第57期:LPWAN技术之超窄带(UNB)浅析-阿里云开发者社区

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第57期:LPWAN技术之超窄带(UNB)浅析

简介:

【主题】LPWAN技术之超窄带(UNB)浅析

 

【讲师】颜小杰  纵行科技市场总监

【时间】8月11日 20:00-21:00

【地点】物联网智库微信群

【提纲】

1. UNB技术及特点介绍

2. UNB vs LoRa

3. LPWAN行业应用分享与展望

【公司简介】

 

纵行科技成立于2013年,是业界领先的低功耗物联网技术供应商,目前在剑桥、上海、厦门设有分支机构。自主研发有LPWAN通信协议ZETA、终端模块、无线设备、管理平台等。

基于对客户需求的深度理解,ZETA技术能切实有效地解决网络部署和实际应用中的问题,帮助客户最快速最低成本地部署一张运营商级低功耗广域网络,已被广泛用于平安社区、市政管理、路灯控制、远程抄表、冷链运输等垂直行业。

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颜小杰:

感谢大家的时间,先给大家分享一篇文档——《Long-range RF communication narrowband is the de facto standard》(点击“阅读原文”可下载该文档)

进入今天正式agenda, 下面介绍 UNB技术及特点介绍。

Narrowband systems are defined as having less than 25 kHz bandwidth and provide an excellent link budget due to low in-band receive noise (narrow receive filters remove most of the noise). 12.5-kHz channel spacing with 10-kHz receive bandwidth is commonly used.

窄带系统通常指使用小于25kHz带宽,同时因为接收带宽的底噪低能提供良好的链路预算(窄带接收滤波器去掉了大多数噪声)。通常采用12.5-kHz信道带宽,其中10-kHz为接收带宽。

Narrowbanding to 12.5 kHz and even ultra-narrowbanding to 6.25 kHz RF channels are both well-established solutions to increasing spectrum efficiency.

采用12.5kHz的窄带和6.25kHz的超窄带信道都是很好的提高频谱利用率的方案。

典型的超窄带LPWAN技术甚至支持更低的带宽,例如3kHz, 6kHz。典型的UNB LPWAN 技术:

Sigfox  (法国)

Weightless-N (英国)

Telensa (英国)

ZETA (中国)

如其名称定义,采用OFDM的NB-IOT是一种窄带(Narrow Band)通信技术。以上是关于超窄的的解释,下面从频谱角度来分析。

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下面从几方面对UNB跟LoRa进行对比:

For a given output power, the range of the RF link is determined by the data rate.

在发射功率一定的情况下,传输距离取决于速率。

Using coding gain does not improve the sensitivity or range; it is simply another way of representing the data.Given the same net data rate/throughput, narrowband and coding gain systems will have similar range. 

超窄带和扩频是数据传输的两种物理层表示方式,使用编码增益(扩频也是一种编码)不会提高接收灵敏度或传输距离,只是一种的数据呈现方式而已。给定的速率条件下,采用窄带和扩频编码增益在传输距离上相似。

我们知道,在无线通信中,信号的底噪随着信号带宽的增长而增长,依据如下:

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也就是说,通过扩频获得的接收灵敏度增益,实际上被由于信道带宽增长而抬高的底噪抵消。

另外从跳频角度:跳频是应对同频干扰最有效的方法。

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UNB技术可以很容易的找到频谱占用的(如:3KHz)”缝隙”做跳频,125KHz的扩频信道意味着跳频之后仍然很难避开同频干扰。

再从频谱资源利用率的角度做个比较:分别用UNB和LoRa技术,对一个城市做蜂窝覆盖, 需要多少频谱(不考虑跳频)。假设:

信道带宽 -3KHz (UNB), 125KHz (LoRaWAN)

频率复用因子:3

每蜂窝信道数:8

UNB 蜂窝覆盖频谱需求:72KHz

LoRa 蜂窝覆盖频谱需求:3MHz

如果UNB和LoRa都获得同样的频谱建网,UNB(实际带宽可配至1KHz)可以得到后者40 –125 倍的容量。

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(完整胶片)

下面再从丢包率进行仿真分析:丢包率仿真分析,LoRa vs. Sigfox 假设:  <= 200kHz可用频谱

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数据来源:Maarten Weyn,Assistant Professor,the University of Antwerp, Belgium,URL: http://mweyn.wesdec.be/lpwan

接下来简单介绍一下ZETA:UNB技术之ZETA,开放的网络架构:

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独有的低功耗Mesh,低成本覆盖信号死角。ZETA独创的Mesh Access技术,给星形结构网络中加入低功耗Mesh Mote(知识产权保护)。为物联网城市覆盖不理想现状提出了专业解决方案。Mote体积小,采用电池供电(工作5-10年),可以任意部署。通过布置在合理位置的Mesh Mote,信号可以轻松绕过障碍和干扰,建立智能终端和AP之间的通信连接。

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以此图结束zeta的介绍,后面进入行业应用分享与展望:

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先分享一下我们已经商用的应用都是典型的低功耗物联网应用。

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我们目前正处在低功耗物联网市场爆发的前夜,下面这些也是低功耗物联网的应用场景。

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以上分析和数据的参考文献如下,供大家参考:

1.信无函〔2008〕44号,关于增加800MHz频段微功率(短距离)无线电应用工作频率的通知,二○○八年五月十二日

2.信部无[2005]423号,微功率(短距离)无线电设备的技术要求, 二ОО五年九月五日

3.Terje Lassen, Texas Instruments, Long-range RF communication: Why narrowband is thede facto standard, White Paper, March 2014

4.Real Wireless, A Comparison of UNB and Spread Spectrum Wireless Technologies as used in LPWA M2M Applications,

White Paper, December 2015

5.Research blog by Professor Maarten Weyn,the University of Antwerp, Belgium, URL: http://mweyn.wesdec.be/lpwan

6.Recommendation ITU-R P.1238-7 (02/2012), Propagation data and prediction methods for the planning of indoor radiocommunication systems and radio local area networks in the frequency range 900 MHz to100 GHz, P Series Radiowave propagation

【课后提问环节】

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【问题】据了解SigFox属于超窄带技术,之前从物联网智库推送的文章中了解到贵司有自己的技术ZETA,请问贵司的技术与SigFox之间有什么区别?

【回答】

1.硬件上可以共用

2.协议功能、组网比SigFox丰富、灵活。例如:

  • 分布式组网架构、多跳低功耗自组网

  • 实时低功耗下行(SigFox下行每天限制4条)

  • 多个行业版本(ZETA-P、ZETA-S、ZETA-M、ZETA-L)

  • OTA空口升级

  • 运营模式上也不同,我们更加灵活

【问题】何时技术应用?哪个行业最快应用!功耗和成本如何的? 

【回答】ZETA在2015年初已经规模商用。目前已经应用的领域有智慧路灯、井盖监测、水位监测、地下管网监测、智能表具、冷链运输、智能门禁等。终端待机功耗<2ua,模块成本低至1.5美元/片

【回答】是否能达到可运营级别的技术,举个实际运营的案例,比如城市级电梯物联网的不间断联网是否可行?

【回答】

1.采用ZETA技术可以部署一张运营商级低功耗广域网络,通过运营管理平台(ZETA Server)可对终端和网络节点集中管理。

2.平安社区项目,一期覆盖2个社区,200+栋楼,二期扩展到20+个社区。2015年初上线一直稳定运行。

【追问】平安社区做什么?

【回答】是一套智慧门禁系统。详见下图:

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【问题】能说一下你们的跳频机制吗?是TDMA,FHSS 还是?

【回答】类似FHSS。

【问题】不是传统mesh,路由节点可休眠是吗?

【回答】这只是其中一方面。

【问题】weightless怎么样?

【回答】weightless目前还只有样机,没有量产商用。

【追问】你们的是ti的cc系列吧?

【回答】目前我们有三家芯片供应商,不止Ti。

【问题】窄带系统如何克服类似瑞丽衰落这种情况呢,不同于理想的自然空间。

【回答】我们用了三种有效技术手段在不降低频谱利用率的情况下克服该问题。

【问题】接入数量呢?

【回答】用户数取决于话务模型,典型场景下5-10万单站下。

 【追问】门禁?有方案么?

【回答】成熟方案。

【问题】刚才提到的mesh单元,用电池供电,如何能够满足5-6年的持续工作呢?

【回答】我们的mesh不是传统mesh,通过我司的核心专利,实现的低功耗mesh组网技术。

【问题】ZETA是贵公司的mesh协议名称?

【回答】ZETA是我司LPWAN协议名称,包括mesh节点。

【问题】用的是lora的硬件么?

【回答】我们采用的是通用芯片而非lora芯片,lora芯片只能有semtec独家供应。

【追问】通用的,例如说?

【回答】关于芯片,请参考sigfox芯片厂家

【问题】跟AP有什么结合的地方吗,或者说合作的可能性?

【回答】我们方案里面本身有AP,组网拓扑见下图:


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原文出处:物联网智库
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