物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)測(cè)試：縱行科技ZETA完勝LoRa，助力石油勘探

找油是石油工業(yè)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。最大的困難是油和人之間，隔著厚厚的土壤和巖石，既看不見也摸不著。

為了尋找石油，地質(zhì)專家們要翻山越嶺做地質(zhì)普查，就像醫(yī)生先觀察病人的體表特征；接著在可能性大的區(qū)域，進(jìn)行地表的化學(xué)生物指標(biāo)分析，就像給人體做抽血化驗(yàn)，然后給可能存在石油的地層做一個(gè)透視掃描。這種方法被稱為“地球物理勘探”。

而尋找石油最常用的一種方式就是地震波探測(cè)。地震波探測(cè)就是在可能有石油的地方，用炸彈放炮，人工制造地震。當(dāng)?shù)卣鸩ㄍ叵聜鞑r(shí)，在軟硬地層中的傳播速度不同，在不同巖層中反射的聲波也不同；并且反射時(shí)間也存在差異，通過在地面收集這些信息，就能推測(cè)分析出，地層結(jié)構(gòu)和油藏情況。這就好比給人體做CT，核磁共振，X光片。

為了獲得更好的地震效果，不僅要把幾千枚炸藥生埋于地下，而且要按照一定的規(guī)律分布在上萬(wàn)平方千米的范圍內(nèi)放置上地震波采集器，采集器部署的越密，采集到的數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方案，是通過有線傳輸，但是有線施工難度大，成本高，部署的數(shù)量少，分析精度低。

| 實(shí)地測(cè)試

近期某客戶計(jì)劃采用無(wú)線方案，進(jìn)行傳感器的數(shù)據(jù)收集，但是無(wú)線采集面臨新的挑戰(zhàn)：

1) 野外環(huán)境，受各種地表遮擋，信號(hào)衰減嚴(yán)重，要求覆蓋能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)。

2) 無(wú)人機(jī)在空中不能停留，采集周期短（10s），即要求通信速率高。

3) 地震波采集器放置密度高，單位平方公里內(nèi)上萬(wàn)個(gè)終端，要求單站容量大。

4) 地震波采集器放置時(shí)間長(zhǎng)，要求功耗低。

該客戶在技術(shù)選型時(shí)，對(duì)ZETA和LoRa進(jìn)行橫向比較測(cè)試，結(jié)果表明ZETA分別以兩倍以上距離和速率完勝LoRa，測(cè)試詳情如下：

| 測(cè)試環(huán)境

農(nóng)村野外，模擬石油勘探場(chǎng)景。網(wǎng)關(guān)高度約5.5米，終端放置在地面，發(fā)射功率17dBm。

具體測(cè)試結(jié)果如下：

| 數(shù)據(jù)分析

1.極限靈敏度：在此測(cè)試環(huán)境下，ZETA SDR網(wǎng)關(guān)的極限接收靈敏度優(yōu)于lora 30db，覆蓋距離為L(zhǎng)oRa的3倍。除了信號(hào)調(diào)制解調(diào)制式上的差異， 由于占用帶寬不同，信號(hào)底噪也貢獻(xiàn)了19db的差異。

2.覆蓋距離：ZETA AM-FSK的0丟包極限覆蓋距離為11km（1.7米高度），該點(diǎn)RSSI為-135dbm。測(cè)試中存在嚴(yán)重衰減的位置，網(wǎng)關(guān)接收的極限場(chǎng)強(qiáng)為-139dbm。Lora相應(yīng)的結(jié)果為3.4km（1.7米高度），-104dbm；極限接收?qǐng)鰪?qiáng)-109dbm，2.6km（地面）。

3.提升空間：當(dāng)前測(cè)試條件lora芯片理論最大速率為293bps@-137dBm，SF=12，BW=125kHz。在該速率下，SF=12已經(jīng)是lora芯片的可達(dá)到最好靈敏度的配置極限。而ZETA AM-FSK相應(yīng)為600bps@-139dBm，4FSK(M=4)，BW=7.5kHz?？紤]到中國(guó)法規(guī)相對(duì)法規(guī)200kHz的帶寬限制。ZETA通過合理配置M（調(diào)制階數(shù)）和BW，還有很高的速率提升空間。

4.頻譜效率：LoRa SF=12, 293bps/125kHz=0.0029b/s/Hz；ZETA, M=4, 600bps/7.5kHZ=0.08b/s/Hz, 是LoRa的28倍。

| 理論分析

1.由信噪比S/N = Eb/N0 * Rb/B (Eb:每比特的能量，N0噪聲功率譜密度，Rb信息傳輸速率，B:基帶帶寬) 可知，速率不變的情況下，擴(kuò)頻通信能夠減小SNR（接收機(jī)解調(diào)門限）。

2.由接收靈敏度PN (min) = ?174 + 10logB + NF + SNR(-174:自然噪聲底，B:基帶帶寬，NF:噪聲系數(shù)，SNR: 信噪比)可知，擴(kuò)頻后不能提升接收靈敏度，因?yàn)閹捲黾蛹皫淼牡自敫鶶NR的減小相抵消。

| 文章小結(jié)

實(shí)際上，考慮到普通晶振的時(shí)鐘精度，LoRa所需的典型的信道帶寬為125kHz或以上，而在免授權(quán)頻段（470MHz-510MHz），很難找到底噪相對(duì)干凈的125kHz帶寬，但7.5kHz是很容易的，從而導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中LoRa的接收靈敏度比ZETA的AMFSK差很多。本次測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)果，證實(shí)了這一分析。