远程无线电解决方案

9.1.2.2 远程无线电解决方案

对于未经许可的频谱使用，短距离无线电系统是常见的。然而，对于需要极低数据速率的物联网应用，可以用较低的数据速率换取更长的传输范围。近年来，针对非授权 LPWAN 开发了许多技术概念。存在许多不同的未经许可的 LPWAN 变体；其中一些更常被提及如下：

• LoRa：开发用于部署在 1 GHz 以下的免许可频谱中，

• Sigfox 超窄带 (UNB)：为部署在 1 GHz 以下的免许可频谱而开发，

• Ingenu 随机相位多路访问 (RPMA)：开发用于部署在 2.4 GHz 的免许可频谱中。 

所有这些的共同点是，它们的目标是在数公里的长距离范围内进行无线 M2M/IoT 通信，其中设备很少传输非常少量的数据。消息大小很小，通常关注上行链路传输。设备需要简单，电池供电的操作应该可以延长时间。所有这些技术都是专有的，并没有在标准制定组织中标准化。 

在下文中，我们简要概述了 LoRa、Sigfox 和 RPMA 技术。 

9.1.2.2.1 洛拉 

LoRa 是一种网络技术，旨在为电池供电设备提供远程连接；它是在一个行业联盟内指定的。LoRa 联盟声称在欧洲 867-869 MHz 频段提供 155 dB 的耦合损耗 (MCL)，在美国 902-928 MHz 频段提供 154 dB [45]。LoRa 的目标是提供安全的双向通信。LoRa 在 sub-GHz 免许可频段中运行。物理层基于Chirp扩频调制技术，可以使用一个或多个信道。信道带宽主要是欧洲频段125kHz，美国频段125或500kHz。支持不同的数据速率，据报道在 300 bpse50 kbps 的范围内。数据速率的选择是传输持续时间之间的权衡，即 消息在空中传输的时间和范围。LoRa不部署LBT，而是使用法规要求的占空比限制和驻留时间（即设备可以连续占用信道的长时间）。系统架构包括LoRa终端设备、LoRa网关和网络服务器。LoRa 网关对应于蜂窝网络中的基站。通信在终端设备和网络服务器之间进行。网络服务器与网关之间的通信基于IP通信；终端设备和网关之间的通信基于没有 IP 的 LoRa 特定协议。IP 通信终止于 LoRa 网关。当设备在上行链路中传输时，消息可以被一个或多个网关接收。

对于双向通信，在上行链路传输之后提供下行链路传输机会。如果下行链路数据在上行链路传输之间到达设备，则数据需要在网络中缓存，并且只能在设备下行链路接收窗口期间传输，该窗口紧随设备的上行链路传输。

有关 LoRa 的更多信息，请参阅参考文献 [46]。

9.1.2.2.2 西格福克斯

Sigfox 是一项专有技术，没有公开的规范。第三代合作伙伴计划 (3GPP) 贡献 [47] 和 ETSI [48,49] 行业规范组的技术中提供了 Sigfox 所谓的 UNB 通信方案的一些指示性特性。

UNB 的目标是在 sub-GHz 免许可频段中运行。美国的信道带宽为 600 Hz，其他地方为 100 Hz [49]。数据速率被限制在每秒几百位的数量级。上行链路数据的负载大小为 12 字节。UNB 不使用 LBT，但对每个发射器应用占空比限制。信道接入方案基于 ALOHA，当信道利用率超过 15% 左右时，它在较高负载下开始恶化 [47]。

Sigfox 网络架构包括与 Sigfox 服务器通信的设备。无线电通信在设备和 Sigfox 接入点或基站之间进行。设备可以随时传输而无需事先与网络同步。通常，消息在随机选择的三个不同的上行链路信道上传输。基站观察整个系统带宽以检测和解码上行链路数据。消息可以由提供选择多样性的不同基站接收。

下行链路传输“搭载”到上行链路传输上。在上行链路传输之后，设备保持打开的接收窗口以在一定时间内接收下行链路数据。服务器收到上行报文后，将缓存的数据发送给设备。如果服务器通过多个基站接收到上行数据，则选择其中一个基站进行下行传输。

9.1.2.2.3 RPMA

RPMA 是 Ingenu 公司提供的专有 LPWAN 技术。与 Sigfox 和 LoRa 相比，它在可用的免许可 2.4 GHz 频段中运行。该技术没有公开的技术规范。RPMA 使用 DSSS 调制并应用伪随机到达时间，这有助于分离在同一无线电资源上复用的用户 [50]。传输包括两个时隙，一个下行链路时隙和一个上行链路时隙。可变数据包大小可以在一个时隙内传输。RPMA采用闭环功率控制，扩频因子选择范围大。传输适应估计的链路性能。据称，RPMA 支持大约 170 dB 的极端路径损耗。

本系列的下一部分将讨论蜂窝物联网的好处。