LoRa技术的特点和主流芯片总结

LoRa技术最近的发展如火如荼,尤其是在欧洲和北美,LoRa已经占据了LPWA市场的超过50%的份额。大家都知道LoRa是Semtch公司的专利,但是你知道么,其实LoRa的专利技术是Semtech公司收购过来的。

LoRa技术的前世

LoRa是远距离无线电“Long Range Radio”的缩写,于2009年作为一种线性调频扩频的调制技术,它是由一家法国公司Cycleo第一次向世人展示。法国人虽然发明了这一技术,但是并没有很好应用产品,也没有更好地推向市场,直到被Semtech所收购。

Semtech收购了LoRa技术后,做为当时唯一的LoRa产品的芯片生产商,它很好地打造了LoRa生态系统。

Lora联盟(LoRa Alliance)于2015年成立,目的是为了符合LoRaWAN的规定,同时也确保所有符合LoRaWAN的产品以及技术的互操作性。LoRa联盟是一个开放,非盈利的组织,其成员已经超过500个,其中包括IBM、Everynet、Actility、Microchip、Orange公司,思科系统,荷兰皇家电信,瑞士电信,Semtech等。这其中包括了芯片厂家,模组厂家,运营商,等等所有LoRa生态的公司和组织。

LoRa技术的特点

LoRa在频率上使用不需要申请许可证的sub GHz的射频频段,例如433MHz,868MHz(欧洲),915MHz(澳大利亚和北美)以及923MHz(亚洲)。LoRa可以在低功耗下进行长距离的通讯。

而之所以LoRa可以在低功耗下进行长距离的通信是和它的独特的调制方式有关的。LoRa 具有独特的长距离通讯连接的物理层或无线调制, 相较于传统的 FSK 技术以及稳定性和安全性不足的短距离射频技术,LoRa 基于 CSS 调制技术(Chirp Spread Spectrum)在保持低功耗的同时极大地增加了通讯范围,且 CSS 技术数十年来已经广受军事和空间通讯所采用,具有传输距离远、抗干扰性强等特点。

LoRa扩展调频的方法是将承载的每一个位元用多个chirp信息来表示。扩频信号送出的速率是符号率,正常的符号率与chirp之间的比例是扩频因子(spreading factor,SF)。他表示每一个位元所对应的符号率。LoRa可以在固定频宽下,在灵敏度和符号率之间进行选择,可以选择的扩频因子在(7到12)之间。高SF表示每秒送出的chirp越多,抗干扰能力越好,同时信号的灵敏度也更高。对于LoRa的带宽,可以从7.8K到500K不等。相应的带宽越小,信号灵敏度越高。在内部LNA打开的情况下,7.8KHz带宽下,SF等于12,信号灵敏度可以达到-140dbm上。高的link budget也保证了,它可以长距离工作。

LoRa 芯片

LoRa 作为Semtec公司的主要产品,它的芯片有很多不同的型号。总的来说产品线比较全,由做node的芯片,也有作为gateway的芯片。对于不同带宽,不同功率,不同SF的需求,下面列出了Semtech 公司的主要的一些收发器,同时对他们的主要的性能指标进行了总结。

其中LR1110超低功耗射频平台,集成了 LoRa 收发器、远程 FHSS 调制器、GNSS scanner和针对资产管理应用的无源 Wi-Fi AP MAC 地址scanner。 LR1110 解决方案利用 Semtech 的 LoRa Cloud Ceolocation 功能,通过基于云的运算确定资产位置来显著地降低功耗。LR1110的推出满足了edge的需求,所以也成为LoRa for Edge.

LoRa 芯片产品本来就是独家供应。但是在2018 年 Semtech 开始改变传统的产品营销模式,授权 IP 给一些公司做 LoRa 产品,形成了多供应商的市场供应局面,共同做大市场。ST作为Semtech公司的重要合作商,一直在与Semtech合作推广LoRa的应用。基本STM32平台,ST做了很多的参考设计,这是一个双赢的效果。在推广LoRa芯片的同时,很多的客户也选择了ST的产品作为LoRa IC 的hoster。在2021年,ST也推出了经由Semtech授权的STM32WL55的集成了LoRa的单芯片产品。

未来,或许会有更多的 LoRa 芯片供应商,市场最大也符合 Semtech 公司的利益。

LoRa的应用

经过近十年的发展,LoRa的网络已经遍布全世界,

和NBIOT相比LoRa工作在1GHz以下的无执照频段,因此其应用不需要额外付费。NB-IoT和蜂窝通信授权使用1GHz以下的频段,所以要收费。500MHz到1GHz之间的频段是长距离通信的最佳选择,因为天线的实际尺寸和效率都是相当有利的。

同时和NB-IoT相比,LoRa协议对于终端节点来说更简单、更容易开发,对于微处理器来说具有更好的适用性和兼容性。对于那些预算有限,做私有网络的小企业来说,LoRa的优势还是比较明显的。

 

来源:诗韵乐乐的阿康/百度

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