從52號(hào)公告的政策解讀中可知，微功率設(shè)備種類較多(從《微功率短距離無(wú)線電發(fā)射設(shè)備目錄和技術(shù)要求》中可以看到微功率設(shè)備分14類)，因此52號(hào)公告并非針對(duì)使用LoRa技術(shù)的設(shè)備。同時(shí)數(shù)十年前已對(duì)微功率設(shè)備開始規(guī)范管理，并非由于近年來(lái)LoRa技術(shù)的發(fā)展才有類似的政策規(guī)定。

PART/1 前言

2019年11月28日，工信部發(fā)布了《中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部公告2019年第52號(hào)》(以下簡(jiǎn)稱“52號(hào)公告”)(參考資料1)，該公告進(jìn)一步規(guī)范微功率短距離無(wú)線電發(fā)射設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱“微功率設(shè)備”)的管理。這一公告毫無(wú)懸念引起業(yè)界熱議，不少人認(rèn)為這對(duì)LoRa發(fā)展不利，甚至將導(dǎo)致LoRa“涼涼”。對(duì)此，本文將從法規(guī)面及未來(lái)發(fā)展方向說(shuō)明此文件對(duì)LoRa發(fā)展的影響。

首先，52號(hào)公告并非針對(duì)LoRa，規(guī)范的是微功率設(shè)備，涵蓋的頻率范圍從低于10kHz到2.4G，并非針對(duì)LoRa，而是LoRa在中國(guó)使用到的470 – 510 MHz(另外也有LoRa運(yùn)行在2.4G頻段)技術(shù)也包含在此范圍。

從52號(hào)公告的政策解讀中可知，微功率設(shè)備種類較多(從《微功率短距離無(wú)線電發(fā)射設(shè)備目錄和技術(shù)要求》中可以看到微功率設(shè)備分14類)，因此52號(hào)公告并非針對(duì)使用LoRa技術(shù)的設(shè)備。同時(shí)數(shù)十年前已對(duì)微功率設(shè)備開始規(guī)范管理，并非由于近年來(lái)LoRa技術(shù)的發(fā)展才有類似的政策規(guī)定。

其次，仔細(xì)查閱針對(duì)頻率范圍在470-510MHz的詳細(xì)規(guī)范并加以解釋(參考資料2)，ISM(Industrial, Scientific, Medical Band)的民用計(jì)量?jī)x表本來(lái)就應(yīng)該不干擾聲音、電視廣播，與其他微功率設(shè)備合理共享非授權(quán)頻段。

圖 1 《微功率短距離無(wú)線電發(fā)射設(shè)備目錄和技術(shù)要求》節(jié)選

PART/2 對(duì)52號(hào)公告的理解

仔細(xì)斟酌文字中的意義：

1、“限在建筑樓宇、住宅小區(qū)及村莊等小范圍內(nèi)組網(wǎng)應(yīng)用”

LoRa被歸類為L(zhǎng)PWAN的一種傳輸方式，在空曠地上可實(shí)現(xiàn)1~10KM(參考資料6)的傳輸距離。根據(jù)52號(hào)公告規(guī)定，LoRa的長(zhǎng)距離特性將會(huì)被限制在村莊范圍內(nèi)應(yīng)用，也就是網(wǎng)上很多人說(shuō)LoRa被限制了(長(zhǎng)距離、廣覆蓋特性)。WAN的功能可能未來(lái)會(huì)被NB-IoT或5G等使用授權(quán)頻段的電信運(yùn)營(yíng)商主宰。私企想利用LoRa成為中國(guó)WAN運(yùn)營(yíng)商的夢(mèng)想，已被52號(hào)公告明白否決，而在浪客劍的文章表述(參考資料6)，在國(guó)外則仍存在應(yīng)用運(yùn)營(yíng)的機(jī)會(huì)(見(jiàn)表1)。即使如此，LoRa仍可借由和其他通信方式(如4G等)接入互聯(lián)網(wǎng)，將多個(gè)LoRa小網(wǎng)，聯(lián)結(jié)成互聯(lián)互通的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。(見(jiàn)圖2)。

表1 全球主要的區(qū)域參數(shù)

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

此公告的技術(shù)指標(biāo)明確要求可使用的區(qū)域范圍(如智能制造管理系統(tǒng)解決方案應(yīng)用于建筑樓宇，智能工地管理系統(tǒng)應(yīng)用于住宅小區(qū)，智能家居應(yīng)用于建筑樓宇，智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用于村莊)均符合該條規(guī)定。

2、“任意時(shí)刻限單個(gè)信道發(fā)射”

目前引領(lǐng)LoRa技術(shù)的Semtech的網(wǎng)關(guān)芯片SX13xx系列、終端芯片SX12xx系列都不支持在多個(gè)信道同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，從芯片功能上符合任意時(shí)刻限單個(gè)信道發(fā)射規(guī)定。

3、“民用計(jì)量?jī)x表設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備“發(fā)射前搜尋”等干擾規(guī)避功能，且不能被用戶調(diào)整或關(guān)閉”

Semtech的LoRa芯片本身已提供CAD(Channel Activity Detection)功能，已經(jīng)很好地提供了“發(fā)射前搜尋”等干擾規(guī)避功能的技術(shù)基礎(chǔ)。另外，“發(fā)射前搜尋”等干擾規(guī)避功能一方面可以降低數(shù)據(jù)碰撞概率，提高通信系統(tǒng)的可靠性。另一方面碰撞概率降低可以減少重傳的概率，從而降低功耗。從應(yīng)用需求本身出發(fā)，絕大多數(shù)應(yīng)用都希望通過(guò)“發(fā)射前搜索”等干擾規(guī)避功能提高系統(tǒng)的性能，因此這條規(guī)定不應(yīng)被視為限制條件。

4、“若使用頻率與當(dāng)?shù)芈曇?、電視廣播電臺(tái)頻率相同時(shí)，不得在當(dāng)?shù)厥褂?若對(duì)當(dāng)?shù)芈曇?、電視廣播接收產(chǎn)生干擾時(shí)，應(yīng)立即停止使用，待消除干擾或調(diào)整到無(wú)干擾頻率后方可重新使用。”

此要求適用于所有微功率設(shè)備，52號(hào)公告第三點(diǎn)明確定義了在ISM頻段下各設(shè)備合理使用頻帶資源的規(guī)定(見(jiàn)圖3)。由于各個(gè)地方的電視廣播電臺(tái)等頻率基本固定不變，只要部署使用時(shí)避開該類頻率，即可滿足公告要求。

圖3 52號(hào)公告節(jié)選

LoRaWAN為公平合理分享頻帶資源，規(guī)定了發(fā)射占空比小于1%，LBT(listen before talk)避免碰撞，具體符合52號(hào)公告第三點(diǎn)的要求。

5、“發(fā)射功率限值：50mW(e.r.p)。發(fā)射功率譜密度限值：占用帶寬小于等于200kHz的,為50mW/200kHz(e.r.p);占用帶寬200-500kHz的，為 10mW/100kHz(e.r.p)。”

在建筑樓宇、住宅小區(qū)等范圍內(nèi)組網(wǎng)，由于距離較短，即使發(fā)送功率較低，依然能滿足通信需求。如果是在村莊范圍內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)類的應(yīng)用，由于村莊較空曠，信號(hào)衰減比較不明顯，即使較低的發(fā)射功率，依然能覆蓋較大范圍。

6、“單次發(fā)射持續(xù)時(shí)間：不超過(guò) 1 秒?！?/strong>

LoRa的擴(kuò)頻因子參數(shù)，具有小的擴(kuò)頻因子其數(shù)據(jù)速率較快，大的擴(kuò)頻因子抗干擾能力越強(qiáng)的特性。LoRaWAN規(guī)定各擴(kuò)頻因子和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)載荷如表2：

表2 LoRaWAN數(shù)據(jù)載荷

以LoRaWAN常用的參數(shù)(Bandwidth=125kHz，Preamble=8，Coding rate =4/5)下的一組理論發(fā)射時(shí)間和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度關(guān)系(單位:ms)

表3 發(fā)射時(shí)間-數(shù)據(jù)載荷

從表3可以看出，在Bandwidth=125kHz，Preamble=8，Coding rate =4/5的設(shè)置下，傳輸100Bytes數(shù)據(jù)分別使用169.22ms、297.47ms、533.5ms、985.09ms，均小于1s的限制。在SF11、SF12時(shí)雖然發(fā)射時(shí)間較長(zhǎng)、但依然可以在<1s的限制內(nèi)傳輸較短的數(shù)據(jù)包，而且如果更改bandwidth等參數(shù)，可以使用SF12傳輸更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包。LoRa是一種窄帶技術(shù)，像智能家居、智能小區(qū)等應(yīng)用不管從應(yīng)用需求或功耗需求都要求傳輸盡可能少的數(shù)據(jù)量，因此單次發(fā)射持續(xù)時(shí)間很少會(huì)超過(guò)1s。

7、“占用帶寬：不大于500kHz”

目前LoRa芯片支持的最大帶寬為500kHz，滿足該條規(guī)定。

PART/3 LoRa未來(lái)可能的發(fā)展方向

綜合以上對(duì)52號(hào)公告技術(shù)參數(shù)的規(guī)范，LoRa在中國(guó)未來(lái)可能的發(fā)展：

1.LoRaWAN協(xié)議仍可適用，但區(qū)域參數(shù)(regional parameter)需要合理修訂，符合1秒傳輸時(shí)間下，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度變更小，發(fā)射功率也變更小;

2.LoRa除了應(yīng)用于LPWAN(Low Power Wide Area Network)外，會(huì)增加LAN(Local Area Network)應(yīng)用，增加更多的室內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)景;

3.由于LoRa可自組網(wǎng)，可很好地覆蓋建筑角落、地下室等盲區(qū)、同時(shí)這些解決方案的成本較低;

4.由于52號(hào)公告將LoRa限制在小范圍內(nèi)組網(wǎng)，因此一定程度降低協(xié)議通用性的必要性，更多投入LoRa私有協(xié)議研發(fā)，只要符合工信部要求即可;

5.與現(xiàn)有PAN(Personal Area Network)、LAN傳輸技術(shù)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)或互補(bǔ)關(guān)系。

LoRa少了傳輸距離優(yōu)勢(shì)，據(jù)Semtech數(shù)據(jù)手冊(cè)，LoRa接收靈敏度(-148 dBm)和低功耗特點(diǎn)(休眠下0.2 uA)(見(jiàn)表4、表5)在微功率設(shè)備群里仍具優(yōu)勢(shì)。趙小飛撰文，回?fù)簟癓oRa涼涼論”，工信部監(jiān)管政策最強(qiáng)詳細(xì)解讀!，(參考資料 5)提到LoRa 2.0概念，也呼應(yīng)上述第2點(diǎn)LoRa在中國(guó)未來(lái)發(fā)展可能方向。

表4 接收靈敏度

表5 功耗

通信系統(tǒng)性能的評(píng)估指標(biāo)可從有效性和可靠性兩方面來(lái)考慮(見(jiàn)圖5)。

圖4 通信系統(tǒng)性能指標(biāo)

主要的物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)的關(guān)鍵性能比較見(jiàn)表6：

表6 主要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵性能

從圖4和表6中可看出，各種物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)均有其特點(diǎn)及相應(yīng)的使用場(chǎng)景，LoRa具有低功耗、信道容量大、抗干擾、帶寬窄等優(yōu)勢(shì)。即使在距離上被限制了，在微功率設(shè)備群里仍有其不可替代的一席之地。

PART/4 對(duì)網(wǎng)上觀點(diǎn)的看法

現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的一些文章認(rèn)為52號(hào)文件的發(fā)布將導(dǎo)致LoRa“涼涼”，這種說(shuō)法并不正確。

1、新公告將導(dǎo)致符合原標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品要停止生產(chǎn)和進(jìn)口?

52號(hào)公告指出，“自2022年1月1日起，停止生產(chǎn)或者進(jìn)口不符合本公告但符合《關(guān)于發(fā)布<微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)要求>的通知》(信部無(wú)〔2005〕423號(hào))規(guī)定的民用計(jì)量?jī)x表、模擬式無(wú)繩電話機(jī)和698-787MHz頻段的微功率設(shè)備?！?/p>

因此有人說(shuō)原來(lái)符合(信部無(wú)〔2005〕423號(hào))要求的，包括470-510MHz頻段內(nèi)的LoRa設(shè)備將要停止生產(chǎn)和進(jìn)口。但仔細(xì)比對(duì)52號(hào)公告和423號(hào)公告，其中涉及470MHz-510MHz的技術(shù)要求并非完全不同，雖然看起來(lái)限制增加了，比如：從原來(lái)的“發(fā)射機(jī)工作時(shí)間不超過(guò)5秒”變成“單次發(fā)射持續(xù)時(shí)間：不超過(guò)1秒”。但從實(shí)際應(yīng)用上講，大部分使用LoRa技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)射時(shí)間都不超過(guò)1s，并且處于功耗、數(shù)據(jù)碰撞等方面性能考慮，發(fā)射時(shí)間越短越好，因此大多數(shù)設(shè)備不會(huì)受到此限制;此外帶寬方面，423號(hào)公告規(guī)定“占用帶寬：不大于200kHz”，而52號(hào)公告規(guī)定“占用帶寬：不大于500kHz”。因此新的公告并非完全對(duì)以前的技術(shù)要求加強(qiáng)限制，甚至將個(gè)別指標(biāo)放寬。

2、發(fā)射時(shí)間<1s，LoRa的優(yōu)勢(shì)將不復(fù)存在?

對(duì)于發(fā)射時(shí)間小于1s的限制，網(wǎng)絡(luò)上一些文章認(rèn)為該條限制將導(dǎo)致LoRa喪失擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。但仔細(xì)看其推論的過(guò)程，“以105個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)尺寸為例，如果同時(shí)又限制了帶寬低于200kHz，就只有BW125，SF7～9可以選擇”，這樣的假設(shè)是對(duì)于LoRa技術(shù)的不合理利用。首先，帶寬低于200kHz的條件完全是假設(shè)出來(lái)的，而且對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)不需要105個(gè)字節(jié)甚至更小。LoRa有眾多可配置的參數(shù)以適用于不同的需求，只要理解并合理設(shè)置，LoRa的優(yōu)勢(shì)便可展現(xiàn)。

3、傳輸距離將只有100～200米?

對(duì)于傳輸距離，有人用以下的數(shù)據(jù)作為依據(jù)，認(rèn)為“如果擴(kuò)頻因子限制在SF7～9的范圍，要保證90%以上的傳輸正確率，可能只有100～200米的傳輸距離甚至更差!”。

圖5 擴(kuò)頻因子與距離的關(guān)系

(注：以上圖片來(lái)自參考資料6)

從上表可以看出，在視距(Line-of-Sight)環(huán)境中，不管使用哪種擴(kuò)頻因子，保證90%以上的傳輸正確率的前提下，其傳輸范圍均可接近甚至超過(guò)5公里。雖然非視距(Non-Line-of-Sight)環(huán)境中要保證較高的傳輸正確率，傳輸范圍會(huì)縮減，但如果在有遮擋的環(huán)境中使用SF7~9的擴(kuò)頻因子，LoRa擴(kuò)頻抗干擾能力不如使用SF10~12的擴(kuò)頻因子，所以非視距參數(shù)設(shè)置是不合理的。若環(huán)境比較惡劣，其它物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的性能同樣會(huì)受到很大影響。從無(wú)線通信學(xué)理上，相同環(huán)境下，頻率越高，信號(hào)衰減越嚴(yán)重，在中國(guó)LoRa的工作頻率主要為470MHz-510MHz，若由于環(huán)境造成LoRa的傳輸距離縮短，那么工作在高于510MHz的技術(shù)所受影響必然會(huì)更大。

4、LoRa將完敗于其它物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?

除了LoRa具體技術(shù)上的性能外，有人認(rèn)為在小范圍組網(wǎng)的限制下，LoRa與其它無(wú)線技術(shù)相比，無(wú)論在帶寬、實(shí)時(shí)性、雙向控制都不占優(yōu)，這是不合理的結(jié)論。首先，LoRa組網(wǎng)成本低、在覆蓋盲區(qū)方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。此外，即使距離受限，LoRa抗多徑衰落、低功耗等優(yōu)勢(shì)也不會(huì)被抹殺。根據(jù)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)(參考資料7)中提到“LoRa是基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)(CSS)的一種調(diào)制方案，通過(guò)產(chǎn)生頻率線性變化的調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的擴(kuò)展、并結(jié)合前向糾錯(cuò)(FEC)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離低功耗通信。此外LoRa的調(diào)制方案還有效地解決了無(wú)線通信系統(tǒng)中常見(jiàn)的多徑衰落和多普勒頻移，并且利用正交的擴(kuò)頻序列提高了信道容量。

LoRa技術(shù)可在城市或郊區(qū)等應(yīng)用場(chǎng)景中快速部署，且可以廣泛地應(yīng)用在數(shù)據(jù)吞吐量低的物聯(lián)網(wǎng)中，如M2M、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能電表應(yīng)用、土木工程和基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。在智能工廠的應(yīng)用中，機(jī)器設(shè)備監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)、物料追溯等工作都需要高可靠性的網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備連接起來(lái)，通過(guò)智能工廠與LoRa技術(shù)結(jié)合起來(lái)將有效地拓展智能工廠的信息采集能力，進(jìn)一步提升工廠生產(chǎn)管理效率和管理產(chǎn)品生命周期的能力?！? 因此LoRa有著絕不會(huì)因?yàn)?2號(hào)公告對(duì)LoRa的一些小限制而失去所有優(yōu)勢(shì)及適用的場(chǎng)景。

5、使用LoRa將有可能受制于人?

有人認(rèn)為目前美國(guó)Semtech公司是LoRa芯片的核心供應(yīng)商，掌握著LoRa底層技術(shù)的核心專利，一旦發(fā)生類似美國(guó)針對(duì)中興、華為那樣的事件，國(guó)內(nèi)的LoRa也必然將受制于人。其實(shí)，早在2018年，Semtech已開始向國(guó)內(nèi)企業(yè)IP授權(quán)(見(jiàn)圖6)。

圖6 Semtech向國(guó)內(nèi)廠家開放IP授權(quán)

參考資料：

1.中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部公告2019年第52號(hào)

http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n4509607/c7545828/content.html

2.工信部2019年52號(hào)附件-微功率短距離無(wú)線電發(fā)射

3.中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部公告2019年 第52號(hào)》解讀

http://www.srrc.org.cn/article23976.aspx

4.微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)要求 -信部無(wú)[2005]423 號(hào)

http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1146592/n3917132/n4062354/n4062391/n4062397/n4062399/c4148119/content.html

5.回?fù)簟癓oRa涼涼論”，工信部監(jiān)管政策最強(qiáng)詳細(xì)解讀!-趙小飛 物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)

https://mp.weixin.qq.com/s/FkEoIBTPrAxUTy-KXgpqmw

6.工信部新規(guī)落地，對(duì)LoRa到底是利好還是利空?- 芯智訊-浪客劍

https://mp.weixin.qq.com/s/QyfCN0umRimG0FmXLrAO_Q

7.LoRa傳輸技術(shù)特性分析

http://www.doc88.com/p-6877451403130.html