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定位技術(shù)中LORa與WIFI傳輸?shù)膮^(qū)別

發(fā)布時(shí)間 ：

2019-10-22

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工業(yè)人員定位系統(tǒng)中應(yīng)用的無(wú)線技術(shù)有多種，可組成局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。在上周的內(nèi)容：人員定位系統(tǒng)的硬件保障一文中提到過(guò)傳輸技術(shù)的講解，今天就來(lái)討論下WIFI與LORa之間的不同。

在討論兩種技術(shù)之前，首先我們要了解定位原理：


WIFI
目前WiFi是相對(duì)成熟且應(yīng)用較多的技術(shù)，這幾年有不少公司投入到了這個(gè)領(lǐng)域。WiFi室內(nèi)定位技術(shù)主要有兩種：臨近探測(cè)法和三角釘違法。WiFi定位一般采用“近鄰法”判斷，即較靠近哪個(gè)熱點(diǎn)或基站，即認(rèn)為處在什么位置，如附近有多個(gè)信源，則可以通過(guò)交叉定位(三角定位)，提高定位精度。由于WiFi已普及，因此不需要再鋪設(shè)專門的設(shè)備用于定位。用戶在使用智能手機(jī)時(shí)開(kāi)啟過(guò)Wi-Fi、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，就可能成為數(shù)據(jù)源。該技術(shù)具有便于擴(kuò)展、可自動(dòng)更新數(shù)據(jù)、成本低的優(yōu)勢(shì)，因此實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化。
不過(guò)，WiFi熱點(diǎn)受到周圍環(huán)境的影響會(huì)比較大，精度較低。為了定位做得準(zhǔn)一點(diǎn)，有公司就做了WiFi指紋采集，事先記錄巨量的確定位置點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)用新加入的設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比擁有巨量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)確定位置。
由于采集工作需要大量的人員來(lái)進(jìn)行，并且要定期進(jìn)行維護(hù)，技術(shù)難以擴(kuò)展，很少有公司能把國(guó)內(nèi)的這么多商場(chǎng)定期的更新指紋數(shù)據(jù)。特別的，數(shù)據(jù)采集受環(huán)境影響比較大，尤其對(duì)于人員定位，由于環(huán)境變化較大，定位漂移現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。
wifi定位痛點(diǎn)：
WiFi定位可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位，方便組網(wǎng)，很容易架設(shè)在現(xiàn)有的無(wú)線wifi網(wǎng)絡(luò)。wifi定位可以于醫(yī)療機(jī)構(gòu)、主題公園、工廠、商場(chǎng)等各種需要定位導(dǎo)航的場(chǎng)合。Wifi定位痛點(diǎn)也明顯存在，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1) wifi定位所用的wifi標(biāo)簽是非標(biāo)設(shè)計(jì)，只是數(shù)據(jù)格式參照802.11b格式，不支持標(biāo)準(zhǔn)wifi協(xié)議。無(wú)線路由器不支持掃描wifi標(biāo)簽功能，需要對(duì)路由器二次開(kāi)發(fā)，即在路由器加載wifi標(biāo)簽掃描固件。部分無(wú)線路由器支持wifi掃描功能，可以獲取wifi標(biāo)簽的MAC地址，wifi標(biāo)簽定義的其他功能就不支持了。比如無(wú)線傳感、按鈕呼叫、低電告警等。這些是非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)化的路由器不支持非標(biāo)協(xié)議.
2)wifi標(biāo)簽功耗較大，連續(xù)發(fā)射電流在200ma以上，電池壽命限制了wifi定位標(biāo)簽的推廣使用。
3)wifi標(biāo)簽成本相對(duì)較高，不利于大幅度推廣商用。
4)wifi定位存在嚴(yán)重的同頻干擾問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)相互影響。
LoRa
LoRa 是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國(guó)Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。目前，LoRa 主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括433、868、915MHz等。
LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端（可內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或稱基站）、Server和云四部分組成。應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。一般說(shuō)來(lái)，傳輸速率、工作頻段和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響傳感網(wǎng)絡(luò)特性的三個(gè)主要參數(shù)。傳輸速率的選擇將影響系統(tǒng)的傳輸距離和電池壽命；工作頻段的選擇要折中考慮頻段和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)；而在FSK系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇是由傳輸距離要求和系統(tǒng)需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)目來(lái)決定的。
LoRa融合了數(shù)字?jǐn)U頻、數(shù)字信號(hào)處理和前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，擁有前所未有的性能。此前，只有那些高等級(jí)的工業(yè)無(wú)線電通信會(huì)融合這些技術(shù)，而隨著LoRa的引入，嵌入式無(wú)線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。
前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)是給待傳輸數(shù)據(jù)序列中增加了一些冗余信息，這樣，數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)程中注入的錯(cuò)誤碼元在接收端就會(huì)被及時(shí)糾正。這一技術(shù)減少了以往創(chuàng)建“自修復(fù)”數(shù)據(jù)包來(lái)重發(fā)的需求，且在解決由多徑衰落引發(fā)的突發(fā)性誤碼中表現(xiàn)良好。一旦數(shù)據(jù)包分組建立起來(lái)且注入前向糾錯(cuò)編碼以保障可靠性，這些數(shù)據(jù)包將被送到數(shù)字?jǐn)U頻調(diào)制器中。這一調(diào)制器將分組數(shù)據(jù)包中每一比特饋入一個(gè)“展擴(kuò)器”中，將每一比特時(shí)間劃分為眾多碼片。
即使噪聲很大，LoRa也能從容應(yīng)對(duì)，LoRa調(diào)制解調(diào)器經(jīng)配置后，可劃分的范圍為64-4096碼片/比特，使用4096碼片/比特中的高擴(kuò)頻因子（12）。相對(duì)而言，ZigBee僅能劃分的范圍為10-12碼片/比特。
通過(guò)使用高擴(kuò)頻因子，LoRa技術(shù)可將小容量數(shù)據(jù)通過(guò)大范圍的無(wú)線電頻譜傳輸出去。實(shí)際上，當(dāng)你通過(guò)頻譜分析儀測(cè)量時(shí)，這些數(shù)據(jù)看上去像噪音，但區(qū)別在于噪音是不相關(guān)的，而數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，基于此，數(shù)據(jù)實(shí)際上可以從噪音中被提取出來(lái)。擴(kuò)頻因子越高，越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來(lái)。在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)良好的GFSK接收端，8dB的小信噪比（SNR）需要可靠地解調(diào)信號(hào)，采用配置AngelBlocks的方式，LoRa可解調(diào)一個(gè)信號(hào)，其信噪比為-20dB，GFSK方式與這一結(jié)果差距為28dB，這相當(dāng)于范圍和距離擴(kuò)大了很多。在戶外環(huán)境下，6dB的差距就可以實(shí)現(xiàn)2倍于原來(lái)的傳輸距離。
因此，使用LoRa技術(shù)我們能夠以低發(fā)射功率獲得更廣的傳輸范圍和距離，這種低功耗廣域技術(shù)正是我們所需的。
總結(jié)下LoRa模塊的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：
1、空曠傳輸距離8000米
2、工作頻率：433/470/868/915MHz可選
3、靈敏度高達(dá) -139 dBm -139 dBm
4、TTL/232/485電平接口
5、通訊頻道多達(dá)40個(gè)
LoRa無(wú)線通信技術(shù)的出現(xiàn)使得無(wú)線通訊距離有了新的突破，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來(lái)新的發(fā)展空間，并且給一些需要遠(yuǎn)距離的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。LoRa模塊在遠(yuǎn)程抄表、安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、實(shí)時(shí)定位等領(lǐng)域上應(yīng)用比較多。
定位技術(shù)百花齊放，各有優(yōu)缺點(diǎn)。引入電廠的定位實(shí)際需求的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)LORa傳輸方式是適合的，這也是云酷科技選擇LORa的原因，技術(shù)沒(méi)有好的，只有適合的。



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