物联网无线技术LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、蓝牙5.0技术盘点

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位，重要性不言而喻。值得注意的是，目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商，掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种，一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司；二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商，包括微芯 科技 （Microchip）等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac，速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段， 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围，但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中使用24个子载波，在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露，它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s，不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达254个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事？举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术，理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品，且能带来更高速、更远传输距离的优势。

物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过 各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
物联网（ IoT ，Internet of things ）即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通[2] 。
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的基本特征从通信对象和过程来看，物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理[5] 。
整体感知—可以利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取物体的各类信息。
可靠传输—通过对互联网、无线网络的融合，将物体的信息实时、准确地传送，以便信息交流、分享。
智能处理—使用各种智能技术，对感知和传送到的数据、信息进行分析处理，实现监测与控制的智能化。根据物联网的以上特征，结合信息科学的观点，围绕信息的流动过程，可以归纳出物联网处理信息的功能:
(1)获取信息的功能。主要是信息的感知、识别，信息的感知是指对事物属性状态及其变化方式的知觉和敏感；信息的识别指能把所感受到的事物状态用一定方式表示出来。(2)传送信息的功能。主要是信息发送、传输、接收等环节，最后把获取的事物状态信息及其变化的方式从时间(或空间)上的一点传送到另一点的任务，这就是常说的通信过程。(3)处理信息的功能。是指信息的加工过程，利用已有的信息或感知的信息产生新的信息，实际是制定决策的过程。(4)施效信息的功能。指信息最终发挥效用的过程，有很多的表现形式，比较重要的是通过调节对象事物的状态及其变换方式，始终使对象处于预先设计的状态
希望我能帮助你解疑释惑。

说到“终端”，相信大家一定不会觉得陌生。

我们每天形影不离的手机，还有上班时经常使用的电脑，都被称为终端。

终端是离用户距离最近的节点，也是用户与系统之间的接口。用户访问和接入网络，必须依靠终端。

进入21世纪以来，随着物联网的诞生和发展，终端的种类迅速增加。它们的连接对象不再仅仅是人，而是延伸到世间万物。

例如，家里的门锁、电灯、电器，城市里面的路灯、水电表、垃圾桶，甚至包括单车、 汽车 、无人机，联网之后，都变成了终端设备，统称为 物联网终端 。

2019年6月，国家工信部正式发放了5G商用牌照，标志着迈入了“万物互联”的5G时代。

5G凭借大带宽、低时延、广覆盖等特点，不仅将消费互联网的用户体验推向了更高的水平，也极大地推动了百行千业的物联网场景孵化和落地。

例如，5G结合4K/8K超高清视频技术，甚至VR/AR技术，可以实现海量视频数据的无线传输，摆脱有线传输带来的空间束缚。

再例如，5G智能制造场景下，采用了5G技术的工业机器人，控制消息的时延极低，可以完成高精度的 *** 作，提升生产效率。

5G强大的网络通信能力，为行业应用场景的完美实现，奠定了坚实的基础。然而，它也给终端产品设计带来了巨大的挑战。

尤其是终端产品的信号收发能力，如果无法满足要求，那么即使网络再好，也是“有网无端”，难以发挥5G的真正价值。

那么，影响物联网终端信号收发能力的最关键部件，究竟是什么呢？

相信大家都已经猜到了，没错，就是 天线 。

天线，英文名叫做antenna，是所有通信设备最重要的部件之一。它的好坏，直接关系到终端的通信能力以及工作效率。

一直以来，天线都是终端的设计重点和难点。5G的到来，更是将天线的设计难度推向了难以想象的高度。

首先，5G终端要支持 多天线技术 ，以满足超高传输速率要求。

5G的超高速率（Gbps以上），要求强大的多天线系统性能支持极强的数据吞吐能力。为了实现高速率，5G引入了Massive MIMO（大规模天线）技术，终端天线需要同步支持。5G还引入了Beamforming（波束赋型），终端天线同样需要支持。

其次，5G终端天线必须有 合理的布局设计 ，尽可能小型化。

终端天线一般分为外置天线和内置天线。外置天线我们见得比较多，体积较大，独立于设备之外。而内置天线体积小巧，集成在物联网设备内部。

现在的物联网终端，一般都要求体积小巧，且内置天线更加美观，更具市场竞争力，所以，越来越多的终端厂商选择 内置天线方案 。

在本已狭小的设备内部空间，塞入5G天线，谈何容易？

天线是敏感元件，放置位置和方式有严格的限制，不是随便乱塞的。如果布局设计不合理，可能导致和其它器件之间的互相干扰，出现电磁兼容性（EMC）问题。

5G频段，中低频有Sub-6 GHz频段（甚至700MHz频段）， 高频有毫米波频段。频率跨度大，意味着天线尺寸跨度也大，加上多制式网络的支持，要求天线必须具备很好的调谐能力，这也大幅增加了天线的设计难度。

在设计天线布局时，还必须要考虑用户使用场景和方式。例如，5G手持终端需要考虑手部握持的位置，5G踏板车需要考虑天线会不会被骑手身体阻挡，等等。

第三个设计难点，在于 功耗控制 。

功耗是物联网终端的命门。如果天线设计未经优化，会加剧电池的消耗速度。

5G作为高性能终端，功耗设计压力本来就大。如果天线额外增加了对电池的消耗，无异于雪上加霜。试想一下，如果5G终端需要频繁更换电池，用户体验从何谈起？随之而来的成本增长，又该如何面对？

除了上述几点之外，终端天线设计需要考虑的因素还有很多，例如新工艺新材料的应用，产品耐用性、可靠性、易安装性的增强，等等。

对于终端厂商来说，要在研发和设计5G终端天线时面对这么多的挑战，实在是力不从心。

有些厂商，因为忽视对天线的前期设计，导致产品定型后发现性能受限，工作效率无法符合设计需求，最终不得不花更多的经费、时间和精力，对天线进行重新设计。

也有的终端厂商，虽然知道天线的重要性，但缺乏天线专业人才，不具备合格的天线设计和测试能力，只能束手无策。

面对5G终端天线设计的诸多挑战，国内模组行业的领军企业——上海移远通信，提出了自己的见解和应对方案。

对于移远通信，行业内的读者一定都非常熟悉。他们是全球领先的物联网解决方案供应商，模组出货量排名前列，拥有涵盖2G/3G/4G/5G、NB-IoT/LTE-M、车载前装、安卓智能和GNSS模组的完备产品线。

作为模组厂商，移远通信在天线设计领域拥有丰富的行业经验积累。

目前，移远通信已成功推出250多种天线产品，包括胶棒、组合式、出线式、磁吸式等外置天线，以及PCB、FPC、SMD、陶瓷等内置天线，覆盖包括5G在内的不同技术的物联网应用。

移远通信认为，终端厂商选择多个供应商，采购组件，然后集成到一台设备中的传统方式，已经无法满足5G终端的天线设计需求。 无线模组和天线由一家能同时提供应用方案的供应商进行整合设计，将是5G时代终端天线设计的主流趋势。

无线模组、天线分开设计和采购，就好像是一辆 汽车 升级时只换发动机，或者只换车架、轮胎，缺乏整体上的考虑，性能提升始终有限。

而整合设计的方式，是站在更高的视角，进行全局考虑。无线模组和天线之间能达到更好的协同，发挥最佳性能。

例如5G天线的调谐能力，在整合设计的前提下，表现肯定优于分开设计。

除了达成5G的指标要求之外，整合设计也有利于减小5G终端的整体尺寸，减少对空间的占用。对于系统功耗和散热控制来说，整合设计也有明显优势。

系统级整合方案还有一个显著的优点，就是降低5G终端的设计难度，方便厂商们以更快的速度推出产品，抢占市场。

移远通信的“无线模组+天线”整合设计方案，既充分利用了自身在模组领域领先的技术实力和经验，又发挥了全定制天线设计、集成和制造能力，可以说是如虎添翼，让5G客户实现拿来即用，减少其在5G技术上的研发投入，缩短开发周期，助力产品快速上市。

移远通信拥有专业的天线团队，天线服务贯穿咨询与评估、设计、测试和认证、生产制造等各个环节，可以提供一站式服务。

除了设计能力赋能之外，移远通信天线服务还充分考虑了质量方面的保障，以及延伸服务能力的加强。

为了保证天线产品的质量，移远通信具备完善且严格的质量流程，可以提供完善的测试系统和设备。移远还可以提供射频设计审查和整机EMC/Desense排查测试，帮助客户解决最常见的难点、痛点，大幅减少开发工作量。

延伸服务能力方面，移远通信的服务网点遍布全球各地，可以提供本地化技术支持服务，更快响应客户需求，为客户终端快速抢占市场全方位“护航”。

移远还可以综合评估运营商要求，进行预认证测试、OTA优化，为客户节约各项成本，加速终端上市，抢占5G市场先机。

随着5G网络建设的提速，我们整个 社会 正在加速走向数字化、智能化。

以5G终端为代表的海量物联网节点，正在遍布地球的每一个角落，它们是数字化网络的神经末梢，也是构建精彩数智世界的基石。

我相信，在不久后的将来，在完善的设计服务加持下，还会有更多优秀的5G终端产品甚至爆款产品出现，颠覆我们的认知，彻底改变现有的工作和生活方式。

未来已来，让我们拭目以待！

正确的是：必须适应强电磁干扰环境，采用自适应跳频、确定性通信资源调度，无线路由，采用低开销高精度时间同步，网络分层数据加密，异常监视与报警以及设备入网鉴权。

就国内目前的主要市场环境来看，其主要用的是wifi mesh（例如strix的mesh设备）和cofdm mesh（例如winet无线智能宽带网络），前者利用的是wifi技术速率可达几百兆，频率主要用24G和58G，使用全向天线距离大概3-5公里。

物联网

是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。

NB-IoT物联网套件通常具有以下基本接口：

电源接口：用于连接电源适配器或电池，为设备供电。

SIM卡接口：用于插入SIM卡以实现NB-IoT网络连接。

天线接口：用于连接天线，以实现设备与基站的通信。

UART接口：用于串口通信，用于与外部设备或控制器通信。

GPIO接口：用于输入/输出数字信号，可以与其他数字设备进行通信或控制。

ADC/DAC接口：用于模拟信号的输入/输出，可以连接传感器或执行器等。

I2C接口：用于I2C总线通信，可以连接其他设备如传感器、OLED显示屏等。

SPI接口：用于SPI总线通信，可以连接其他设备如SPI闪存、传感器等。

USB接口：用于与计算机或其他USB设备进行通信。

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