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LoRaWAN® 协议通过新的远距离跳频扩频技术扩展网络性能

LoRa, News, Wireless RF, Internet of Things, Space

Tuofu Lu

Tuofu Lu

Principle Product Marketing Manager

LoRaWAN® 协议通过新的远距离跳频扩频技术扩展网络性能LoRa Alliance® 是一个开放的非营利性全球协会,致力于开发、维护和推广适用于低功率广域网 (LPWAN) 的 LoRaWAN® 协议,其准则已扩展到涵盖长距离-跳频扩频 (LR-FHSS) 数据传输速率。LR-FHSS 速率显著提高了网络容量和抗干扰能力,开创了全球部署的新机遇。

在过去二十年,Wi-Fi 的可用频段(2.4GHz、5GHz 和最近的 6GHz)和通道带宽(20MHz、40MHz、80MHz 和 160MHz)不断扩展以支持指数级增长。同样的,新推出的 LR-FHSS 数据速率也将继续在全球范围内快速扩展 LoRaWAN 网络。根据 LORA Alliance 的数据,LoRaWAN 网络目前已在 162 个国家/地区通过 148 个网络运营商部署。开放的 LoRaWAN 协议在物联网 (IoT) 应用中的采用量以惊人的速度持续增长。将新的 LR-FHSS 技术整合到 LoRaWAN 协议中,就能维持其低功耗能力,同时确保适应未来网络容量的发展。

LR-FHSS 具有高抗干扰性,可通过提高频谱效率来缓解数据包冲突,并有上行链路跳频调制能力。它将终端节点发送的每个数据包分解成小块(每块大约 50 毫秒长)并在定义的频率带宽(包括 137kHz、336kHz 和 1.523MHz,取决于地区)上随机扩散。此外,LR-FHSS 在不同频率上使用冗余物理头,进一步提高对带内干扰源的调制稳健性。

Semtech SX1261、SX1262 和 LoRa Edge™ (LR1110) 收发器以及 LoRa® 芯片被许可方将支持 LR-FHSS 调制。基于 Semtech SX1301 的 V2.1 网关将支持 LR-FHSS 解调,该网关的容量现已增加,每天可容纳数百万个 LR-FHSS 上行链路。Semtech 希望在 2021 年 1 月左右为签署了技术采用计划 (TAP) 评估许可证的客户提供评估软件和工具。

LR-FHSS 支持卫星物联网服务

世界上仍有许多地方没有蜂窝或 Wi-Fi 信号。卫星公司将 LoRaWAN 网络的地面连接与卫星通信相集成,以收集遥感器的数据(尤其是在难以覆盖地区),从而填补连接空白并应对全球挑战。用例包括非洲野生动植物保护区的实时监测、用于提高农作物产量的智能农业解决方案以及跟踪全球分销资产以提高供应链效率。

LR-FHSS 使卫星能够连接全球广大的偏远地区。它利用工业、科学和医疗 (ISM) 免授权频段或授权频谱,是提供从终端节点到卫星的直接数据链路的关键。LR-FHSS 可以支持数百万个终端节点,并为物联网服务提供更高水平的可靠性——使卫星公司能够更快地获得投资回报。

LR-FHSS 扩展地面 LoRaWAN 网络的容量

随着 LoRaWAN 协议的采用量持续快速增长,终端节点和网关的数量将大大增加,对 LoRaWAN 网络容量的需求也会越来越大。

跟踪器、智能楼宇、智能街道、智能家居、智能社区,众多新兴用例不断涌现。此外,这些新用例发出的消息越来越长、越来越频繁(更多“聊天”设备)。因此,空中的 LoRa 调制信号量预计将显著增加。

一种解决方案是添加更多网关以匹配 LoRaWAN 网络的增长。新 LR-FHSS 调制的性能进一步增强,可扩展网络容量并增强稳健性。之前讲过,LR-FHSS 利用其扩展的频率带宽、执行跳频并在不同频率上使用冗余物理报头来实现此目的。

在现有的 LoRaWAN 网络中添加 LR-FHSS 有助于扩展容量,且无需更换现有的网络基础设施。LoRa 调制和 LR-FHSS 调制可共存。要想在终端节点上切换 LoRa 调制和 LR-FHSS 调制,就需要网络服务器发出一个 ADR 命令。此外,具有 LoRa 调制的网关和具有 LR-FHSS 调制的网关可以共存于同一 LoRaWAN 网络中。添加 LR-FHSS 还有助于释放 LoRa 调制通道;例如,可在 LoRaWAN 网络中用 LR-FHSS 替换 SF10、SF11 和 SF12,从而大大扩展网络容量。

总之,新的 LR-FHSS 数据速率允许以高功率和低数据速率传输大型有效载荷。这为最低数据速率的终端节点提供了大量的额外容量。随着容量的增加,室外或室内 LoRaWAN 网络可以添加更多的终端节点并支持非常“健谈”的器件,例如在 LoRaWAN 上运行 DLMS/COSEM 的电表,或具有外部电源且传输非常频繁的器件,例如工业传感器。

LR-FHSS 支持增强的室内深度覆盖

LoRaWAN 协议是快速增长的全球智能电表市场的首选技术,增强的室内深度覆盖进一步巩固了其地位。LR-FHSS 支持在同一网络基础设施中实现更深的室内终端节点,从而提高了大型物联网项目的可扩展性。

在利用 LoRaWAN 协议的应用中,智能表计是使用最广泛且发展最快的市场应用之一,因为它具有独特的长距离、低功耗功能,为电池供电的计量表提供多种优势。IHS Markit 预测,到 2023 年,通过 LPWAN 技术连接的智能电表和公用事业应用总数将超过 3 亿。

LR-FHSS 解决了任何区域停留时间限制

LR-FHSS 及其跳频能力解决了某些国家/地区监管机构要求的数据包停留时间限制,例如在美国,FCC 对允许的停留时间限制为 400 毫秒。

由于此限制,之前美国 LoRaWAN 协议可用的最小允许数据速率为 SF10,以该数据速率只能使用 11 字节的有效载荷。新 LR-FHSS 数据速率将支持与当前 SF10、SF11 和 SF12 相当的数据速率。器件可降至 325b/s 和 125 字节有效载荷,或 162b/s 和 50 字节有效载荷。

LR-FHSS Maximizes Capacity for Licensed Band Owners and Spectrum Constrained Regions

现在,每家拥有至少 150KHz 授权频谱的公司都可以构建具有足够容量的高 QoS LoRaWAN 网络,并获得良好的投资回报率。

在一些地区(如印度),很多 LoRa 调制通道无法分配,而 LR-FHSS 能为最低数据速率终端设备提供巨大的额外容量。

阅读有关 LR-FHSS 的公告以了解更多信息。READ THE NEWS

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