LPWA - IoT时代的通信技术

IoT通信技术要求能够以低功耗覆盖大范围的网络。LPWA则是适用于IoT时代的一种无线网络技术。此次将在对LPWA的优点与种类进行解说后，对康泰克提供的LPWA产品进行介绍。

目录

LPWA的优点

     *LPWA与IoT

     *蜂窝式LPWA与非蜂窝式LPWA

     *LPWA的种类

支持LPWA的康泰克产品

     *支持LoRa的产品

     *使用Sub-GHz的无线I/O

LPWA的优点

LPWA 是“Low Power Wide Area”的缩写，是能够以低功耗覆盖大范围的无线通信网络的统称。一般而言，其能够进行比无线LAN及Bluetooth更长距离（数km～数十km）的数据通信，并且具备功耗比手机的移动通信更低的优点。

LPWA与IoT

许多人在使用智能手机时，会根据场合切换为无线通信进行使用。例如，我们会进行如下无线通信的切换。

     *室内：连接无线LAN的接入点进行数据通信

     *室外：使用通信运营商提供的移动通信

     *无线耳机：通过Bluetooth连接

切换通信进行使用的原因在于其各自拥有如下特点。

操作智能手机进行数据通信时，能够使用高速大容量的通信更为方便。在这样的需求下，无线通信网络发展至今。但在各类设备及传感器连接互联网的IoT领域中，会要求需要具备其他性能。

例如，让我们想象一下通过数据通信收集宽阔的工厂厂区各处的温度数据的情况。此时，Bluetooth或无线LAN的通信距离过短，无法覆盖工厂内所有区域。而移动通信能够覆盖很广的范围，但功耗则是其瓶颈所在。

在厂区内没有电源的场所中，温度传感器可能需要使用安装电池的产品。一旦功耗较高，则会需要频繁地更换电池。与图像或语音不同，温度数据无论在数据量还是通信频率都较小。

在这种用途中，相比通信速度与数据容量，更要求能够通过低功耗进行通信。因此，使用低功耗的LPWA便可降低更换电池的频率，并确保长时间使用。为实现IoT所要求的“大范围覆盖”与“长时间数据通信”，LPWA被制定为一种具有长通信距离与低功耗的无线通信网络。

蜂窝式LPWA与非蜂窝式LPWA

LPWA大致可分为“蜂窝式LPWA”与“非蜂窝式LPWA”。

蜂窝式LPWA  使用需要无线局安装执照的频段（许可频段），并采用大型运营商网络的技术

非蜂窝式LPW     采用无线局安装无需执照的频段（免许可频段）的技术

LPWA的种类

Cat.M1

Cat.M1是指使用LTE频段频率的蜂窝式通信方式，其主要优点在于上行1Mbps / 下行1Mbps ，相比其他LPWA通信方式能够实现高速通信。其传输距离为数km～十数km，能够覆盖较大范围。推进团体为由各国地区构成的标准化机构“3GPP (3rd Generation Partnership Project)”。

Cat.M1能够使用需要执照的大型通信运营商的网络，因此相比非蜂窝式通信方式范围更广，且通信更稳定。但也存在“功耗大”、“成本高”的缺点。其对于数据传输量较大的情况而言是一种有效的通信方式。

NB-IoT

NB-IoT的“NB”是“Narrow Band”的简称，与Cat.M1一样，是由3GPP推进的需要执照的蜂窝式通信方式。由于使用部分LTE频段频率（窄频率），因此相比Cat.M1，该通信方式的成本更低，传输速度更慢。传输速度为上行约63kbps / 下行约27kbps，传输距离为数km～十数km。

相比Cat.M1，其规格更偏向于IoT，虽然通信量较少，但在使用多个设备时有望降低成本。

Sigfox

Sigfox是指由法国“SIGFOX”推进的非蜂窝式LPWA通信方式。日本使用的是920MHz的频段。虽然传输速度较慢，上行100bps / 下行600bps，但传输距离能够覆盖数km～数十km的超大范围，且成本、功耗低。

上行数据量1次发送为12字节，通信次数限制在1天最多140次，因此适用于智能仪表等的通信量、通信次数较少的IoT。

虽然属于基站安装无需执照的免许可频段，但实际安装基站的是一个国家只有一家SIGFOX网络运营商，日本由京瓷通信系统公司（KCCS）负责安装基站，提供通信服务。

LoRa

LoRa是规定了由Semtech公司开发的LPWA物理层的标准，其名称来源于Long Range。该方式在日本的频段为920MHz。传输速度较慢，为上行0.3kbps / 下行50kbps，但通信速度比Sigfox更快。传输距离为数km～十数km，可以低成本、低功耗进行使用。

在无需执照的免许可频段，相比SIGFOX必须使用SIGFOX网络运营商提供的基础设施，其能够在自营基站安装使用。LoRa中只规定了物理层，因此LoRa基站与LoRa设备通信为各公司独立实现，相互之间无兼容性。

LoRaWAN

LoRa只规定了物理层，而LoRaWAN是LoRa联盟规定的无线通信网络标准。由于规定为无线通信网络，因此各公司的LoRaWAN基站与LoRaWAN设备可相互通信。

除了安装和使用自营基站外，还可以使用运营商安装的LoRaWAN基站。使用运营商安装的LoRaWAN基站时需要与运营商签订使用合同。

支持LPWA的康泰克产品

康泰克提供有支持LoRa标准的产品以及使用868M频段的无线产品。

持LoRa的产品

CPS-COM-1QL是康泰克的IoT控制器设备CONPROSYS系列的扩展模块，支持LoRa调制方式的室外通信，实现了距离10km以上场所的IoT控制器设备之间的无线通信。

康泰克在“六甲缆车山上站旁的天览台（兵库县）”和“舞洲体育岛风战丘（大阪府）”之间的约17km实施了新产品通信测试，证实了可实现稳定通信。

CPS-COM-1QL

     *实现10km以上的长距离通信

     *仅为25.2(W)×94.7(D)×124.8(H) mm，设计紧凑，适合任何场所安装

     *适用于-20～+60度的环境温度，可在各类环境中使用

     *通过DIN导轨安装及滑动式安装可简单更换本产品

使用Sub-GHz的无线I/O

提供使用868MHz（日本为920MHz），实现数字量输入输出及模拟量输入输出的无线I/O。与前述的LoRa标准相比通信距离较短，为1km左右，但能够更轻松地构建系统。

GW1-ETH-WQ

网关（主机）

AI-1004LY-WQ

模拟量输入（子机）

DIO-0404LY-WQ

绝缘数字量输入输出（子机）

优点与使用模式

     *通信距离达1km，多跳通信，覆盖范围广

     *可作为Modbus TCP Slave、PLC的无线远程I/O使用

     *从Windows PC、CONPROSYS系列也可作为无线I/O使用

     *在不使用主机设备的数字量输入输出设备单体状态下的信号传导中也可以使用

     *P2P（Peer-to-Peer）模式下的信号传导

将2台数字量输入输出终端相对放置，进行信号传导的模式。其无需主机或PC/PLC，能够将一方的输入状态直接反映到另一方的输出状态中，并且最大可进行1km的通信。

     *使用选购件DIN导轨安装支架时还可安装在DIN导轨上

康泰克的LPWA产品通过配合在IoT方面拥有丰富产品阵容的CONPROSYS系列将能够用于各类场景。如果您正在探讨IoT解决方案，请随时与我们联系。