因此，这些服务提供商面临的挑战是： 1. 将所有这些处于遥远位置的水表通过无线技术连接到云。 2. 确保这些水表中的电池使用寿命达到 10 年以上。
为了克服这些挑战，这家公用事业公司可以采用一种 LPWAN 技术。通常，我们可以把这 些技术分为授权许可的技术和非授权许可的技术。每一种技术都有其优点和缺点。
在图 1 中，WLAN 和 LTE（蜂窝）能以极高的数据速率和高功耗提供短距离和长距离的 覆盖范围。
ZigBee、BT LE 和 NFC 能以中等数据速率和低功耗提供短距离的覆盖范围。
LPWAN 是一种能够同时满足覆盖范围和电池使用寿命要求的技术。它能提供最长距离 的覆盖范围，而功耗非常小，同时只需牺牲少许的数据速率。很多智慧城市和智能公用事 业应用，例如智能路灯、湿度传感器、智能计量和智能停车，对数据速率的要求不高，但 却需要非常广阔的覆盖范围。这就是您需要 LPWAN 的原因。
长电池使用寿命。为了获得长电池使用寿命，制造商需要表征设备在活跃、空闲、待机和 睡眠模式下的电流消 耗情况。设 备厂商还需 要重新 创建各种工作条 件，例如 远 程 软件更 新、极限覆盖条件下的重复传输，以及设备不能连接到服务器等，了解每一种场景中分别 需要消耗多大电流。
低器 件成 本。为了实现 低 器 件成 本，很多制 造商使 用低 成 本元 器 件 并 简化硬 件设 计。这 些器件的性能必须经过恰当表征，确保其可靠性不受影响。悉心选择正确的测试设备也 可以降低器件成本。一个完整的解决方案可以覆盖从设计、制造到一致性测试的整个产 品开发周期，帮助客户最大限度地降低测试设备的资本费用。
物联网设备厂商要想满足这些要求，这对他们是一大挑战。
可靠性。为确保可靠性，设备厂商必须在实验室或生产线上重建不同的实际工作场景，并 以高度的可重复性进行测试。他们还需要测试一些不利的场景，例如物联网服务器停机 并出现连接故障，目的是确保设备能够自行恢复，并且不会消耗过多电量。
最大覆盖范围。为确保最大覆盖范围，制造商需要仿真不同的射频环境，包括遥远位置、 地下室、隐蔽场所、混 凝 土 建 筑物以 及 工业环 境等。这 些 环 境中的射 频条 件可能 差异 很 大。他们需要执行发射机和接收机表征，以便了解设备在这些不同射频条件下的性能。
为了无线跟踪用水情况，该公司必须为水表添加一个很小的硬件设备，即物联网客户端 或代理器。这个硬件可以读取水表数字，并将读数定期发送到云。在这种情况下，数据速 率和时延并不重要。最重要的因素是覆盖范围和电池使用寿命。某些水表安装在遥远的 位置、地下室或难以到达的地方。无线技术必须支持广泛的覆盖区域，并能提供深入的 室内覆盖。水表中的电池预期能够使用 10 年以上。
表 1：LPWAN 技术比较
SIGFOX
LoRaWAN
窄带物联网
LTE Cat-M1
EC-GPRS
发布 链路预算 电池使用寿命 频谱
速率和调制
芯片 协议 认证
现在
现在
2016 年下半年
~146-162 dB* > 10 年
~150-157 dB* > 10 年
~164 dB > 10 年
非授权和轻授权 频段，例如 868、
支持广泛制式。很多制造商的产品采用了不同的 LPWAN 技术，以满足应用和国家的各种 要求。因此，他们需要测试解决方案能够支持尽量多的 LPWAN 技术。
验收或认证测试。使用蜂窝技术的器件，例如窄带物联网模块和 Cat-M1 模块，必须经受 认证和管理测试，例如GCF 和 PTCRB 测试。必须对这些器件执行多种测试用例，以确保 其符合相关标准。
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LPWAN 技术比较
由于蜂窝网络成本很高，用电量也很大，并且需要使用昂贵的硬件和服务，很多网络提供 商使用非授权的频谱来开发自己的无线网络。例如 LoRa、SIGFOX 和 Telensa。这些提供 商主要面向关键基础设施和农业等应用，开发自己的低成本基站。他们从小覆盖范围开 始，逐渐将基础设施的覆盖范围扩展到全国或全地区，并最终使用蜂窝回程连接到云。
915 MHz
非授权和轻授权 频段，例如 169、 433、 4段
上行链路：100 bps BPSK 100 Hz
带宽 下行链路：500 bps GFSK 600
Hz 带宽
GFSK、CSS （线 性调频扩频） ~0.3 至 50 kbps 125 kHz 带宽
LoRa 是一种专有技术，其芯片由 Semtech 提供。LoRaWAN 是以 LoRa 联盟开发和认证 的 LoRa 技术为基础建立的协议。LoRaWAN 主要是一个媒体接入控制（MAC）层协议， 它为应用提供了极高的灵活性，但也给开发人员开发完整的解决方案带来了一大挑战。
窄带物联网、LTE Cat-M1 和 EC-GPRS 是蜂窝物联网标准。.它们是采用多家厂商芯片或 设备的多厂商生态系统。与其它蜂窝制式一样，其认证由 GCF/PTCRB 管理。只需对现有 的蜂窝基础设施进行软件升级，您便能支持这些新技术。尽管它们比非授权的技术晚几 年时间问世，但是一经推出，就提供了非常快速的国内和国际覆盖，并支持需要广阔覆盖 范围的应用，例如车辆跟踪、物流和资产跟踪。
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EC-GPRS 是 GPRS 的改进版本。它可通过对现有 GSM 基础设施进行软件更新来获得支持。通过信 号中继或重新传输，它能实现比 GPRS 更好的链路预算。
其他 LPWAN 制式还包括 Telensa、Ingenu 和 Weightless。Telensa 是一个单一厂商设备，其中使用 了多家厂商的芯片，并且在亚 GHz 的频段内工作。它是一家垂直整合制造商，主要致力于智能路灯照 明业务，并开始进入停车传感器领域。Telensa 已在英国、美国和亚洲大量部署，用于路灯照明应用。 Ingenu 以其专有的 RPMA 技术为基础，并在非授权的 2.4 GHz 频段工作。Weightless 拥有三种不同 的无线设计，并由 Weightless Special Interest Group（SIG）进行管理。
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LPWAN 的要求和挑战
尽管 LPWAN 技术多种多样，但为了满足物联网应用的要求，它们都有一些共同特性。 – 可靠性——10 年或更长工作时间，完全无人值守，在物联网服务中断后能够自行恢复 – 高密度——支持大批量连接设备 – 低成本——模块单价 5 美元以下 – 出色的电池使用寿命——10 年以上，通常一天发送几条信息，每条信息包含数十个 字节，以便延长电池的使用寿命。 – 最大覆盖范围——覆盖难以接近或位置遥远的区域
LTE Cat-M1 根据 3GPP 发布的 LTE 技术修改而来。它是现有技术的简化版本，并使用了 更简单、更便宜的芯片组。它能够提供比其他 LPWAN 技术更快的数据速率，并可通过对 现有 LTE 基础设施进行软件更新来获得支持。Cat-M1 最初主要部署于美国。
窄带物联网是 3GPP 发布的一项全新技术。它可通过对 LTE 或现有 RAN 基础设施进行 软件更新来获得支持。与其他技术相比，其优点是设备成本相对较低，链路预算非常良 好。它最初主要部署于亚洲或欧洲。
是德科技 低功耗广域网（LPWAN） 技术——优势和测试挑战
应用指南
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什么是 LPWAN？
物联网是指由数十亿个设备连接到互联网所组成的一个网络。一些常见的设备包括可 穿戴设备和智能家居设备等。这些类型的应用，基本上是要以牺牲部分隐私为代价来获 取某些便利。对于工业物联网而言，其优势是巨大的。物联网可以提升工作效率、降低成 本、减少能耗，还包括机器学习依据大数据做出动作。通过分析所有这些设备所产生的 数据，您可以提升工作效率，或为客户提供更好的服务。由于您能够更深入地了解客户， 因此能提供新的服务并扩大业务范围。
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LPWAN 技术：案例研究
让我们思考一下，如何使用 LPWAN 在无线智能计量应用中提高工作效率。
一家公用事业公司负责为一个小城镇的所有家庭供水。这家公司必须派人到每一户去抄 水表。这个过程完全通过人工完成，在上门的路上浪费了大量时间。如果能够在每一户中 部署水表，通过水表无线跟踪用水情况，并将数据发送到云，该公司就可以节省大量的 工时，进而节省大量的成本，使公司可以专注于其他领域。此外，这家公用事业公司将能 更好地了解客户的用水模式，并据此优化供水能力，确保在高峰时段提供充足供水。
深入探测观察。您可以使用 VSA 软件和信号分析仪来观察调制质量和发射机性能。对于 高吞吐量设备，可以使用热像仪来定位热源。示波器对于探测设计中特定节点的电流非 常有用。对于要求最苛刻的应用，可以使用 CX3300 等具有更高带宽、更大动态范围的器 件电流波形分析仪来监测子电路的电流消耗情况。
下行链路大约 25 kbps，上行链路大 约 64 kbps（多音频
用户设备）
下行链路：QPSK 上行链路：π/4QPSK、π/2-BPSK、 QPSK 180 kHz 带宽
多厂商
Semtech
多厂商
SIGFOX SIGFOX
Semtech LoRa 联盟
3GPP 多厂商 GCF/PTCRB
2016 年下半年 ~156 dB > 10 年
LTE 授权频段
1 Mbps QPSK、 16 或 64QAM 1.4
MHz 带宽
多厂商 3GPP 多厂商 GCF/PTCRB
2016 年下半年 ~164 dB > 10 年
GSM 授权频段
~10 至 ~240 kbps GMSK、选 件 8PSK、200