阿里的LoRaWAN标准成为中国的LoRa无线空口标准?
2021-02-02
阿里的LoRaWAN标准成为中国的LoRa无线空口标准?
11月1日，LoRa® 联盟宣布，作为 LoRaWAN 联盟 Sponsor 成员的阿里巴巴提交的 LoRaWAN 中国频段技术标准《LoRaWAN CN470 频谱技术标准》，经过投票确认，正式成为中国地区的 LoRa 无线空口标准。
可以说，这一标准的确立，为国内 LoRa 的进一步快速发展奠定了基础，其主要贡献有3点：
· 使中国国内部署的470频段的 LoRa 技术成为国际联盟认可的技术
· 解决了以前国内厂商 LoRa 设备各自为政，频段不统一，不能互联互通的问题
· 该标准中的方案设计，尤其是天线的设计，有效提高了频谱效率并降低了硬件成本
需要指出的是，该标准是由中兴克拉与阿里巴巴合作拟定由阿里巴巴向 LoRaWAN 联盟提交的。无论如何，这都表明中国的 LoRa 生态在进一步的发展壮大。
技术标准的统一，有利于中国本土 LoRa 产品的认证测试。在 LoRa 联盟的网站上，到目前为止共发布了148款经过联盟认证测试过的产品。由于原来频段不统一的问题，目前国内的几百家 LoRa 生态伙伴，尽管设备已经用在了各行各业上，但是似乎还没有一款经过 LoRa 联盟正式认证过的产品。
谁来做产品的LoRaWAN测试认证?
众所周知，LoRa 作为一种物联网技术，可以利用为 M2M 和物联网(IoT) 应用设计的传感器和执行器，实现低据速率远距离通信，在各个国家和地区应用到各个方面。LoRa 联盟™ 是由多家合作成员组成的一个开放性组织，它开发了低功耗广域 LPWA 网络协议规范 LoRaWAN®。该规范以 LoRa 技术为基础，使用免许可的 GHz 以下频段进行通信。
那么LoRa产品由谁来做认证测试呢?
当然，是由 LoRa Alliance 授权的测试机构 (ATH- Authorized Test House) 。申请认证的流程这里不作过多的介绍，大家可以到官网上下载相应的文档。
那么LoRa联盟授权了哪些测试机构呢？
到目前为止，LoRa 联盟官方共授权了大约8家测试机构 (其中有的测试机构可能在世界各地有多家Lab) ，如下图。
LoRa 联盟授权的支持 LoRa 测试认证的 ATH
在大中国地区，只有一家，那就是在台湾的德国莱茵TUV测试 Lab。各生产厂商提交产品认证时可以与各测试机构单独联系，但是前提是该厂商必须是 LoRa Alliance 成员。不是的，需要提前加入 LoRa Alliance。
LoRaWAN 认证主要测试哪些产品？
目前，LoRa 的认证测试主要是针对 Class A 的终端产品( Class A, B, C 产品区别如下表)，网关产品的认证计划还没有开始。Class A 的终端产品主要包含以下频段：EU 863-870 ; EU 433 ; US 902-928 ; AU 915-928 ; KR 920-923 ; AS 923 ; CN 779-787 ; CN 470-510 (CN电表中国频段)。其它地区没有使用上述频段的目前还没有开始认证计划，有些还在开发之中。所有的认证测试的目标是保证不同厂家的产品可以互联互通，正常工作。
三类 LoRa 终端的差别
LoRaWAN® 的认证测试主要是针对终端的功能进行测试，也就是说主要是 LoRaWAN 的协议和应用是否与 LoRaWAN 的规定一致。对于射频功能的验证是可选项，例如发射功率，无线接收灵敏度等。
需要指出的是，LoRaWAN 认证测试与 CE 或 FCC 等强制性认证没有任何关系，两者之间没有任何影响。
如何保证产品LoRa认证测试通过？
刚才提到， LoRaWan 产品的认证只是功能性的测试，射频测试的内容只是可选项。但是我们需要了解的是射频的特性是保证产品功能正常的前提。所以，要想顺利通过认证测试，首先就要保证先要通过射频测试。还有，对于CE或FCC认证，射频测试是必须测试的项目。
接收机高灵敏度的测试
在所有的通信制式中，LoRa 技术的接收灵敏度是最高的。
以当前市场上常用的 SX1301 在 125kHz/SF12 配置时，它可以达到 -142.5dBm。相比NB-IoT (-130dBm) 和 LTE (-110dBm) 高得多，这也是为什么 LoRa 能够远距离传输的原因之一。在理想条件，即相同的发射功率，天线增益和环境因素条件下，LoRa 的通信距离是 NB-IoT 的4倍；是 LTE 的42倍。不仅如此，市场上的 SX1268 和 SX127x 模块的最高灵敏度可以到达-148dbm。
如此高的灵敏度，对测试仪器提出了较高的要求。信号源必须能够产生精确的小于 -148dBm 的 LoRa 信号，才能够达到系统测试的要求。
LoRa 接收机灵敏度测试
是德科技的 MXG 信号源 N5182B 是一款经济的信号源，其输出可以达到 -144dBm，而且具有优异的相位噪声特性，可以满足一般的 LoRa 终端的测试要求。◼︎ 对于更为苛刻或更高灵敏度的测试，可以选用是德科技的高端矢量信号源。
◼︎ 对于研发以及设计与验证测试，业界还在考虑增加其他测试要求，包括在加性高斯白噪声 (AWGN) 和信号衰减条件下 (例如由本振频率漂移或相邻信道和同信道干扰引起的频率误差) 对接收机的性能进行验证。选配不同的选件，MXG 信号源可以轻松满足这些测试。面向物联网的 N7610C Signal Studio 软件配有直观的图形用户界面，能够让用户轻松设置参数，并利用这些参数控制各种配置，从而灵活地生成 LoRa 波形。LoRa 信号配置的关键参数包括扩频因子(SF)、带宽、码率和前导码长度等参数。
发射机的各种调制参数测试
LoRa 发射机的测试主要是功率相关和解调测试两个方面，主要包括功率，频率误差，占用带宽等测试项目。例如最大功率的测试是某些运营商非常看重的发射测试之一。
是德科技的频谱仪，辅以现在的物联网测试软件选件 (N9084EM0E) ，可以对LoRa发射的信号进行解调。
利用此软件选件，可以发掘更多的发射机 LoRa 信号的信息，如解调 Chirp 的 trace 和频率偏移相对于信号(Symbol) 的 trace 等，为发射机和发射电路的设计提供了非常好的 debug 工具。
模块或终端低功耗的测试
众所周知，LoRa 是一种低功耗广域网技术。LoRa 的 Class A 终端由于使用电池驱动，所以对于其耗电有专门的优化机制。对于研发工程师而言，MCU 的选择、电池电源管理芯片、电路的设计、外围设备的耗电等问题，都会影响到最终 LoRa 终端耗电的性能。
与 NB-IoT 有不同的工作状态类似，LoRa 终端也有几种工作状态，休眠模式，空闲模式 (只有MCU工作)，运行模式(包括发送数据模式和数据监听或接收模式)，每种状态消耗的电流不同。
例如模块 SX1278，其休眠电流小于0.2毫安，空闲模式下电流大约为1.6mA，接收状态下为12mA，工作在最大发射情况下为120mA。在不同的应用模式下，各个状态持续的时间长度也是不一样的。所以，即使是同一款终端，在不同的应用场景下，电池的续航时间也是不同的。
要想准确获知电池的续航时间，则需要准确测试各种状态下电流的消耗。也可以监测某台终端在某一场景中正常工作状态下某一段时间 (例如4个小时) 的功耗，从而估算电池的续航时间。