这是正在进行的系列文章的第四篇的LoRaWAN®协议以及改造基于5G的下一代网络应用的能力。本博客系列关注Semtech的“5G的事实与虚构，LoRaWAN如何发挥作用”研讨会,宪章通信，MultiTech而且橙色，并由比彻姆研究公司(Beecham Research)主持。它将在网络研讨会的问答环节中解决听众提出的一些紧迫的问题。阅读新系列的介绍在第一部分，探索大型LoRaWAN网络第二部分- MultiTech，以及来自第三部分的橙色．
在下面的第四部分中，Rémi LoRaWAN网络主管Semtech探讨了LoRaWAN和NB-IoT之间的关键区别。
请问LoRaWAN和NB-IoT的能耗差距是多少?
4G NB-IoT (Cat NB1 3GPP Release 13和Cat NB2 3GPP Rel14)实际上并不是5G无线技术。188bet金博宝滚球5G NR (New Radio)在当前5G版本中未覆盖低功率LPWAN (low power wide area network)物联网(IoT)用例。因此，目前覆盖LPWAN物联网领域的蜂窝物联网技术是4G技术:nb -物联网和LTE-M (CAT-M1)。
我们经常看到从能源消耗角度比较NB-IoT和LoRaWAN的研究。对这一主题进行全面分析是具有挑战性的，因为“能源消耗”与用例相关，依赖于数十个参数，如应用程序设计(终端设备通信方案和移动性概要)、硬件和软件设计(电子元件)和网络推出策略(3GPP规范发布和激活服务)。
LoRaWAN协议专为大规模物联网使用案例设计，优化电池供电传感器的电池寿命。另外，4G是为宽带和关键的物联网应用而构建的，并优化了基于网络永久终端设备控制的稀缺而昂贵的频谱。我不会对每个用例进行详细的差距分析，而是简单地强调说明NB-IoT在满足低能耗性能方面的挑战的10个原因。很明显，能耗性能的比较需要超越“芯片对芯片”的技术比较。
广泛的挑战
NB-IoT频谱覆盖20多个频段，从700MHz到2GHz以上，推荐10多个频段用于全球漫游。在设计使用多个频段的设备天线和无线电前端时存在一个功耗问题，其中LoRaWAN协议全部包含在450MHz和923MHz之间，这导致了限制功耗的优化天线设计。NB-IoT终端设备的解决方案是覆盖有限的一组频率通道，其结果是降低漫游能力。
峰值电流的挑战
一方面，大多数NB-IoT端设备的输出功率在20dBm ~ 23dBm之间，峰值电流超过100mA。另一方面，大多数Semtech的芯片(罗拉®调制)输出功率为+14dBm，有些(SX1262)可达20dBm。Semtech芯片通常可以达到40mA的最大输出峰值电流。因此，对于NB-IoT终端设备，其影响是增加了拥有成本(更大的外形因素和更高容量的电池)以及更短的电池寿命。
多重标准的挑战
大多数蜂窝运营商有一个大型的2G M2M终端设备基础，导致2G和NB-IoT嵌入在同一个模块上。多标准的实现要求终端设备必须具有更高的CPU性能和更高的内存容量(需要存储多个堆栈)，从而消耗更多的能源。
复杂性的挑战
一方面，4G的下行通信依赖于OFDM高级(复杂)调制;因此，NB-IoT端设备必须能够解调复杂的OFDM信号，需要更高性能的电子元器件，从而导致更高的能耗。另一方面，LoRa物理无线电层和LoRaWAN协议使终端设备的设计依赖于低成本高效和低功率的电子元件。由于认证的复杂性和成本，在终端设备中集成NB-IoT连接的唯一合理路径是使用NB-IoT模块，该模块针对某些用例进行了优化。该模块固件不能更改(在不取消模块认证的情况下)，从而阻止对给定用例的优化。LoRaWAN网络连接的简单性使设备制造商无需使用模块就可以在芯片级直接集成。LoRaWAN协议栈是开源的，可以被任何市场参与者集成。
Multi-Release挑战
更复杂的是，3GPP已经发布了多个版本的4G规范，而且这个速度不会改变(每18个月发布一个新版本)。这使得生态系统必须制造一组非常大的模块配置，以保持向后兼容性，从而降低规模和能源性能效益，而LoRaWAN协议只关注少数几个配置。
头顶上的挑战
LTE是一种有状态协议，终端设备不断连接到网络，产生开销和频繁的双向通信，对电池寿命有直接影响。这为终端设备设置了功耗下限，即使它没有应用程序数据要传输。相反，LoRaWAN协议是一个非连接标准(ALOHA)，终端设备只在必要时唤醒并通信。
终端设备状态挑战
作为一种复杂的协议，LTE增加了蜂窝切换(这是移动设备的一个问题)、保持活动或安全进程的高能耗设备状态，减少了电池寿命，而LoRaWAN协议将通信限制为很少的MAC(媒体访问控制)命令通过网络共享有限的信息。
网络特异性的挑战
当NB-IoT设备通过漫游使用不同的网络时，每个网络具有不同的设备管理策略的可能性很大，使得终端设备的电池寿命不可预测。在NB-IoT网络中存在许多差异:PSM (Power Saving Mode)激活模式、3GPP发布、PSM参数、Extended Coverage激活模式、多标准选项、无线电(频谱使用)通道计划和设备电源管理方案。这些多种选择使得功耗预测非常困难。对于LoRaWAN协议，只有自适应数据速率策略可以在不同的网络中变化，需要保证电池寿命的终端设备可以实现自己的设备定义的数据速率策略。
网络多样性的挑战
NB-IoT不实现上行宏分集(终端设备帧被多个网关接收)。NB-IoT终端设备由一个专用的电池管理，该电池可以远离终端设备，导致发射功率增加，消耗更多的能量。LoRaWAN网络通过设计实现了宏分集，任何网关都可以接收设备帧并成为服务网关，增加了靠近终端设备的网关的出现，从而降低了电池消耗。
致密化的挑战
随着终端设备向服务网关靠拢，网络密度对终端设备能耗有积极影响。基于功率控制特性，终端器件可以降低其发射功率，从而降低能耗。与LTE网络扩展相比，加强LoRaWAN网络的成本降低了两个或多个数量级。此外，私有和公共LoRaWAN网络之间的轻松协作是通过漫游优化网络成本的驱动因素。
综上所述，LoRaWAN网络和NB-IoT之间的能源消耗差距远远不止于LoRa芯片和NB-IoT模块的能源性能比较。它可以比较端到端架构和转出选项。我们看到NB-IoT将面临10个挑战，以达到相当于LoRaWAN网络的能耗性能。今天，3GPPP的重点是发展新的5G宽带生态系统，3GPP创新周期(5-10年)也可能是NB-IoT生态系统显著改善的一个挑战。
我想以一个更全面的观点来结束这篇文章。今天，显而易见的是，没有任何物联网技术能够覆盖大量的物联网用例。188bet金博宝滚球我们看到市场正在转向多无线电接入网(multi-Radio Access Network, Multi-RAN)战略，正如LoRa联盟®和无线宽带联盟(WBA)最近发布的结合Wi-Fi和LoRaWAN的白皮书所探讨的那样。此外，多家私营公司和运营商同时部署了蜂窝物联网和LoRaWAN网络，结合了这两种标准的优势，LoRaWAN网络能够满足大量物联网需求(非常低的功耗、具有成本效益的推出、灵活的业务模式和简单性)，其中蜂窝物联网(4G、5G)用于关键物联网用例或宽带应用。
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