。
測試認證成本：
● NB-IoT模塊測試復雜，需要專門的綜測儀, 認證和入網許可費用高。
● LoRa模塊的測試，用一般的頻譜儀和信號源即可，且沒有入網許可的費用。
LoRa終端成本約為NB-IoT成本的80%。
基站成本分析
NB-IoT基站成本：
1 NB-IoT的基站發(fā)射功率大(達20W)，因此需要較大的PA，且OFDM對PA線性度 要求高，因此成本很高。
2 龐大的天線、饋線系統(tǒng)也比較昂貴，施工成本極高。
3 目前NB-IoT新建基站成本在人民幣30萬，4G基站原有頻段升級成本在人民幣7.5萬左右，單站平均的成本在人民幣15萬元左右。考慮到從1800/2100MHz遷移到800/900MHz，實際成本要更高一些。
4 NB-IoT的系統(tǒng)從屬于移動通信運營商網絡完整系統(tǒng)的一部分，需要大量的網規(guī)網優(yōu)和維護工作。
LoRa網關成本：
1 LoRa基站的發(fā)射功率小，板級的PA和LNA即可，天線、饋線系統(tǒng)也很簡單。
2 LoRa的室外基站一般在人民幣0.5萬左右(室內型人民幣0.2萬以內)。
3 LoRa系統(tǒng)比較簡單，維護比較輕，室內型家庭網關基本可以做到免維護。網關具有協(xié)作接收特性，不需要網規(guī)網優(yōu)工作。關于LoRaWAN網絡與傳統(tǒng)蜂窩網的對比在書中5.2.2小節(jié)中有詳細講解。
從上述討論可知，NB-IoT與LoRa的網關成本比約為30:1 ~ 50:1關系。
圖1-30 NB-IoT基站與LoRa基站對比圖
適用場景分析
智能抄表：電表對功耗要求不高，兩者都比較適合，但實際上電表的電磁環(huán)境惡劣，NB-IoT的下行覆蓋能力相對有限，而LoRa更合適。水表、氣表對功耗和成本要求極高，LoRa在技術和成本上有優(yōu)勢。對于不愿架設和維護網絡的客戶，NB-IoT更合適。
智慧農業(yè)：對功耗和成本敏感，且一般蜂窩信號覆蓋不足，LoRa具有優(yōu)勢。
工業(yè)控制:因現(xiàn)場覆蓋問題，一般更傾向于專網，LoRa具有一定優(yōu)勢，但NB-IoT也可有用武之地。
資產和人員跟蹤：一般要求廣域覆蓋，所以NB-IoT具有一定優(yōu)勢；針對廠區(qū)內局域應用LoRa則更靈活。
智能建筑：一般為私有網絡覆蓋，且基于LoRa局域覆蓋則更有針對性，LoRa具有優(yōu)勢。
智慧城市：局域性的停車場，LoRa更合適。廣域的路燈、井蓋或移動電動車等，則依靠運營商的網絡實施起來更簡單，理論上NB-IoT可能更合適。但對于較惡劣的環(huán)境，如井蓋有屏蔽環(huán)境，LoRa專網更能解決覆蓋問題。
環(huán)境監(jiān)測: 室外環(huán)境檢測對功耗敏感，且很多場景沒有蜂窩信號覆蓋，LoRa具有優(yōu)勢。
智能家居:一般都是私有家庭網絡，NB-IoT無法使用，LoRa只有在一些大型別墅或2.4GHz頻率干擾嚴重的環(huán)境中具有優(yōu)勢。
下圖1-31為NB-IoT技術與LoRa技術的詳細對比，從結果看各有千秋。不同的特點和優(yōu)勢，可以滿足不同的需求和市場。
LoRa在技術上最適合更低速率、更低功耗及較少下行的應用。在垂直應用的企業(yè)網和行業(yè)網方面LoRa具有更大靈活性。在今后的發(fā)展中，多LPWAN技術將百花齊放，共生共存，LoRa在許多方面將與NB-IoT及其他LPWAN技術互為補充。
圖1-31 NB-IoT技術與LoRa技術的詳細對比雷達圖
NB-IoT技術與LoRa技術對比中差別較大的兩個對比項為抗多普勒頻移和運營商網絡覆蓋。
抗多普勒頻移：其中NB-IoT無法在高速移動的環(huán)境中工作。NB-IoT經過多次版本更新直到R14版本，其可以支持最高移動速度提升至80km/h。而LoRa可以支持的移動速度超過第三宇宙速度16.7km/s，地球上任何移動的物體都不會超過這個速度。在移動物體上的物聯(lián)網應用，LoRa具有絕對優(yōu)勢。具體計算討論請見書中8.5.1小節(jié)。
運營網絡覆蓋：由于國家無線電規(guī)范以及三大電信運營商的策略，LoRa的國內網絡覆蓋較差，如果需要實現(xiàn)城市間移動設備的數據傳輸，應采用NB-IoT網絡。
2 LoRa與在短距離無線技術的對比
LoRa是為物聯(lián)網而生的長距離無線技術，讓它參與短距離技術對比相當于降維打擊。在傳統(tǒng)的短距離無線通信物聯(lián)網應用中，LoRa技術的靈敏度比ZigBee、BLE等技術高20dB以上。
圖1-32所示為多種短距離無線技術靈敏度與速率對比圖，也就是說LoRa覆蓋半徑是其他的技術的10倍以上。
圖1-32 多種短距離無線技術靈敏度與速率對比圖
針對短距離局域網應用中的關鍵點，LoRa與ZigBee、BLE、Wi-Fi的對比如圖1-33所示。其中，LoRa的優(yōu)勢還是在工作距離、功耗、網絡容量和抗干擾；最大的缺點在于帶寬。
圖1-33 LoRa與ZigBee、BLE、Wi-Fi技術對比圖
Wi-Fi、NFC和藍牙技術由于已經進入手機生態(tài)，所以面對的客戶主要是個人，這樣就跟與物連接的LoRa技術的關系多為合作。2019年Wi-Fi聯(lián)盟和LoRa聯(lián)盟發(fā)布了戰(zhàn)略合作及共同發(fā)展物聯(lián)網規(guī)劃。因為ZigBee技術主要是針對工業(yè)和商業(yè)的應用，所以與LoRa在許多應用中發(fā)生正面沖突。
LoRa與ZigBeed對比有如下特點:
工作頻率：LoRa的Sub1GHz工作頻率具有傳輸衰減小、繞射能力強等優(yōu)勢。
頻段干擾：ZigBee工作在2.4GHz，Wi-Fi和藍牙信號處于同樣的頻段，頻帶占用和干擾問題嚴重。LoRa工作頻段干擾較小，且具有噪聲下解調的超強抗干擾能力。
靈敏度：在智能家居等物聯(lián)網應用中，ZigBee靈敏度比LoRa差20dB。
覆蓋范圍：智能樓宇和智能家居應用中， ZigBee距離受限，尤其是國內水泥墻的環(huán)境中，需要多個網關完成覆蓋。完成同樣的區(qū)域覆蓋（只考慮空間信號覆蓋），需要ZigBee網關數量是LoRa網關的10倍以上。
網絡協(xié)議：ZigBee與網關綁定，導致安裝（配對需要物理按鍵）和后期維護（網關故障與更換）成本都很高，靈活性不佳。相比之下LoRaWAN網絡協(xié)議輕便很多。
網絡穩(wěn)定性：ZigBee節(jié)點較多時需要Mesh，存在大量不穩(wěn)定性。LoRa同場景中使用單跳結構，穩(wěn)定性很高。
傳輸速率：ZigBee支持250kb/s固定速率，LoRa Sub1GHz芯片支持可變速率。LoRa在傳輸速率的選擇上靈活度高，但ZigBee最高傳輸速率高于LoRa。
LoRa剛剛進入短距離無線應用市場，有許多的挑戰(zhàn)正等待著它。由于在常用的近距離局域網無線技術中，LoRa速率最低且工作頻率最特殊，它可以和其他的技術有效地合作在一起，尤其是在智能家居領域，如亞馬遜的智能音箱中就使用了LoRa技術作為物聯(lián)網的無線連接技術。
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