LPWA能使用较低功耗实现远距离的无线信号传输
lpwa的定义
lpwa – low power wide area， 低功耗广域技术的简称，使用较低功耗实现远距离的无线信号传输。相较于熟悉的低功耗蓝牙（ble）、zigbee和wifi等技术，lpwa的传输距离更远，一般在公里级，其链接预算（link budget）可达160dbm，而ble和zigbee等一般在100dbm以下。和传统的蜂窝网络技术（2g、3g）相比，lpwa的功耗更低，电池供电的设备使用寿命可达数年。基于这两个显著特点，lpwa可以真正使能物物互联，助力和引领物联网（iot）革命。
lpwan – low power wide area network，低功耗广域网络，即使用lpwa技术搭建的无线连接网络。lpwan的网络连接形式可以多种多样，典型的拓扑如图1所示，以数据上传（data uplink）为例，无线终端发送数据信号，基站或者网关接收并将数据传输到云平台，云平台根据设备id将数据分发到对应的客户服务器。对于私有的lpwan网络，云端和客户服务器可以是一体的。
图1典型lpwa网络连接
lpwa的特性
lpwa针对物联网应用的需求，具备以下技术特性：
低功耗
一般的物联网设备无法使用电源直接供电，电池使用寿命即成为首要考虑需求，lpwa对此进行技术优化，使得电池供电设备使用可达数年。例如使用sigfox技术的终端设备，用aa电池供电即可达10年左右。
远距离
室内或短距离的物联应用，可以使用低功耗蓝牙，zigbee等无线技术，lpwa针对的是室外或者远距离的无线连接需求，传输速率要求较低，所以传输距离更远，至少在公里级。sigfox使用超窄带进行数据传输，并且选用较低的传输速率，从而使得设备和基站间的链接预算（link budget）可达160dbm，空旷区域的信号传输距离可达几十公里。
低成本
新技术的普及离不开成本的持续降低，更低的成本可以使得技术应用在更多的领域，尤其是对价格敏感的应用。用于lpwa终端设备的射频模块，随着技术成熟度的提升，应用的普及，设备连接量的增加，其一般价格在5美金之下是可期的。而sigfox技术很早已经完全达到商业化的成熟度，其终端模块价格甚至可达2美金，对技术的普及起到重要作用。
大容量
传统的无线蜂窝网络首要的连接对象是人，物联网的连接对象是物，而物的数量必将远远超过人的数量，这就要求lpwa网络有更大的容量，避免网络的拥挤和设备间的干扰。sigfox网络单个基站可以每天处理几百万条设备消息，可以同时接收并处理接近300条消息，而丢包率只有0.5%，保证有很高的网络服务质量（qos）。
lpwa除了以上显著技术特性外，通常还有低速率，高延迟等特点。
图2 lpwa技术特性比较
lpwa应用场景
lpwa技术可用于众多物联网应用场景，实现产业的数字化和智能化，从而进一步提高效率和节约成本，促进整个社会劳动生产率的提升。
其典型的应用场景有：
物流定位及追踪–实时上报物流位置及状态信息
资产管理–资产定位，库存状态上报
智能抄表–仪表数字及状态上报
智慧城市–照明，交通，基础实施检测智能化，智能停车等
智慧农业–牲畜追踪管理，土壤检测，智能灌溉等
环境/公用–灾害检测，烟感，空气污染，设备状态，老人看护等
智能家庭–智能家电，家庭安全系统，状态检测上报等
典型lpwa技术
按照对无线频谱的使用性质分类，lpwa可以分为许可频段和公共频段两类技术。
公共频段典型的有sigfox和lora，使用公共的ism频段，无须支付频谱费用，但仍有政府对频谱的使用进行规范，确保不同技术可以相互兼容，类似ble和wifi等。
许可频段即为cellular-iot（简称c-iot）技术，使用政府授权的特定专用无线频段，需要支付频谱费用，传统电信运营商为主体部署和运营网络，技术规范基于蜂窝网络技术，并由3gpp来主导分布。
sigfox
sigfox技术由同名的法国sigfox公司设计研发，成立于2010年，是最早的老牌lpwa玩家，其技术成熟度最高，截至2019年已经在全球60多个国家实现商业化运营。sigfox在公共频段使用100hz超窄带频谱调制和传输数据消息，所以在单位频带有更高的功率密度，抗干扰能力更强，适合于使用公共频段进行数据传输。
sigfox公司提供完整的网络解决方案，包括基站和云端，寻求和依赖当地的合作伙伴在全球开展网络部署及运营，sigfox提供网络设备及技术支持服务。终端设备是开放的生态系统，任何支持sigfox协议的射频模块或者芯片都可以连接sigfox的网络，对于终端设备厂商来说可以有更大的选择空间，和更优惠的价格选项。依托于强大的全球生态系统，sigfox用户可以得到端到端（终端到云端）的整体解决方案，使其产品能够快速连接到sigfox网络，并推向市场。
因为sigfox网络由sigfox公司为主导进行全球部署，这样能最大程度保证网络服务质量的统一性和稳定性，即全球一张网，用户设备即可以享受到跨国的便利性，不需要漫游服务，又能连接到同等品质的网络，这对于物流或者跨境运行等应用来说尤其有吸引力。
lora
lora是美国semtech公司的专有技术，实际是一种采用扩频方案的无线调制解调技术。semtech在2012年通过并购法国cycleo公司获得lora的ip产权，以此设计制造射频芯片并进行市场销售，是一家纯半导体公司，垄断lora芯片的供货。目前semtech虽然也进行少量lora的ip授权，如国内的阿里，但ip是semtech专有，没有授权任何公司无法设计制造lora芯片，所以客户的选择余地很小。
lora使用的也是公共频段进行射频信号传输，上层协议及规范由lorawan定义，lora联盟负责发布和维护。任何人可以购买lora芯片或者模块来设计lora终端和网关设备，也可以设计或者购买设备来搭建lora网络，所以目前多数的lora网络都是小区域和私有的，很少有全国性的通用物联网络，而设备和网络间的兼容也是一个很大的挑战。
lora通过扩频技术实现高灵敏度，从而能够进行远距离传输，但是网络容量有限，无法高效实现大批量设备信息的并行接收和处理，这对于大面积或全国性的部署是个巨大挑战。
cellular-iot
目前主流的cellular-iot（c-iot）技术是指nb-iot和lte-m，他们都基于传统的蜂窝网络技术，进行裁剪和优化以适用于物联网的低成本低功耗应用。技术规范由3gpp来定义和分布，基于专有的许可频谱，由传统电信运营商进行网络部署和运营。
因为c-iot基于传统蜂窝网络技术，所以相比与sigfox等全新的lpwa定制技术来说，技术复杂度和相应成本功耗等都会更高，类似于3g/4g等，c-iot终端设备也需要和基站进行连接和附着，协议握手和网络参数配置，而sigfox终端设备和基站没有任何依赖关系，自主性更高，功耗可控。另外因为对基站的附着，nb-iot实际上只适用于设备位置固定的应用场景。
全球角度来说，c-iot网络具有分散性质，各个运营商只能在属地国家或者区域进行部署运营，不同网络的参数配置和服务质量各不相同。以nb-iot网络为例，总共支持有十多个频带（band），不同国家或者地区的网络可以使用不用的band，这对于终端设备来说是更高的成本和技术挑战。而不同网络的服务质量更是无法进行统一和保证，网络间的切换也需要高额的漫游费用，nb-iot网络甚至不支持漫游。
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lpwan – low power wide area network，低功耗广域网络，即使用lpwa技术搭建的无线连接网络。lpwan的网络连接形式可以多种多样，典型的拓扑如图1所示，以数据上传（data uplink）为例，无线终端发送数据信号，基站或者网关接收并将数据传输到云平台，云平台根据设备id将数据分发到对应的客户服务器。对于私有的lpwan网络，云端和客户服务器可以是一体的。
图1典型lpwa网络连接
lpwa的特性
lpwa针对物联网应用的需求，具备以下技术特性：
低功耗
一般的物联网设备无法使用电源直接供电，电池使用寿命即成为首要考虑需求，lpwa对此进行技术优化，使得电池供电设备使用可达数年。例如使用sigfox技术的终端设备，用aa电池供电即可达10年左右。
远距离
室内或短距离的物联应用，可以使用低功耗蓝牙，zigbee等无线技术，lpwa针对的是室外或者远距离的无线连接需求，传输速率要求较低，所以传输距离更远，至少在公里级。sigfox使用超窄带进行数据传输，并且选用较低的传输速率，从而使得设备和基站间的链接预算（link budget）可达160dbm，空旷区域的信号传输距离可达几十公里。
低成本
新技术的普及离不开成本的持续降低，更低的成本可以使得技术应用在更多的领域，尤其是对价格敏感的应用。用于lpwa终端设备的射频模块，随着技术成熟度的提升，应用的普及，设备连接量的增加，其一般价格在5美金之下是可期的。而sigfox技术很早已经完全达到商业化的成熟度，其终端模块价格甚至可达2美金，对技术的普及起到重要作用。
大容量
传统的无线蜂窝网络首要的连接对象是人，物联网的连接对象是物，而物的数量必将远远超过人的数量，这就要求lpwa网络有更大的容量，避免网络的拥挤和设备间的干扰。sigfox网络单个基站可以每天处理几百万条设备消息，可以同时接收并处理接近300条消息，而丢包率只有0.5%，保证有很高的网络服务质量（qos）。
lpwa除了以上显著技术特性外，通常还有低速率，高延迟等特点。
图2 lpwa技术特性比较
lpwa应用场景
lpwa技术可用于众多物联网应用场景，实现产业的数字化和智能化，从而进一步提高效率和节约成本，促进整个社会劳动生产率的提升。
其典型的应用场景有：
物流定位及追踪–实时上报物流位置及状态信息
资产管理–资产定位，库存状态上报
智能抄表–仪表数字及状态上报
智慧城市–照明，交通，基础实施检测智能化，智能停车等
智慧农业–牲畜追踪管理，土壤检测，智能灌溉等
环境/公用–灾害检测，烟感，空气污染，设备状态，老人看护等
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典型lpwa技术
按照对无线频谱的使用性质分类，lpwa可以分为许可频段和公共频段两类技术。
公共频段典型的有sigfox和lora，使用公共的ism频段，无须支付频谱费用，但仍有政府对频谱的使用进行规范，确保不同技术可以相互兼容，类似ble和wifi等。
许可频段即为cellular-iot（简称c-iot）技术，使用政府授权的特定专用无线频段，需要支付频谱费用，传统电信运营商为主体部署和运营网络，技术规范基于蜂窝网络技术，并由3gpp来主导分布。
sigfox
sigfox技术由同名的法国sigfox公司设计研发，成立于2010年，是最早的老牌lpwa玩家，其技术成熟度最高，截至2019年已经在全球60多个国家实现商业化运营。sigfox在公共频段使用100hz超窄带频谱调制和传输数据消息，所以在单位频带有更高的功率密度，抗干扰能力更强，适合于使用公共频段进行数据传输。
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lora
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cellular-iot
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