1、LPWA的定義

LPWA – Low power wide area, 低功耗廣域技術的簡稱，使用較低功耗實現遠距離的無線訊號傳輸。相較於熟悉的低功耗藍芽（BLE）、Zigbee和Wifi等技術，LPWA的傳輸距離更遠，一般在公里級，其連結預算（link budget）可達160dBm，而BLE和Zigbee等一般在100dBm以下。和傳統的蜂窩網路技術（2G、3G）相比，LPWA的功耗更低，電池供電的裝置使用壽命可達數年。基於這兩個顯著特點，LPWA可以真正使能物物互聯，助力和引領物聯網（IoT）革命。

LPWAN – Low power wide area network，低功耗廣域網路，即使用LPWA技術搭建的無線連線網路。LPWAN的網路連線形式可以多種多樣，典型的拓撲如圖1所示，以資料上傳（data uplink）為例，無線終端傳送資料訊號，基站或者閘道器接收並將資料傳輸到雲平臺，雲平臺根據裝置ID將資料分發到對應的客戶伺服器。對於私有的LPWAN網路，雲端和客戶伺服器可以是一體的。

2、LPWA的特性

LPWA針對物聯網應用的需求，具備以下技術特性：

低功耗

一般的物聯網裝置無法使用電源直接供電，電池使用壽命即成為首要考慮需求，LPWA對此進行技術優化，使得電池供電裝置使用可達數年。例如使用Sigfox技術的終端裝置，用AA電池供電即可達10年左右。

遠距離

室內或短距離的物聯應用，可以使用低功耗藍芽，Zigbee等無線技術，LPWA針對的是室外或者遠距離的無線連線需求，傳輸速率要求較低，所以傳輸距離更遠，至少在公里級。Sigfox使用超窄帶進行資料傳輸，並且選用較低的傳輸速率，從而使得裝置和基站間的連結預算（link budget）可達160dBm，空曠區域的訊號傳輸距離可達幾十公里。

低成本

新技術的普及離不開成本的持續降低，更低的成本可以使得技術應用在更多的領域，尤其是對價格敏感的應用。用於LPWA終端裝置的射頻模組，隨著技術成熟度的提升，應用的普及，裝置連線量的增加，其一般價格在5美金之下是可期的。而Sigfox技術很早已經完全達到商業化的成熟度，其終端模組價格甚至可達2美金，對技術的普及起到重要作用。

大容量

傳統的無線蜂窩網路首要的連線物件是人，物聯網的連線物件是物，而物的數量必將遠遠超過人的數量，這就要求LPWA網路有更大的容量，避免網路的擁擠和裝置間的干擾。Sigfox網路單個基站可以每天處理幾百萬條裝置訊息，可以同時接收並處理接近300條訊息，而丟包率只有0.5%，保證有很高的網路服務品質（QoS）。

LPWA除了以上顯著技術特性外，通常還有低速率，高延遲等特點。

圖2 LPWA技術特性比較

3、LPWA應用場景

LPWA技術可用於眾多物聯網應用場景，實現產業的數字化和智慧化，從而進一步提高效率和節約成本，促進整個社會勞動生產率的提升。

其典型的應用場景有：

物流定位及追蹤–實時上報物流位置及狀態資訊資產管理–資產定位，庫存狀態上報智慧抄表–儀表數字及狀態上報智慧城市–照明，交通，基礎實施檢測智慧化，智慧停車等智慧農業–牲畜追蹤管理，土壤檢測，智慧灌溉等環境/公用–災害檢測，煙感，空氣汙染，裝置狀態，老人看護等智慧家庭–智慧家電，家庭安全系統，狀態檢測上報等

4、典型LPWA技術

按照對無線頻譜的使用性質分類，LPWA可以分為許可頻段和公共頻段兩類技術。

公共頻段典型的有Sigfox和LoRa，使用公共的ISM頻段，無須支付頻譜費用，但仍有政府對頻譜的使用進行規範，確保不同技術可以相互相容，類似BLE和Wifi等。許可頻段即為Cellular-IoT（簡稱C-IoT）技術，使用政府授權的特定專用無線頻段，需要支付頻譜費用，傳統電信運營商為主體部署和運營網路，技術規範基於蜂窩網路技術，並由3GPP來主導分佈。

4.1 Sigfox

Sigfox技術由同名的法國Sigfox公司設計研發，成立於2010年，是最早的老牌LPWA玩家，其技術成熟度最高，截至2019年已經在全球60多個國家實現商業化運營。Sigfox在公共頻段使用100Hz超窄帶頻譜調製和傳輸資料訊息，所以在單位頻帶有更高的功率密度，抗干擾能力更強，適合於使用公共頻段進行資料傳輸。

Sigfox公司提供完整的網路解決方案，包括基站和雲端，尋求和依賴當地的合作伙伴在全球開展網路部署及運營，Sigfox提供網路裝置及技術支援服務。終端裝置是開放的生態系統，任何支援Sigfox協議的射頻模組或者晶片都可以連線Sigfox的網路，對於終端裝置廠商來說可以有更大的選擇空間，和更優惠的價格選項。依託於強大的全球生態系統，Sigfox使用者可以得到端到端（終端到雲端）的整體解決方案，使其產品能夠快速連線到Sigfox網路，並推向市場。

因為Sigfox網路由Sigfox公司為主導進行全球部署，這樣能最大程度保證網路服務品質的統一性和穩定性，即全球一張網，使用者裝置即可以享受到跨國的便利性，不需要漫遊服務，又能連線到同等品質的網路，這對於物流或者跨境執行等應用來說尤其有吸引力。

4.2 LoRa

LoRa是美國Semtech公司的專有技術，實際是一種採用擴頻方案的無線調製解調技術。Semtech在2012年通過併購法國Cycleo公司獲得LoRa的IP產權，以此設計製造射頻晶片並進行市場銷售，是一家純半導體公司，壟斷LoRa晶片的供貨。目前Semtech雖然也進行少量LoRa的IP授權，如國內的阿里，但IP是Semtech專有，沒有授權任何公司無法設計製造LoRa晶片，所以客戶的選擇餘地很小。

LoRa使用的也是公共頻段進行射頻訊號傳輸，上層協議及規範由LoRaWan定義，LoRa聯盟負責釋出和維護。任何人可以購買LoRa晶片或者模組來設計LoRa終端和閘道器裝置，也可以設計或者購買裝置來搭建LoRa網路，所以目前多數的LoRa網路都是小區域和私有的，很少有全國性的通用物聯網路，而裝置和網路間的相容也是一個很大的挑戰。

LoRa通過擴頻技術實現高靈敏度，從而能夠進行遠距離傳輸，但是網路容量有限，無法高效實現大批量裝置資訊的並行接收和處理，這對於大面積或全國性的部署是個巨大挑戰。

4.3、Cellular-IoT

目前主流的Cellular-IoT（C-IoT）技術是指NB-IoT和LTE-M，他們都基於傳統的蜂窩網路技術，進行裁剪和優化以適用於物聯網的低成本低功耗應用。技術規範由3GPP來定義和分佈，基於專有的許可頻譜，由傳統電信運營商進行網路部署和運營。

因為C-IoT基於傳統蜂窩網路技術，所以相比與Sigfox等全新的LPWA定製技術來說，技術複雜度和相應成本功耗等都會更高，類似於3G/4G等，C-IoT終端裝置也需要和基站進行連線和附著，協議握手和網路引數配置，而Sigfox終端裝置和基站沒有任何依賴關係，自主性更高，功耗可控。另外因為對基站的附著，NB-IoT實際上只適用於裝置位置固定的應用場景。

全球角度來說，C-IoT網路具有分散性質，各個運營商只能在屬地國家或者區域進行部署運營，不同網路的引數配置和服務品質各不相同。以NB-IoT網路為例，總共支援有十多個頻帶（Band），不同國家或者地區的網路可以使用不用的Band，這對於終端裝置來說是更高的成本和技術挑戰。而不同網路的服務品質更是無法進行統一和保證，網路間的切換也需要高額的漫遊費用，NB-IoT網路甚至不支援漫遊。