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目前最受關注的LPWAN技術分別是LoRa、Sigfox和NB-IoT,這三種技術具有各自的優勢,大眾可根據不同領域及使用需求,選擇最適合的通訊技術。請問有NB-IoT、LoRa、Sigfox都有哪些具體的差別?有沒有詳細的對比資料?
wooowzt:【唐老師】我覺得NB-IoT和其他的協議的最大的區別是它拿到了頻譜。它有國家的支持,有自己的頻譜,這樣的話呢,他就能靜下心來做各種應用,因為他不用太擔心干擾。就跟3G、4G一個道理,他的頻譜是自己獨有的,這樣的話他就可以全身心的來各種協議的研發。其它的像LoRa和Sigfox呢,它們目前來說還沒有拿到我們國家的授權頻譜,只能用那種免費的頻段,這樣的話你會難以避免的遇到各種各樣的干擾,同時也會干擾別人。LoRa用的是擴頻技術,那我認為它的優點就是距離會比較長,但同時他對頻譜資源的占用會有點多,這樣的話,這種情況,如果在專用頻譜來說,我覺得這不是問題,但如果是在公用頻譜的話就對別的用戶會有點不公平。就是說,本來我們大家都好好的一人坐一張凳子,然后你過來坐,要一排凳子,對大家不太公平。同時因為這種擴頻的技術,頻道會少一點,聯網的數量也會小一點。Sigfox超窄帶的技術,其實是跟NB-IoT是類似的。它可以在很窄的帶寬里,保持穩定的通訊。其實短距離無線通信,就像我之前說,它不是一個真正的應用,它只是一種橋梁,它是為各種應用服務的。它起到把傳感器和設備,還有云端,連起來的一種作用。要說應用我覺得我們還是要往實際去發掘。比如說Thread的那個空調溫控器是吧,或者我們可能有抄表的應用,或者我們有pm2.5的那個采集的應用或者溫濕度采集的農業方面的應用,各種各樣的,這才是真正的應用。 補充:正如LPWAN的技術特色,LoRa與Sigfox都具有長距離、低功耗的特點,可延長電池壽命,形成大范圍的訊息傳輸。兩者皆使用免授權的Sub-1GHz ISM頻段,不需額外付出授權費用,且由于電子芯片制造技術的突破,兩項技術的硬件制造成本不斷降低,比如去年在臺灣地區產業已經啟用的Sigfox,月租費最低只要0.4元人民幣。LoRaWAN是由各產業聯盟共同推動的網絡標準,提供開放式技術,只要取得關鍵內容,就能開發個別的應用。不同于LoRa的開放性,Sigfox則是由法國同名公司自行開發的技術,掌握核心網絡的營運和布建,意圖以獨立營運商的角色,在全球進行網絡基地部署,目前已能同時在36個國家和地區使用可連結的網域和設備。以類型來說,LoRa好比小型的私人網域,傳輸距離最遠可達20公里,只要掌握技術,就能自行架設基站,自由度更高。Sigfox則是以全球為營運目標,不斷擴展網絡基地的藍圖,可提供用戶既有的網絡布署及云端服務,需要付出額外的月租費,相對LoRa而言,成本較高,但平臺方案完整,不須額外布建網絡。Sigfox的傳輸距離可達50公里,是三種技術當中范圍最廣的,不過為達到低功耗的目標,LoRa和Sigfox的每日傳輸次數都有限制,一天當中的傳輸時間很短,適合發揮在沒有實時通訊需求的領域,比如每日固定回報數據的傳感器,可測量溫濕度、PM2.5等特定環境數據,藉由長距離、少次數的傳輸型態,形成較大面積的物聯網應用。 另一項在物聯網產業鏈上討論熱烈的技術是NB-IoT,與前述兩項技術最大的不同,在于它是由3GPP組織所制定的技術,使用需授權的GSM和LTE頻段,也就是說,NB-IoT必須藉由電信產業買下頻段授權,使用者只能透過電信業者或第三方代理商取得授權技術和頻段,才能使用NB-IoT相關服務。NB-IoT的優勢在于它是由現有電信業者推出的技術,不需重新布建網絡,只要更新軟件,就能使用現有的4G電信基地臺和相關設備。另一方面,采用電信級的網絡,在通訊質量和訊息安全性擁有高度的保障。臺灣地區遠傳電信目前已推出NB-IoT的搶先體驗活動,并預計于5月底完成全臺基地升級,只要遠傳電信能收到訊號的地方,就能使用NB-IoT,裝置月租費約為2至12元人民幣。上述三種熱門的LPWAN技術各自有著不同特點,業界多預測未來其中一項技術將會力壓群雄,成為一枝獨秀。然而,正如LoRa創始人之一Olivier Hersent曾說過的,互相合作的共存關系更可能帶領未來技術走向新的發展。事實上,物聯網應用領域百百款,這三種技術的特點也對應了不同領域的特殊需求。比如NB-IoT,用戶許可證頻段和LTE技術,其網絡不限制傳輸訊息次數,所能攜帶的數據量也更高,因此適用于重視網絡傳輸穩定性和實時性的智慧工業領域,或者是需要聲音、圖像文件等高數據傳輸的物聯網裝置。相對地,NB-IoT的功耗也高于另兩項技術,電池壽命的損耗較大。同時與電信業者的協作模式,在向用戶推廣時會更為快速、簡便,從另一角度來看,也受限于硬件成本(芯片)和月租成本。與NB-IoT相比,LoRa和Sigfox由于硬件成本低、功耗更小,因此更適合在小數據量、大范圍的傳輸應用。LoRa技術目前的發展規模已趨向成熟,且曾與亞太電信及鴻海富鴻網合作,在臺灣地區已有實際營運成果。雖然傳輸距離不比Sigfox,但傳輸帶寬較高,建設成本和技術難度不高,適合在高科技廠區中建設封閉型網域,傳輸各類型的感測數據。以全球布建的角度來說,德國萊因的信息與通信技術經理于凱群表示,Sigfox是很有發展性的技術,由于Sigfox提供全球性的網域服務,對跨國公司來說更為便捷,尤其是一體成形的網絡方案,對高收益的公司而言提供完整且穩定的云端服務,省去許多開發和協作上的麻煩。Sigfox的傳輸距離最遠,但一天內的傳輸次數最少,因此適合應用在反應數據變化或固定時段傳送數據的場景,比如管線監控、智能電表、地區氣候監測和警報等。Sigfox目前在臺灣地區與O-bike合作,負責定位追蹤服務,以及中興保全的設備狀態偵測,和智能醫療遠程照護等應用。由于是跨國應用,Sigfox也與美國快遞公司合作,在包裹上裝設傳感器,除了知道包裹的運送位置,也能偵測拆開的時間,將具體數據傳送回美國。無論在交通、工業、農業、建筑、醫療、金融等領域,物聯網所要關注的將會是數據下的新興應用,裝置聯網只是基礎,只有善加利用軟件服務,掌握應用商機,才能具體實現物聯網的真正智慧。
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基于距離差測量的位置解算原理可否做詳細解釋?能否介紹一下當下的高精度定位技術,號稱到毫米級?差分計算在室內定位是否有實用意義?
wooowzt:【余老師】基于距離差測量的位置解算,在UWB系統里其實就是這樣的。就是說它的UWB的基站和標簽之間會進行一個測量,UWB一套系統里面需要4個基站完成一個定位,這4個基站的話他們的時間是同步的,有一個時鐘同步。比如我標簽發出一個信號,這時每個基站都能測量到信號的到達時間,這樣標簽發出的信號到達不同的基站有一個時間差,時間差乘以一個光速就是距離差。就能算出標簽到基站一的距離比到基站二的距離遠5米或者標簽一到基站一的距離比到基站二之間的距離差3米。然后當我知道標簽到不同的UWB的基站的距離相互之間差幾米的時候,其實從幾何上的話呢,可以列一個方程組。根據這個方程組的話就可以解算出它的一個精確的位置信息。當下的高精度定位縮到毫米級,我不知道你說的是不是那個衛星導航的差分定位技術,這個是可以的。但這個說要達到毫米級的精確定位的話,它一般是用在測繪的這個領域,他并不是一個完全實時的毫米級定位。他是比如說我在一個橋梁建設的時候,然后把GPS和北斗的接收終端固定在一個地方然后進行長時間的測量,然后定位出這個地方的坐標。 這種毫米級定位最常用的就是其實就是測繪里面,它對于形變的監測。比如在一個橋梁上,我把那個定位的終端和天線裝在這個地方。然后不斷的進行測量,每一段時間之后,定出一個坐標來。然后經去看這個今天比明天,這個定位坐標,有沒有變化?主要監測如地基沉降等等發生。像這種手段的差分計算的話,一般來說,在室內定位里面還是很少會用到這個。 補充:UWB技術相對于其他傳統通信技術有如下技術優勢:(1)傳輸速度快,系統容量大。根據信道容限公式,系統的最大傳輸速率與系統帶寬成正比例關系。UWB通信的帶寬都在500MHz以上,其傳輸速率也達到1Gbps以上。而傳統的無線載波通信系統由于頻帶窄,要使傳輸速率達到100Mbps以上,必須采用多進制調制等方法,這樣對信噪比提出了很高的要求,同時也加大了系統構建的復雜性。(2)發射功率低。超寬帶無線電具有的1GHz以上的射頻帶寬,發射時需要的平均功率很低。特別是在短距離通信應用中,UWB發射機的發射功率普遍低于1mW;較低的發射功率可以延長系統的工作時間,而且發射功率較低,對人體的電磁波輻射也會很小。(3)多徑分辨率高。UWB信號采用持續時間很短的窄脈沖,具有較強的時間和空間分辨率,系統的多徑分辨率高,整個系統就能充分利用發射信號的能量。此外,UWB信號具有良好的抗多徑性能,對于信道多徑衰落不敏感,接收機通過分級,便可以獲得很強的抗衰落能力,在室內或者建筑物比較密集的場合可以獲得良好的定位效果,同時在進行測距、定位、跟蹤時也能達到更高的精度。(4)系統保密性好。UWB的發射功率低,信號能夠很好地隱蔽在其他類型信號和環境噪聲之中,傳統的接收機無法識別和接收,必須采用與發射端一致的擴頻碼脈沖序列才能進行解調,系統具有較強的系統安全性。(5)穿透能力強。窄脈沖具有很強的穿透能力,可以幫助比如警察搜尋隔墻的逃犯,以及解救那些被圍困在建筑物里邊的人們。(6)定位精度高。UWB信號具有超寬頻帶的特性,具有較高的空間分辨率,使得UWB系統的距離分辨精度是其它系統的成千上百倍。UWB信號的距離分辨能力可達到厘米級,這是其它窄帶系統望塵莫及的。超寬帶技術開發了一個具有大容量的無線信道,它還具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜低、測距精度高、系統成本低等優點,受到了人們的普遍重視。利用上述這些優點,超寬帶信號對障礙物具有良好的穿透性和精確測距的特點,可以設計具有較強通信功能和定位功能的超寬帶脈沖無線定位系統,廣泛應用于電力、智能化工廠、施工管控、軌道交通、機場安檢、軍事訓練等領域。
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