LoRa 技术的特点和主流芯片总结

LoRa技术最近的发展如火如荼，尤其是在欧洲和北美，LoRa已经占据了LPWA市场的超过50%的份额。大家都知道LoRa是Semtch公司的专利，但是你知道么，其实LoRa的专利技术是Semtech公司收购过来的。

LoRa技术的前世

LoRa是远距离无线电“Long Range Radio”的缩写 ，于2009年作为一种线性调频扩频的调制技术,它是由一家法国公司Cycleo第一次向世人展示。法国人虽然发明了这一技术，但是并没有很好应用产品，也没有更好的推向市场，直到被Semtech所收购。

Semtech收购了LoRa技术后，做为当时唯一的LoRa产品的芯片生产商，它很好的打造了LoRa生态系统。

Lora联盟（LoRa Alliance）于2015年成立，目的是为了符合LoRaWAN的规定，同时也确保所有符合LoRaWAN的产品以及技术的互操作性。LoRa联盟是一个开放，非盈利的组织 ，其成员已经超过500个，其中包括IBM、Everynet、Actility、Microchip、Orange公司，思科系统，荷兰皇家电信，瑞士电信，Semtech等。这其中包括了芯片厂家，模组厂家，运营商，等等所有LoRa生态的公司和组织。

LoRa技术的特点

LoRa在频率上使用不需要申请许可证的sub GHz的射频频段，例如433MHz,868MHz(欧洲),915MHz（澳大利亚和北美）以及923MHz(亚洲）。 LoRa可以在低功耗下进行长距离的通讯。

而之所以LoRa可以在低功耗下进行长距离的通信是和它的独特的调制方式有关的。LoRa 具有独特的长距离通讯连接的物理层或无线调制， 相较于传统的 FSK 技术以及稳定性和安全性不足的短距离射频技术，LoRa 基于 CSS 调制技术（Chirp Spread Spectrum）在保持低功耗的同时极大地增加了通讯范围，且 CSS 技术数十年来已经广受军事和空间通讯所采用，具有传输距离远、抗干扰性强等特点。

LoRa扩展调频的方法是将承载的每一个位元用多个chirp信息来表示。扩频信号送出的速率是符号率，正常的符号率与chirp之间的比例是扩频因子（spreading factor，SF) 。他表示每一个位元所对应的符号率。LoRa可以在固定频宽下，在灵敏度和符号率之间进行选择，可以选择的扩频因子在（7到12）之间。高SF表示每秒送出的chirp越多，抗干扰能力越好，同时信号的灵敏度也更高。对于LoRa的带宽，可以从7.8K到500K不等。相应的带宽越小，信号灵敏度越高。在内部LNA打开的情况下，7.8KHz带宽下，SF等于12，信号灵敏度可以达到-140dbm上。高的link budget也保证了，它可以长距离工作。

LoRa 芯片

LoRa 作为Semtec公司的主要产品，它的芯片有很多不同的型号。总的来说产品线比较全，由做node的芯片，也由作为gateway的芯片。对于不同带宽，不同功率，不同SF的需求，下面列出了Semtech 公司的主要的一些收发器，同时对他们的主要的性能指标进行了总结。

Semtech Lora IC的比较

其中LR1110超低功耗射频平台，集成了 LoRa® 收发器、远程 FHSS 调制器、GNSS scanner和针对资产管理应用的无源 Wi-Fi AP MAC 地址scanner。 LR1110 解决方案利用 Semtech 的 LoRa Cloud™ Ceolocation 功能，通过基于云的运算确定资产位置来显著地降低功耗。LR1110的推出满足了edge的需求，所以也成为LoRa for Edge.

LoRa 芯片产品本来就是独家供应。但是在2018 年 Semtech 开始改变传统的产品营销模式，授权 IP 给一些公司做 LoRa 产品，形成了多供应商的市场供应局面，共同做大市场。ST作为Semtech公司的重要合作商，一直在与Semtech合作推广LoRa的应用。基本STM32平台，ST做了很多的参考设计，这是一个双赢的效果。在推广LoRa芯片的同时，很多的客户也选择了ST的产品作为LoRa IC 的hoster。在2021年，ST也推出了经由Semtech授权的STM32WL55的集成了LoRa的单芯片产品。

ST Micro 的 带Lora功能的控制器

未来，或许会有更多的 LoRa 芯片供应商，市场最大也最符合 Semtech 公司的利益。

LoRa的应用

经过近十年的发展，LoRa的网络已经遍布全世界。

和NBIOT相比LoRa工作在1GHz以下的无执照频段，因此其应用不需要额外付费。NB-IoT和蜂窝通信授权使用1GHz以下的频段，所以要收费。500MHz到1GHz之间的频段是长距离通信的最佳选择，因为天线的实际尺寸和效率都是相当有利的。

同时和NB-IoT相比，LoRa协议对于终端节点来说更简单、更容易开发，对于微处理器来说具有更好的适用性和兼容性。对于那些预算有限，做私有网络的小企业来说，LoRa的优势还是比较明显的。

物联网中的LoRa，到底是个什么鬼？

物联网正成风口。

如今处于物联网时代，随着物联网的快速发展，无线通信技术也得以迈步发展，在物联网网络层的多种连接技术里，不仅需要速率和稳定性更高的5G技术，也需要低功耗、远距离、大连接的LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功耗广域网络）技术。

其中，LoRaWAN以其独特的灵活性脱颖而出，得到物联网界的认可。

提到LoRaWAN，就不得不提到LoRa，LoRa是LoRaWan的一个子集，属于物理层的一种调制技术，采用线性调制扩频的方式，能显著提高接收灵敏度，实现了比其它调制方式更远的通信距离。

LoRa作为LPWAN主流技术之一，正在赋能智慧城市中的物联网转型。

关于LoRa技术的发展现状和未来趋势，且看下文。

关于LoRa，你了解多少？

LoRa的名字是远距离无线电（Long Range Radio），作为一种线性调频扩频的调制技术，最早由法国几位年轻人创立的一家创业公司Cycleo推出，2012年Semtech收购了这家公司，并将这一调制技术封装到芯片中，基于LoRa技术开发出一整套LoRa通信芯片解决方案，包括用于网关和终端上不同款的LoRa芯片，开启了LoRa芯片产品化之路。

不过，仅仅一个基于LoRa调制技术的收发芯片还远不足以撬动广阔的物联网市场，在此后的发展历程中，由于多家厂商发起的LoRa联盟，以及推出不断迭代的LoRaWAN规范，催生出一个全球数百家厂商支持的广域组网标准体系，从而形成广泛的产业生态。

推动这一生态的相关技术标准、产品设计、应用案例等都是多个厂商共同参与的过程，这些也是形成目前庞大产业生态更为关键的元素，而它们并不属于Semtech 单个公司所有，比如LoRaWAN规范是一个全球多个厂商共同参与的开放标准，任何组织或个人都可以根据这一规范进行产品开发和网络部署。

相较于大多数的网络采用网状拓朴，易于不断扩张网络规模，但缺点在于使用各种不相关的节点转发消息，路由迂回，增加了系统复杂性和总功耗。LoRa采用星状拓朴（TMD组网方式），网关星状连接终端节点，但终端节点并不绑定唯一网关，相反，终端节点的上行数据可发送给多个网关。理论上来说，用户可以通过Mesh、点对点或者星形的网络协议和架构实现灵活组网。

LoRa网络构架

LoRa主要在全球免费频段运行（即非授权频段），包括433、868、915 MHz等。LoRa网络构架由终端节点、网关、网络服务器和应用服务器四部分组成，应用数据可双向传输。

LoRa是创建长距离通讯连接的物理层或无线调制， 相较于传统的FSK技术以及稳定性和安全性不足的短距离射频技术，LoRa基于CSS调制技术（Chirp Spread Spectrum）在保持低功耗的同时极大地增加了通讯范围，且CSS技术数十年已经广受军事和空间通讯所采用，具有传输距离远、抗干扰性强等特点。

此外，LoRa技术不需要建设基站，一个网关便可控制较多设备，并且布网方式较为灵活，可大幅度降低建设成本。

LoRa因其功耗低，传输距离远，组网灵活等诸多特性与物联网碎片化、低成本、大连接的需求十分的契合，因此被广泛部署在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等多个垂直行业，前景广阔。

LoRa的特性总结：

传输距离：城镇可达2-5 Km ， 郊区可达15 Km 。工作频率：ISM 频段 包括433、868、915 MH等。标准：IEEE 802.15.4g。调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，semtech公司私有专利技术。容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。电池寿命：长达10年。安全：AES128加密。传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长，这很像一个人挑东西，挑的多走不太远，少了可以走远。

LoRa发展现状

大约从2014年起，国内首批企业开始研发LoRa相关产品，至今经过5年的时间，LoRa已经从一个小范围使用的小无线技术成长为物联网领域无人不晓的事实标准。

去年年初，工信部无线电管理局发布《微功率短距离无线电发射设备技术要求（征求意见稿）》的意见，其中提到了470-510MHz频段的使用允许用于无线传声器，明确用于传送声音的无线电设备，而非数据；同时强调“限单频点使用，不能用于组网应用”。一封针对LoRa组网应用的征求意见稿受到行业人士的广泛关注，使得LoRa网络在国内的发展一度面临困境。

最终，在产业各界人士的努力下，工信部的规定没有明确指出不能组网，而是表示可以做局域网，对具体应用也解除了限制，从而解决了LoRa在国内发展的不确定性问题。另一方面，随着几大互联网巨头腾讯、谷歌以及阿里相继加入LoRa联盟，为LoRa的生态圈引入了强援，一起应对LoRa发展过程中所面临的难题。

科技巨头纷纷入局LoRa、加入LoRa联盟，可以看出各企业都希望借助LoRa这个切入点来确立自身在物联网和产业互联网领域的地位。阿里和腾讯两大互联网巨头将LoRa作为其物联网布局的重要入口，主推的LinkWAN平台和TTN平台对于产业链上下游的带动作用非常明显。另外，铁塔、联通以及广电等群体也开始针对LoRa产业进行布局，进一步促进其在各行业应用的落地。

从目前的市场结构看，国内已有上千家企业参与到LoRa产业生态中，呈现出大中小型企业、传统企业与互联网企业共同参与的格局。国内提供给LoRa发展的产业大环境不断向好，LoRa联盟自身力量也在不断壮大。

据资料了解，2018年国内LoRa芯片出货量达到数千万片，其中，模组和表计厂商占据大部分采购份额，基站厂商采购量位居其次。除此之外，国内还有大量分散的模组、终端厂商也会直接采购LoRa芯片，虽然都是小批量，但加起来规模还算可观。

对于大部分模组、终端、系统和应用厂商来说，它们对于各种技术是中立的，选择何种技术路线大部分是一种纯市场化行为。LoRa芯片是支持整个产业的重要底层元器件，但整个产业结构的形成还要靠多种力量共同努力，这种力量在国内已经形成。LoRa相关产品灵活性较强已成业界共识，不仅仅在于能够在各种环境下自主部署网络，还在于各类开发者能够选择多个平台，快速得到开发支持。

近一年来，LoRa在智慧城市、智能园区、智慧建筑、智慧安防等垂直领域也有了大量落地的行业应用。Semtech物联网业务总监Vivek Mohan曾表示，目前全球大量的垂直行业中已形成300多个应用场景。

多维度下的LoRa

从需求角度上看： 国内的LoRa芯片需求呈现分散化的状态。一方面，由于参与LoRa产业生态的行业较多，很难形成垄断性的需求方；另一方面，相应模组、终端的进入门槛不高，很多中小型团队和终端厂商也可以快速推出LoRa硬件产品，这是一个充分竞争性的市场。

从技术生态上看： LoRa是一种物理层的调制技术，可将其用于不同的协议中，比如LoRaWAN协议、CLAA网络协议、LoRa私有网络协议、LoRa数据透传。随着使用协议的不同，最终的产品和业务形态也会有所不同。其中，LoRaWAN协议是由LoRa联盟推动的一种低功耗广域网协议，同时LoRa联盟将LoRaWAN进行了标准化，以确保不同国家的LoRa网络是可以互操作的。截至目前，LoRaWAN标准已建立起“LoRa芯片-模组-传感器-基站或网关-网络服务-应用服务”的完整生态链。

从数据结果上看： Semtech提供的数据表明，在网络部署方面，70多个国家，100多家网络运营商部署了LoRa网络，并且最近几年LoRa的市场体量一直保持着高速增长。同时，其部署的LoRa基站，则从7万台增加到20多万台，能支持约12亿个节点，实际部署的节点超过9000万个。

从规模程度上看： 美国Semtech公司是全球LoRa技术应用的主要推动者，Semtech为促进其他公司共同参与到LoRa生态中，于2015年2月联合Actility、Cisco和IBM等多家厂商共同发起创立LoRa联盟。经过四年的时间发展，目前LoRa联盟在全球拥有超过500个会员。

中国市场是LoRa全球生态建设中非常重要的部分。2018年，阿里巴巴、腾讯、京东等互联网巨头均以最高级别会员身份加入LoRa联盟，同时，克拉科技、地方广电、浙江联通、联通物联网公司等LoRa生态伙伴也开始在各地积极部署LoRa网络。

从政策导向上看： 尽管工信部发布了《微功率短距离无线电发射设备技术要求（征求意见稿）》，一时之间使得LoRa的商用前景变得不够明朗。但是并没有让LoRa销声匿迹，在业界生态伙伴的大力支持下，反而生命力愈加顽强，产业生态不断壮大。

结语

LoRa技术是Semtech公司的专利，其LoRa芯片产品期初也是独家供应，但单一的LoRa产品必然会带来产品价格、功能等方面的局限性。

2018年Semtech开始改变传统的产品营销模式，授权IP给一些公司做LoRa产品，形成了多供应商的市场供应局面，LoRa芯片供应厂家通过走差异化路线，融合不同功能的芯片，满足更多差异化应用的需求，如LoRa＋GPS获取位置信息，LoRa＋BLE与本地近场设备连接通信，LoRa＋安全芯片增强设备的安全性等，来共同做大市场。

未来，或许会有更多的LoRa芯片供应商，市场做大也符合Semtech公司的利益。

综上所述，可以看到，不论从技术、供应链体系、产业结构还是生态建设，LoRa依然是一个市场化行为为主导的技术选项，大国之间政治经济博弈对于LoRa供求各方产生的影响很小。采用LoRa通信的物联网项目中包含非常多的技术和元素，很多价值远远超过通信本身，未来发展中，业界应该更多聚焦于应用价值的创造，聚焦于市场化行为和商业模式，以求在物联网时代赢得先机。

文章参考

物联网智库《超9000万LoRa节点，全球物联网的事实标准已形成？》

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