芦君

摘要：低功耗远距离无线通信技术具有远距离、低功耗、低成本和覆 盖范围大等优势。覆盖面积较大就意味着能服务更多用户，低功耗可大大 延长电池寿命，延长电池更换周期，并以低成本发送和接收芯片可以有效地降低部署成本。

关键词：无线通信;低功耗处理;技术

前言

无线通信距离与发射功率息息相关，若是为了降低功耗而把发射功率降低则影响到通信距离与通信可靠性;然而在智能硬件中一般是传感量的采集与上报，都采用定时上报方式，也就是系统大部分时间是工作在空闲状态，故每次数据通信业务都是很短时间内完成，如果能将设备在等待时间里将无线通信部分的功耗节省下来，将大大降低智能设备的功耗。

1、现代无线通信技术的现状

1.1移动通信技术现状

近年来，我国移动通信技术发展迅速，主要体现在全球移动通信网络3G状态以及实现4G化方面。随着移动网络的发展，依附于其平台的应用服务也逐步升级。表现为涉及范围更广、服务针对的项目更加多元化以及使用更加便捷等。其集便捷、多元的特点已经使其进入了百姓的日常生活之中。

1.2蓝牙技术的发展现状

蓝牙通信技术多应用于短距离信息传输，其是以现代无线通信技术为基础而衍生的短距离无限通信技术。在其使用过程抗之中是以语音以及数据传输为载体从而实现在短距离上的信息交流手段。主要服务于移动以及固定的终端，为使用设备的用户提供短距离的数据传输服务。

1.3无线宽带发展现状

微波接入技术：使用无线微博接入技术，通过蜂窝结构式无线网络布局，大大减低了因距离问题而使数据受到的损伤，与此同时，这种无线网络结构有效的降低了无线型号发射的功率，实现了近距离的图像、语音、数据的双向、低损耗的传输。微型直接接入技术：这种通讯技术应用范围较小，通常应用于金融行业、房地产或者教育方面。通过该种技术实现了数据的高速传输，深受相关专业行业的青睐。红外光通讯接入技术：红外光数据传输速度极高可达3～65MB/s，由于红外光的工作波段，其传输距离可达百米以上，并且不会影响其他通讯设备的正常工作，在无线信号的接收方面则是使用的光学设备。多点微博接人技术：这种技术一般应用于多项低频阶段的信息传输，仅仅限于三种频段的信号传输，所以应用范围极小。

1.4超宽带技术现状

此种技术以无线载波为基础。利用无线通讯中单位相对较小的纳米级别非正弦性窄波在传输数据的过程之中运用脉冲的方式进行，其覆盖频幅波段非常广，可实现低功耗的工作化境下的信号数据传输，应用领域非常之广。

2、LoRa

LoRa全称“Long Rang”，是一种基于扩频技术的低功耗远距离无线通信技术。2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1GHz以下频谱的超长距低功耗数据传输技术芯片。它主要面向远距离低功耗的物联网无线应用，接收灵敏度可达-148dBm。与业界其他先进水平的Sub-GHz芯片相比，最高接收灵敏度改善了20dB以上。LoRa功耗极低，可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电。一节五号电池，理论上可供终端设备工作10年以上。同时，较低的数据速率也延长了电池寿命，增加了网络容量。LoRa使用线性调频扩频调制技术。这种无线调制技术既保持了移频键控调制的低功耗特性，又大大增加了通信范围[4]。这种调制技术具有高时间带宽积和非常宽的频带，其中高时间带宽积可以保证无线电信号避免遭受带内和带外干扰落。LoRa调制具有六个正交扩频因子，不同扩频序列终端即使使用相同的频率同时发送信息也不会相互干扰，因此在此基础上研制的集中器/网关能够同时在同一信道上并行接收并处理多个节点数据，提高了频谱效率，也大大扩展了系统容量。LoRa的优势在于技术方面的长距离通信能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里范围。在一个给定的位置，通信距离在很大程度上取决于环境或障碍物。链路预算通常用分贝（dB为单位）表示，是在给定的环境中决定距离的主要因素。LoRa拥有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。在20dBm发射功率下，LoRa调制的链路预算可达168dB，使得LoRa技术更适合于低成本大规模的物联网部署。

3、 LoRaWAN网络架构

许多现有部署的网络采用网状网络架构。在网状网络中，个别终端节点需转发其他节点的信息，以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。虽然这增加了范围，但也增加了复杂性，降低了網络容量，缩短了电池寿命。然而，LoRa网络采用星形拓扑的网络结构。当实现长距离连接时，终端节点和网关可直接进行信息交互，有效减少了网络复杂性和能量损耗，保护了电池寿命。，LoRaWAN网络架构由应用终端（内置LoRa模块）、LoRa网关（或基站）、网络服务器和业务服务器四部分组成。在LoRaWAN网络中，终端与网关不相关联。相反，一个终端传输的数据通常是由多个网关收到。每个网关将利用终端节点所接收的数据包通过回传技术（蜂窝、以太网、卫星或WiFi）转发到网络服务器。智能化和复杂性放到服务器上，服务器管理网络过滤接收的冗余数据，执行安全检查，通过最优的网关进行调度确认，并执行自适应数据速率等。如果一个节点是移动的或正在移动，不需要从网关到网关切换，这是LoRaWAN网络架构中的一个重要功能。LoRaWAN网络架构中，各组成部分的详细功能介绍如下。

应用终端：使用LoRa调制技术，实现数据远距离传输，包括物理层、MAC层和应用层的实现。

LoRa网关：LoRa网关是一个透明的中继，负责连接前端终端设备和后端服务器。网关将接收的终端上行数据聚集到一个各自单独的回程连接，解决多路数据并发问题，实现数据收集和转发。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信，且所有节点均为双向通信。由于采用了扩频技术，终端与网关之间的通信可以使用不同的频率和数据传输速率，且不会相互干扰。数据速率可根据不同传输距离和消息时延进行选择。网关和网络服务器使用标准的TCP/IP连接。

网络服务器：负责数据MAC层处理，重复数据包的过滤、数据传输速率选择、网关管理和选择、安全管理等。MAC层可遵循联盟标准的LoRaWAN协议，也可以遵循各厂商制定的MAC协议。

应用服务器：从网络服务器获取应用数据，分析并处理应用数据，进行应用状态展示、及时告警等。

4、结束语

无线通信技术代无线通信技术不但技术水平更先进，而且应用方式也有了飞跃式的突破与变革。依据目前现代无线通信技术的发展状况来看，其未来的发展前景也十分乐观，发展空间还很浩大。所以有必要继续推动现代无线通信技术的发展，从而带动我国社会经济的整体发展。

参考文献：

[1]王超.基于Zigbee的无线传感网络能耗控制方法研究[D].长沙：湖南大学，2015.

[2]程威，李开宁.休眠唤醒节能技术在Zigbee网络中的应用[J].无线互联科技，2015（18）：3-4.