在萬物互聯的物聯網時代，無線通信技術自然成為實現物聯網應用關注的焦點。在各種無線通信技術中，功耗低、通信距離遠、低硬體成本、可連接設備數量眾多的LoRa技術脫穎而出，非常符合物聯網（IoT）的應用需求，受到了廣大物聯網用戶的認可。那麼LoRa究竟是怎樣的技術，可以快速搶佔物聯網市場呢？
一．LoRa技術原理
提到LoRa技術，我們經常可以聽到LoRaWAN，LoRa和LPWAN，三者一起出現讓人混淆分不清楚，從字面上來看它們都和LoRa技術有關，三者具體有什麼不同呢？
LoRaWAN，是一個開放標準，它定義了基於LoRa晶片的LPWAN技術的通信協議。LoRaWAN在數據鏈路層定義媒體訪問控制（MAC），由LoRa聯盟維護。
而LoRa是Semtech擁有的專有調製格式，是LoRaWAN通信技術中物理層的一種調製技術，這三者關係可以粗略地理解為：LoRaWAN+LoRa=LPWAN。
那麼如此適合物聯網應用場景的LoRa技術是何時出現的呢？是否存在很久了呢？其實LoRa技術出現時間並不久。
LoRa 全稱遠距離無線電（Long Range Radio），作為一種擴頻調製技術，最早由法國一家創業公司 Cycleo 推出，2012 年 Semtech收購了這家公司，並將這一調製技術封裝到晶片中，基於 LoRa 技術開發出一整套 LoRa 通信晶片解決方案，包括用於網關和終端上不同款的 LoRa 晶片。自此，基於LoRa 技術的產品開始在全世界範圍內推廣，LoRa技術在世界範圍生根發芽，慢慢浸透到了物聯網應用的每個角落，信馳達科技也適時推出了LoRa產品線。
LoRa 主要在ISM頻段運行（即非授權頻段），包括 433、868、915 MHz 等。LoRa 網絡構架由終端節點、網關、網絡伺服器和應用伺服器四部分組成，應用數據可雙向傳輸。
相較於傳統的 GFSK 技術穩定性和安全性不足的短距離射頻技術，LoRa 作為長距離射頻技術採用了直序擴頻技術，使得擴頻調製後的信號所佔有的頻帶寬度遠大於所傳信息必需的最小帶寬。在擴頻技術中，寬帶無用信號與本地碼序列不相關，因而不能被解擴，仍為寬帶信號，可以被後續窄帶濾波器濾除無關信號。擴頻技術強大的抗幹擾能力能夠顯著的提高接收靈敏度，這一能力使得LoRa實現了比其他調製技術更遠的通信距離。
二．LoRa vs GFSK優勢在哪裡
基於LoRaWAN規範的物聯網網絡已經在超過100個國家實現部署，同時Semtech也是LoRa Alliance的創始成員，該聯盟是低功耗廣域網絡應用領域中發展最快的物聯網行業組織。說到Semtech，不得不提到其經典的SX1262射頻收發器。
1. SX1262射頻收發器
Semtech的 SX1262射頻收發器具有LoRa遠程數據機，可提供超長距離擴頻通信和高抗幹擾性，保持極低的電流消耗。雖然採用低成本的晶體，晶振精度為10ppm，但是仍能實現-148dBm以上的高靈敏度。內部集成發射功率達+ 22dBm功率放大器。
LoRa射頻收發器相比於同梯隊的GFSK射頻收發器有什麼優勢呢？
2. Si4463/ Si4438射頻收發器
Silicon Labs公司推出的Si4463 Sub-1GHz無線射頻收發器，採用GFSK調製方式，工作在142MHz至1050MHz，Si4438工作在433MHz頻段。Si4463晶振精度為10ppm，發射功率最大可達20dBm，但是，接收靈敏度僅為-124dBm，接收靈敏度相差SX1262落後較多。
再看看其他廠商的GFSK射頻收發器。
3.AX5043/AX5243射頻收發器
AX5043/AX5243是安森美半導體一款超低功耗窄帶CMOS收發晶片，採用GFSK調製方式，內部調製器和解調器完全集成在RF前端，工作在27MHz至1050MHz之間。晶振精度達到了1ppm，需要溫度補償器保持其穩定工作，晶體成本較Si4463更高，發射功率最大可達+16dBm，接收靈敏度可達到-138dB。即使加載了高精度晶振，接收靈敏度還是不及SX1262。
介紹完三款射頻收發器的參數，下面來看看模塊分別實測的通信距離。
SX1262模塊基於20dBm輸出功率，紅樹林環境測試，傳輸距離可以達到4500m。
作為SX1262前代的SX1278與SX1276通信距離會差一點，SX1278和SX1276性能幾乎沒有差別，SX1278主要針對於433M與470M網段的地區。SX1276則主要覆蓋歐洲與北美等使用的868M和915M頻段。
SI4463 模塊基於19dBm輸出功率，紅樹林環境測試，在2500米左右設備掉線。
AX5043模塊基於18dBm輸出功率，紅樹林環境測試，3600m還可以接收數據。
可以看出，在20dBm左右輸出功率下，SX1262模塊通信最遠，其次是AX5043模塊,最後是SI4463模塊。
成本方面，AX5043晶片成本最低，但是由於所需晶體精度較高，整體成本算出來和Si4463相差不大，SX1262成本最高。
SX1262作為LoRa數據機，與Si4463/ Si4438和AX5043/AX5243傳統的GFSK調製技術相比，在抗幹擾能力和傳輸距離方面具有顯著優勢，解決了通信範圍，抗幹擾性和能耗之間無法兩者兼顧的傳統方案痛點。
三．LoRa的產品類型
不過，僅僅一個基於LoRa技術的射頻收發晶片還遠不足以撬動廣闊的物聯網市場，在此後的發展歷程中，由於全球多家廠商發起的 LoRa 聯盟，以及推出不斷迭代的 LoRaWAN 規範，催生出一個全球數百家廠商支持的廣域組網標準體系，從而形成廣泛的產業生態，擁有豐富的LoRa系列產品。從硬體類產品，點對點產品再到LoRaWAN類產品，多層次、多樣化的LoRa系列產品助推LoRa技術在物聯網行業快速發展。
1. 硬體類產品，主要代表是Semtech的SX1278，SX1262，SX1301。
這些純硬體的射頻收發器,就是單純的射頻收發器，SPI傳來數據的硬體部分需要客戶自己開發。例如信馳達科技採用SX1278的RF-42SH LoRa無線硬體模塊，已經將SX1278外圍電路開發完畢，用戶只需開發SPI以外的部分。
2. 點對點類產品，以無線串口模塊與數傳電臺為主。
電臺通過LoRa技術與無線串口模塊進行點對點通信，無線串口模塊發送數據，電臺接收數據，一收一發透明傳輸，是非常基礎的通信模式。但是這類產品中，電臺僅能與數個無線串口模塊進行通信，所能通信的設備容量很少，最常見的形式是無線信號轉串口通信，例如對講機通信。
那麼，除了單一的LoRa產品外，有沒有完整的LoRa物聯網方案呢？
答案是有的，LoRaWAN類產品。
3. LoRaWAN類產品，囊括了從終端到節點再到網關的整個過程。
LoRaWAN類產品是現在LoRa技術方案中最熱門的產品，因為其完整系統的通信方案，極大降低了開發周期和技術門檻，可以快速開發物聯網方案，例如內部集成了溫溼度傳感器終端的LoRa節點，可以迅速採集數據上傳至網關，推動智慧物聯方案快速落地。
推動這一生態的相關技術標準、產品設計、應用案例等都是多個廠商共同參與的過程，這些也是形成目前龐大產業生態更為關鍵的元素，而它們並不屬於 Semtech 單個公司所有，比如 LoRaWAN 規範是一個全球多個廠商共同參與的開放標準，任何組織或個人都可以根據這一規範進行產品開發和網絡部署。
相較於大多數的網絡採用網狀拓樸，易於不斷擴張網絡規模，但缺點在於使用各種不相關的節點轉發消息，路由迂迴，增加了系統複雜性和總功耗。LoRaWAN 採用混合拓撲結構連接終端節點，但終端節點並不綁定唯一網關，相反，終端節點的上行數據可發送給多個網關。理論上來說，用戶可以通過 Mesh、點對點或者星形的網絡協議和架構實現靈活組網。
四．新政策下LoRa的前景
就在LoRa技術前景一片大好之時，工信部的公告，讓LoRa的命運變得一波三折。
2018年初，工信部無線電管理局發布《微功率短距離無線電發射設備技術要求（徵求意見稿）》的意見，其中提到了 470-510MHz 頻段的使用允許用於無線傳聲器，明確用於傳送聲音的無線電設備，而非數據；同時強調「限單頻點使用，不能用於組網應用」。工信部這封針對 LoRa 組網應用的徵求意見稿受到行業人士的廣泛關注，使得 LoRa 網絡在國內的發展一度面臨困境。那麼，LoRa技術是否從此就前景一片灰暗呢？
最終，在LoRa產業各界人士的努力下，工信部徵求意見稿沒有明確指出不能組網，而是表示可以做區域網，對具體應用也解除了限制，從而解決了 LoRa 在國內發展的不確定性問題，緩和了業內人士對LoRa未來的擔憂。雖然一時之間 LoRa 的商用前景變得不夠明朗。但是並沒有讓 LoRa 銷聲匿跡，在國內外業界生態夥伴的大力支持下，反而生命力愈加頑強，產業生態不斷壯大。
五．國內外巨頭強勢入局
LoRa業界生態不斷完善，也吸引了大量國內外巨頭紛紛入局LoRa產業。
1. 硬體方面，國外的ST，國內的ASR和國民科技推出LoRa硬體產品
國外的ST公司推出的STM32WLE5J8z，採用48 MHz ArmCortex-M4，具有64 KB的快閃記憶體和20 KB的SRAM，使用LoRa調製。
在國內，semtech授權ASR公司LoRa的使用權限，ASR公司開始在國內推廣LoRa硬體產品ASR6501，內部集成高性能、低功耗的Cypress 32-bit Cortex-M0+ MCU，支持透傳，集成LoRaWAN，LinkWAN協議棧與以SX1262為核心的射頻收發器。
中國信息安全IC設計領域領軍企業的國民技術融合了藍牙晶片推出了超低功耗藍牙雙模 LoRa SiP 系列產品，並且還集成了安全晶片，支持 AES 和國密等算法。
國內已有上千家企業參與到 LoRa 產業生態中，呈現出大中小型企業、傳統企業與網際網路企業共同參與的格局。
2. 運營商方面，有騰訊、谷歌以及阿里等運營商巨頭加入。
隨著網際網路巨頭騰訊、谷歌以及阿里等雲服務商相繼加入LoRa 聯盟，為 LoRa 的生態圈引入了強援，各企業都希望藉助 LoRa 這個切入點來確立自身在物聯網和產業網際網路領域的地位。阿里和騰訊兩大網際網路巨頭主推的 LinkWAN 平臺和 TTN 平臺對於產業鏈上下遊的帶動作用非常明顯。另外，鐵塔、聯通以及廣電等群體也開始針對 LoRa 產業進行布局，進一步促進其在各行業應用的落地。
LoRa 晶片是支持整個產業的重要底層元器件，但整個產業結構的形成還要靠多種力量共同努力，這種力量在國內已經形成。LoRa 相關產品靈活性較強已成業界共識，不僅僅在於能夠在各種環境下自主部署網絡，還在於各類開發者能夠選擇多個平臺，快速得到開發支持。
近年來，LoRa 在智慧城市、智能園區、智慧建築、智慧安防等垂直領域也有了大量落地的行業應用，目前全球大量的垂直行業中已形成 300 多個應用場景，信馳達科技也推出了多個LoRa方案，受到市場的廣泛好評。
從技術生態上看：LoRa 是一種物理層的調製技術，可將其用於不同的協議中，比如 LoRaWAN 協議、CLAA 網絡協議、LoRa 私有網絡協議、LoRa 數據透傳。隨著使用協議的不同，最終的產品和業務形態也會有所不同。LoRa 聯盟將 LoRaWAN 進行了標準化，以確保不同國家的 LoRa 網絡是可以互操作的。截至目前，LoRaWAN 標準已建立起「LoRa 晶片-模組-傳感器-基站或網關-網絡服務-應用服務」的完整生態鏈。
六．LoRa技術的新特點
隨著LoRa全球生態鏈建設逐步完善，LoRa技術出現了新的特點。
1. LoRa對外授權IP，不再是semtech獨家供應。
LoRa 技術作為Semtech 公司的專利，其 LoRa 晶片產品期初也是獨家供應，但單一的 LoRa 產品必然會帶來產品價格、功能等方面的局限性。
2018 年 Semtech 開始改變傳統的獨家產品營銷模式，授權 IP 給一些公司做 LoRa 產品。在2018杭州雲棲大會萬物智聯峰會上，阿里雲IoT聯合ASR（翱捷科技）共同發布了超小尺寸、採用超低功耗LoRa1262集成的單晶片 ASR6501，該晶片已獲得Semtech公司LoRa晶片半導體智慧財產權（IP）授權，形成了多供應商的市場供應局面。
LoRa 晶片供應廠家通過走差異化路線，融合不同功能的晶片，滿足更多差異化應用的需求，如 LoRa＋GPS 獲取位置信息，LoRa＋BLE 與本地近場設備連接通信，LoRa＋安全晶片增強設備的安全性等，來共同做大物聯網市場。
2. SiP封裝晶片擁有更多產品特性。
從 LoRa 產品最終產品形態來看，基本還都是做系統級封裝（SiP）產品。在需求多變，市場不確定的情況下，做 SiP 封裝產品仍是一個不錯的選擇。而且異質的晶片封裝也讓 SiP 封裝技術擁有了比 SoC 更多的產品特性，先進的封裝技術也滿足了物聯網產品小型化、功能多樣化的發展需求。群登科技開發出的LoRa+MCU+GPS SiP解決方案S76G/S78G，不僅將現有的LoRa+MCU的方案上再加上GPS的功能，同時保持其產品的微小化特性，尺寸為1.1x1.3cm。國外方面，微芯科技旗下產品SAM R34/R35 是一個高度集成 LoRa系統級封裝（SiP）系列產品，包含了超低功耗、高性能 32 位微控制器（MCU）、LoRa 收發器和軟體協議棧。
3. LoRa低成本的優勢將吸引更多應用落地。
LoRa最大的優勢就是低功耗，易組網，成本低，傳輸距離遠等等，可以滿足長時間的運作，電池供電使用時間長達數年。LoRa很適合局部領域的需求，還可以覆蓋到全國。目前全球大概有數百萬個物聯網節點運用LoRa技術，在低成本的吸引下，越來越多的物聯網應用開始選擇LoRa，隨著全球LoRa終端產品達到億級，LoRa產品的成本將變得更低，吸引更多低成本需求的方案應用商選擇LoRa。
國內擁有semtech原廠的全力支持，得以針對市場提供高度整合的解決方案，且在原廠夥伴的共同推廣下，LoRa的應用範圍及便利性將提升至更高水準。ASR（翱捷科技）專注於LoRa晶片的開發，自發布第一款LoRa晶片至今，出貨量已超300K，已有包括模組廠和系統方案商在內的數十家合作夥伴。深圳信馳達、門思科技、光寶科技等十餘家專注於模塊模組開發的客戶已採用ASR6501晶片設計出小尺寸的模組。上海順舟、深圳信馳達、杭州金卡智能等系統方案商也在使用ASR6501晶片升級方案。
例如信馳達科技的RF-AL42UH模塊採用了ASR6501晶片-國內首款、採用超低功耗LoRa 集成的單晶片SoC，是國內首個通過阿里IoT技術認證的模塊，內部集成高性能、低功耗的Cypress 32-bit Cortex-M0+ MCU，支持透傳，集成LoRaWAN，LinkWAN協議棧與以SX1262為核心的射頻收發器。RF-AL42UH不僅支持阿里雲主導的Link WAN，還通過非常嚴格的射頻指標測試，適用於多種物聯網雲端的應用場景。ASR6501配套發布的軟體SDK，可以輕鬆地連接上阿里雲平臺或標準LoRaWAN基站，是目前LPWAN應用晶片最好的選擇。
中國市場作為 LoRa 全球生態建設中非常重要的部分。2018 年，阿里巴巴、騰訊、京東等網際網路巨頭均以最高級別會員身份加入 LoRa 聯盟，同時，克拉科技、地方廣電、浙江聯通、聯通物聯網公司等 LoRa 生態夥伴也開始在各地積極部署 LoRa 網絡。
未來，或許會有更多的 LoRa晶片供應商，加入LoRa聯盟，共同推動LoRa技術的良性發展。採用 LoRa 通信的物聯網項目中包含非常多的技術和元素，很多價值遠遠超過通信本身，未來發展中，物聯網業界應該更多聚焦於應用價值的創造，而LoRa技術將幫助方案商利用LoRaWAN在物聯網時代贏得先機，信馳達科技將會為LoRa方案落地提供更好的服務。
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