叶绍辉
（广东电网公司东莞供电局）
【摘要】 针对传统抄表系统效率低、 成本高等弊端， 文中综合分析了LoRa和电力载波的技术特点， 并基于这两种技术在智能抄表系统中的网络部署，浅析其优势和劣势。 同时对LoRa技术在实际环境中的应用情况做了概括。
【关键词】 LoRa； 电力载波； 低压集抄
【前言】 随着信息化的日益普及，当今社会已步入物联网时代。 物联网结合智能感知、 识别技术与普适计算等通信感知技术，已成为新一代信息技术的重要组成部分。 低功耗广域网络（LoRa） 技术能够解决长距离与低功耗的矛盾，未来将成为物联网技术领域中的重要组成部分。在日常工作中，由于地域及建筑物分布不同，智能抄表单取用单一的集抄方式，难以满意距离、低功耗、抄表率高的需求，LoRa技术在针对智能抄表系统的通信解决方案中具有很大的优势， 可满足物联网中远距离和低功耗的通信需求，把 LoRa技术和电力载波技术互补应用，能有效解决各类环境中遇到的抄表难点，具有广阔的推广价值。
1 技术特点分析
1.1 LoRa技术特点
LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，通信系统网络主要为星状网架构， 通信距离可达5 km 以上（与环境有关）， 在空旷地方甚至更远。LoRa是基于线性调频扩频调制，它保持了像无线调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离,单个网关或基站可以覆盖数百平方公里范围，具多方面特性：
（1）覆盖广，距离远。网关是节点与IP网络之间的桥梁（通过移动网络或者Ethernet）。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm（100mW），那么在高建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。
（2）低成本。低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势。速率低就不需要大缓存，所以可以缓存小;因为低带宽，就不要复杂的均衡算法，这些因素使得LoRa芯片成本变低。
（3）低功耗。其能耗超低，接收电流仅10mA，睡眠电流<200nA，这大大延迟了电池的使用寿命，可以独立工作5年。
（4）易于建设和部署。网络架设采用中心及蜂窝互联分布式，扩展只需增加终端采集器。
1.2 电力载波技术特点
电力载波集中抄表系统是通过利用原有的低压输电线实现数据传输的集中抄表系统，它通过调制、解调技术，在发送端就将数据调制为高频信号，然后叠加到低压电力线路上进行传输，在接收端使用解调技术将调制信号中所需的高频信号解调出来进行处理，这样就不需要重新铺线，优势比较明显。但是因为电力线是用来给用电设备传输电能的，不是用来传输数据的，所以用电力线进行数据传输存在许多限制：
（1）配电变压器会对电力载波信号产生阻隔作用，因此电力载波的信号只可以在一个配电变压器的区域范围内进行传送；
（2）信号的耦合方式的不同，电力载波的信号损失也会不同；
（3）电力线本身存在脉冲干扰及其它接入干扰用电设备；
（4） 输电线的类型、材质不同，产生的阻抗和衰减系数也会不一样，这些使得电力线成为一个不理想的通信媒介。
1.3 LoRa和传统小无线技术比较
无线抄表是利用空间的无线信道实现数据传送的， 它不受到地形的限制，也不需要专门来铺设电缆，适合电能表比较分散且布线较为困难的地方，但是在进行远距离传输时，无线抄表在传输过程中容易受到电磁干扰，在实际中实施的成本也比较高 。
相对于传统小无线技术，LoRa无线网络大幅增加了通信距离，提升数据传输的抗干扰性及信号穿透力，为用户提供了一种能实现远距离、低成本、自由组网、易维护、高容量、低功耗、抗干扰和穿透能力强的高安全级别企业级专用无线通信网络。
2远程抄表网络
2.1 基于 LoRa 技术的远程智能抄表网络系统
（1）硬件构成。LoRa主要由终端采集器、电表 LoRa模块、网关（或称基站）、 基于LoRa技术的远程智能抄表系统、运营商网络构成。
（2）网络联路。终端采集器通过485接口或电表 LoRa模块，采集电表的电量信息和运行状态信息， LoRa 网关将终端采集器的数据，通过运营商网络方式传到LoRa集抄管理系统及计量自动化系统，组成4级通信组网架构。
（3）多链路互联。终端采集器上报数据时，通过通信模块搜寻附近的 LoRa 通信网关（基站），LoRa网关和终端采集节点之间采用无线一对多的通信方式进行连接和通信。
（4）网络拓展广。运营商对网络进行优化和管理，降低企业成本，提供运营商级别网络保障。通过运营商可基于已有网络快速搭建一张具有连续深度覆盖、低成本、低功耗、可漫游、质量有保障等特点的窄带专用物联网， 拓展新兴业务领域。
2.2基于电力载波技术的远程智能抄表网络系统
目前供电系统采用的电力载波方案为半载波方案及全载波方案。
（1）半载波方案是载波通信技术和RS-485总线技术的结合，集中器和采集器之间利用电力线传输数据，采集器和电能表之间采用RS-485总线通信。其特点是通信线路敷设较简单，易受电网噪声干扰，数据可靠性差。
（2）全载波方案是利用电力线作为集中器和电能表之间的传输介质，所有电表采用载波式电能表，集中器与电能表之间无需采集器。其特点是通信线路敷设简单，易受电网噪声干扰。
2.3对比分析
综上分析， 把基于LoRa技术的远程智能抄表方案与基于电力载波技术方案互为补充应用，能应用部署在复杂的应用环境中。
（1）LoRa技术部署更方便， 成本更低 ，LoRa网关和终端采集节点之间采用无线一对多的通信方式进行连接和通信，后期增量电表架设，只需通过增加LoRa射频终端，就能实现采集抄表。在集中小区场所，能模块化扩展，如把一型网关架设在两个小区中段位置，就能同时取集两个小区LoRa终端的数据，实现对不同变压器间的电表数据同时采集。
（2）电力载波技术优先在城中村进行架设，通过原有电力线路作为数据传输介质，节省数据线路传输成本。城中村由于建筑物位置分布及高度分布不同，及电力线路上的干扰源影响，在传输距离上有限，以集中器为中心150米范围开始明显衰减。如结合LoRa 技术方案，两个集抄方案作为互相补充，对解决不同地形及复杂应用环境中，有一定的意义。
3在低压集中抄表的实际应用情况
3.1 电力载波技术的应用情况
使用LoRa技术来实现无线抄表系统，不仅能够高效、 实时的实现远程读取数据，还解决了布点分散难以管理的问题，在2016年集抄全覆盖中，在管辖供电所内对470个台区10万用户部署了电力载波抄表方案，但是电力线载波通信技术仅仅是一个过渡， 相信随着互联网技术成本下降，智能电表终将会朝着互联网的方向发展，而LoRa技术集抄在远程抄表系统中的应用比例会逐渐提升。
3.2 LoRa 技术的应用情况
2018年通过营销技改项目，对管辖的厚街供电分局1.1万用户进行低压集抄改造，采用了 LoRa 技术抄表方案，充分利用LoRa 覆盖广、部署容易特点，采用邻近小区架设1个中心一型网关，同时对多小区进行集中抄表的配置，部署14个LoRa网关安装，800个LoRa II型采集器，500个电能表LoRa通信模块接入。
4【结束语】
本文从技术特点和智能抄表应用方面，对 LoRa和电力载波技术做了对比分析，两者分别有各自的特点和存在需求，在市场上都将有一席之地。 LoRa 技术是近几年推出的一个很有前景的技术，虽然它的使用范围还不是很广泛，但仍存在进一步的拓展空间，如将LoRa 技术分别运用在电能表、水表、燃气表上，将三表的抄表技术实现统一， 达到三表合一，这样可以极大地减轻抄表工作，节省人力、物力。
参考文献：
[1] 赵太飞， 陈伦斌， 袁麓 . 基于 LoRa 的智能抄表系统设计与实现[J]. 计算机测量与控制， 2016， 24（9） ： 298-301.
[2] 赵静，苏光添. LoRa无线网络技术分析[J]. 移动通信， 2016，40 （21）：50-57.