定义
LPWAN(Low Power Wide Area Network,低功耗广域网)面向大范围、低速率、低功耗场景,单跳传输距离可达数公里,终端电池可支撑数年。典型技术包括 LoRa(免授权频段)和 NB-IoT(运营商授权频段)。
技术对比
LoRa/LoRaWAN:免授权 ISM 频段,私有或公有网络,需自建网关或接入云服务,无月费,适合园区、农业、表计等;NB-IoT:运营商授权频段,覆盖广、深度覆盖强,需 SIM 卡与套餐,适合分散、广域、对覆盖要求高的场景。此外还有 Sigfox(部分地区)、LTE-M(eMTC)等。选型需综合考虑覆盖、成本、功耗、数据速率、下行需求。
典型应用
智能表计(AMR)、环境监测、农业物联网、智慧城市(井盖、路灯、停车)、工业传感器、资产追踪。LPWAN 适合低频、小数据量、对延迟不敏感的应用,与 4G/5G 高速率场景形成互补。
链路预算与占空比约束
灵敏度是用空口时间换来的
低功耗广域接入的技术核心,是在法规允许的发射功率内把接收机灵敏度做低。扩频把一个符号拉开到更长的空口时间上,相关解扩能从噪声里把弱信号拣出来;扩频因子每升高一档,灵敏度改善的同时,单包占用的信道时间也明显变长。窄带蜂窝则把载波放进很窄的资源块,由基站用重复发送换覆盖增强,终端不必自建网关,但每一次附着、确认和重传都占用小区的控制面。两种做法都把距离写成了时间:链路预算上多出来的裕量,对应更长的发射窗口和更低的网络容量,并不是免费得到的带宽。
评价一条链路时,要把接收电平、扩频或重复等级、天线高度、馈线损耗和同频底噪放在同一张预算里。金属井盖、地下室和封闭机柜会吃掉大量余量;天线贴在金属面上时方向图变形,标称距离不再成立。终端侧还要分开看峰值电流和平均电流:发射瞬间的电流取决于电池内阻和脉冲能力,平均电流才由上报周期和空口时间决定。只记录“最远一次能通”的距离,无法判断全网还能再加多少终端。
适合上报、不适合对话
这类网络适合载荷停在几十到几百字节、周期从分钟到小时、丢失一包可以等下一周期再补的测点,例如表计读数、开关量和变化很慢的环境量。业务若要求往返确认、连续调节或随时改参数,就要先算清下行窗口。私有扩频网络在终端睡眠时,网关没有路径把数据推进去;授权蜂窝侧能否在省电状态下被找到,还取决于网络是否接受 PSM 与 eDRX 的定时器。固件分片、远程改阈值和频繁校时,都会把平均电流从按年计算拉回到按月计算。
落地前要核对当地对频段、功率和占空比的规定。免授权频段常常限制单信道的发射时间占比,补发写得太勤会直接顶破限制。运营商网络则要确认模组频段、卡的接入能力和小区是否打开对应的覆盖等级。同一园区里若已经有多套同频私有网络,后装网关不会自动避让,只能靠信道规划、扩频因子和天线隔离降低碰撞。
扩频拉满后的容量塌陷
现场常见的失误,是把实验室视距测到的距离写进方案,再把全部终端固定在最高扩频因子或最高重复次数上。空口被少数远端节点占满后,近端节点开始随机丢包,现象像信号不稳,根因却是容量。另一类失误是应用层重传不设上限,失败节点在信道上连续重发,把邻居的成功率一起拖低。还有人忽略确认帧本身也占空口,打开确认后实际容量比单向上报小一截。
网关回传是第三条容易漏掉的边界。终端侧省下的电,并不能减少网关的供电、回传和防雷需求;回传只有一条拥挤上行时,空口已经收进的报文会在队列里过期。把终端电池、网关回传、频段法规和业务能否接受延迟分开写清,比单独比较某种技术的最远距离更接近可运行条件。