LPWA(Low Power Wide Area，低功耗广域网)是一种专为物联网(IoT)设备设计的无线通信技术，旨在实现低功耗、远距离和低成本的通信。LPWA网络通过优化覆盖范围、降低数据速率和延长电池寿命等方式，满足现代物联网应用的需求。
LPWA技术的主要特点包括：
- 低功耗：设备的电池寿命可以达到数年甚至数十年，适用于需要长期运行的物联网设备。
- 远距离通信：LPWA技术支持超过10公里甚至更远的通信距离，适用于偏远地区或大规模物联网部署。
- 低成本：终端设备的成本较低，使得大规模部署成为可能。
- 大容量连接：LPWA网络能够支持大量设备的连接，避免网络拥挤和设备干扰。
LPWA技术广泛应用于智慧城市、智能农业、环境监测、智能抄表等领域，例如物流定位、资产管理、智慧水务、智慧路灯等。此外，LPWA技术还包括多种协议和标准，如LoRaWAN、NB-IoT、Sigfox等，这些技术各有优缺点，但共同目标是提供低成本、低功耗的广域连接。
尽管LPWA技术在物联网领域具有显著优势，但也面临一些挑战，如数据传输速率较低、高延迟等。然而，随着技术的不断进步和标准化工作的推进，LPWA网络有望在未来继续扩展其应用范围。
一、 LPWA(低功耗广域)技术最新物联网应用
LPWA(低功耗广域)技术在物联网应用中的最新进展主要体现在以下几个方面：
技术标准和市场发展：
自2016年3GPP发布LTE-M和NB-IoT标准以来，LPWA技术逐渐成熟并广泛应用于物联网领域。NB-IoT和LoRa是目前最主流的LPWA技术，分别由3GPP和美国Semtech公司推动。
预计到2025年，国内LPWA技术连接量将达到7亿，其中NB-IoT与LoRa的比例为6:4.
应用场景的扩展：
LPWA技术的应用场景不断扩展，涵盖了智慧农业、智慧城市、公共事业、智慧楼宇、智慧工业、农业与环境、公共事业、智慧城市、智慧物流、消费与医疗等多个领域。
具体应用包括智能表计、共享单车、智慧照明、资产追踪、远程监控、智能抄表、物流定位及追踪等。
技术优势和特点：
LPWA技术具有低功耗、远距离、低成本和大容量等特性。低功耗使得电池供电设备寿命可达数年;远距离传输适用于室外或远距离无线连接需求;低成本使得技术应用在更多领域，尤其是价格敏感的应用;大容量避免网络拥挤和设备干扰。
LPWA技术还具有低速率和高延迟等特点，适合长时间运行的设备和少量数据传输场景。
未来发展趋势：
未来LPWA技术将继续标准化完善和技术进步，应用领域将进一步扩展。
随着物联网不断升级，LPWA技术将成为一个巨大的市场机会，预计到2025年，LPWA连接数将达到10亿以上，市场价值达到2100亿美元。
技术对比和选择：
NB-IoT和LoRa是目前最主流的LPWA技术。NB-IoT由3GPP制定，适用于移动属性的分散型应用场景，而LoRa则更灵活，适合终端集中的行业应用。
eMTC速率较高，适用于中速率业务，而NB-IoT在低速率、广覆盖、低成本、低功耗类业务上具有较大优势。
LPWA技术在物联网应用中的最新进展主要体现在技术标准的完善、应用场景的扩展、技术优势的凸显以及未来市场的巨大潜力。
二、 LoRaWAN、NB-IoT和Sigfox技术的具体优缺点比较。
LoRaWAN、NB-IoT和Sigfox是三种常见的低功耗广域网(LPWAN)技术，各自具有独特的优缺点，适用于不同的物联网应用场景。以下是它们的具体优缺点比较：
1. LoRaWAN
优点：
长距离通信：LoRaWAN可以实现极长的通信距离，通常可达15公里至20公里，甚至在某些情况下可达50公里。
低功耗：LoRaWAN终端设备大部分时间处于睡眠模式，具有高能效，电池寿命长达15年以上。
抗干扰能力强：LoRaWAN使用扩频技术，减少了数据冲突，提高了通信性能。
成本优势：LoRaWAN使用非授权频段，部署成本较低。
开放式技术：LoRaWAN提供开放式技术，支持自建网络，灵活性高。
缺点：
数据速率较低：LoRaWAN的数据速率相对较低，不适合需要高数据传输的应用场景。
网络覆盖受限：虽然LoRaWAN的传输距离较长，但在城市密集区域可能需要更多的网关来实现全面覆盖。
2. NB-IoT
优点：
高数据速率：NB-IoT提供更高的数据速率和更低的延迟，适合需要频繁通信、低延迟和高传输速率的应用场景。
覆盖范围广：NB-IoT的覆盖范围可达22公里以内，适用于需要广泛覆盖的物联网应用。
稳定性强：NB-IoT在覆盖广、连接多、稳定性强等方面有明显优势。
授权频谱：NB-IoT使用需授权的GSM和LTE频段，通信保障和不限数据传输次数。
缺点：
功耗较高：NB-IoT的功耗相对较高，电池寿命损耗较大。
部署和运营成本高：NB-IoT的部署和运营成本较高，模块价格通常更高。
依赖电信运营商：NB-IoT需要通过电信业者或第三方代理商获取授权，这可能增加推广难度。
3. Sigfox
优点：
低功耗：Sigfox的传输功耗非常低，只有50-100微瓦，非常适合需要极长电池寿命的应用场景。
全球覆盖：Sigfox提供全球性的网络服务，便于跨国部署。
成本低廉：Sigfox通常具有最低的基础设施和设备成本，因为其采用非授权频谱技术且由公司负责运营管理。
缺点：
数据速率低：Sigfox的数据速率非常低，每天最多传输几个字节的数据，限制了其在需要高速数据传输的应用场景中的适用性。
抗干扰能力差：由于数据包低比特率特性，Sigfox容易受到碰撞的影响，并且没有碰撞规避技术。
技术不够开放：Sigfox的技术不够开放，这可能会影响其在某些市场的接受度和应用范围。
4. 总结
LoRaWAN：适合需要长距离、低功耗、低成本和高穿透力的应用场景，如智慧城市、工业自动化和智能家居。
NB-IoT：适合需要高数据速率、稳定性和实时性的应用场景，如智慧工业领域。
Sigfox：适合需要极低功耗和全球覆盖的应用场景，如智能电表、环境监测和物流跟踪。
三、 LPWA网络如何解决数据传输速率低和高延迟的问题?
LPWA(低功耗广域网络)技术在解决数据传输速率低和高延迟的问题上，主要通过以下几种方式：
使用超窄带技术：LPWA技术如Sigfox使用超窄带(UNB)信号传输，每个载波信号的宽度仅为100Hz。这种超窄带技术可以减少经历的噪声，从而提高信号的传输质量，并增加每单位带宽支持的终端设备数量。然而，这种低数据速率也意味着单个终端设备的有效数据速率较低，从而增加了无线电接通需要保持的时间量。
优化电池供电设备的使用：LPWA技术通过优化电池供电设备的使用，使得设备使用可达数年。例如，使用Sigfox技术的终端设备，用AA电池供电即可达10年左右。这种低功耗特性使得设备在低数据速率下仍能长时间运行，从而间接解决了高延迟问题。
大容量和高网络服务质量（QoS） ：LPWA网络具有更大的容量，避免网络拥挤和设备间干扰。例如，Sigfox网络单个基站可以每天处理几百万条设备消息，同时接收并处理接近300条消息，丢包率只有0.5%，保证了高网络服务质量。这种高容量和低丢包率有助于减少数据传输的延迟。
非对称数据传输：多数LPWA协议对数据的上下行采取非对称方式，即上行链路的数据传输速率较低，而下行链路的数据传输速率较高。这种设计可以更好地适应物联网设备的使用场景，尤其是在数据量小、需电池供电的物联网应用中。
低成本和简单的设计：LPWA技术的终端设备射频模块价格一般在5美金以下，甚至Sigfox技术的终端模块价格可达2美金。这种低成本和简单的设计使得LPWA技术在大规模部署时更具优势，从而提高了网络的覆盖范围和稳定性。
频谱效率：LPWA技术通过使用ISM频段(工业、科学和医疗频段)，避免了传统蜂窝网络的频谱费用，从而降低了整体成本。此外，LPWA技术通过扩频方案实现高灵敏度，但网络容量有限，无法高效实现大批量设备信息的并行接收和处理。
四、 在智慧城市和智能农业领域，LPWA技术的实际应用
在智慧城市和智能农业领域，LPWA(低功耗广域网)技术的实际应用案例非常丰富，具体如下：
1. 智慧城市领域
智能照明：通过部署LPWA设备，可以实现对路灯的远程监控和管理，提高城市管理的效率和智能化水平。
交通管理：LPWA技术可以用于交通信号灯的智能化管理，实现交通流量的实时监控和优化，减少交通拥堵。
基础设施检测：利用LPWA技术，可以对城市基础设施进行智能化检测，如桥梁、道路等，及时发现并处理潜在问题。
智能停车：通过LPWA设备，可以实现停车位的实时监控和管理，提高停车效率。
环境监测：LPWA技术可以用于空气质量、噪音等环境参数的监测，帮助城市管理者更好地了解和改善城市环境。
2. 智能农业领域
土壤检测：通过部署LPWA设备，可以实时监测农田的土壤湿度、温度等环境参数，并通过云平台进行数据分析和预测，提高农田的管理和农作物的产量。
智能灌溉：LPWA技术可以用于自动灌溉系统的控制，根据土壤湿度和天气情况自动调节灌溉量，提高水资源的利用效率。
牲畜追踪管理：利用LPWA技术，可以实现对牲畜位置、健康状况和饲料水平的实时监控，提高养殖效率和管理精度。
精准农业：LPWA技术如LoRaWAN™可以实现对农田中各种关键数据(如土壤温度、湿度、天气、降雨量、水质、空气污染、作物生长情况、牲畜位置和健康状况等)的远程监测和控制，帮助农民进行精准农业管理。
智能收割机和灌溉设备：LPWA技术可以连接智能收割机和灌溉设备，实现远程监控和控制，提高农业生产的自动化水平。
五、 LPWA技术的标准化工作目前进展
LPWA技术的标准化工作已经取得了显著进展。以下是详细的进展阶段：
3GPP标准化：
3GPP已经完成了对三种LPWA技术的标准化，包括窄带物联网(NB-IoT)、扩展GSM覆盖范围(EC-GSM-IoT)和LTE机器类型通信(LTE MTC Cat-M1)。这些技术旨在满足物联网(IoT)市场的需求，提供低功耗、长电池寿命和高覆盖范围的解决方案。
这些标准的完成标志着移动运营商可以利用现有的高质量移动网络基础设施进行升级，以支持LPWA技术。
GSMA的推动：
GSMA发起了“移动IoT倡议”，与全球领先的移动运营商、设备制造商、原始设备制造商和基础设施公司合作，通过3GPP标准化了三种互补的LPWA技术。
这一倡议不仅促进了LPWA技术的标准化，还推动了商业LPWA解决方案的采用，确保了客户的选择和市场的繁荣。
LoRa Alliance的贡献：
LoRa Alliance正在通过LoRaWAN规范来标准化LPWA技术，并创建了认证和合规计划以确保互操作性。
LoRaWAN终端设备可以在多个网络中部署，并在不同网络之间漫游，不受网络基础设施或运营商的限制。
其他标准化组织的参与：
IEEE、ETSI等标准化组织也在积极参与LPWA技术的标准化工作。例如，IEEE致力于扩展802.15.4和802.11标准，以降低功耗并提供新协议规范。
ETSI则标准化了双向低数据速率LPWA标准，定义了使用情况、功能体系架构和协议接口。
市场应用和未来展望：
LPWA技术预计将在未来几年内实现指数级增长，为企业和消费者提供更智能、更高效的解决方案。
GSMA预测，到2022年，LPWA连接将成为物联网连接的领先技术，拥有14亿个连接。
