物聯(lián)網(wǎng)技術測試：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，地質專家們要翻山越嶺做地質普查，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，進行地表的化學生物指標分析，就像給人體做抽血化驗，然后給可能存在石油的地層做一個透視掃描。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。地震波探測就是在可能有石油的地方，用炸彈放炮，人工制造地震。當?shù)卣鸩ㄍ叵聜鞑r，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；并且反射時間也存在差異，通過在地面收集這些信息，就能推測分析出，地層結構和油藏情況。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)律分布在上萬平方千米的范圍內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。

| 實地測試

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

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

2) 無人機在空中不能停留，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，單位平方公里內上萬個終端，要求單站容量大。

4) 地震波采集器放置時間長，要求功耗低。

該客戶在技術選型時，對ZETA和LoRa進行橫向比較測試，結果表明ZETA分別以兩倍以上距離和速率完勝LoRa，測試詳情如下：

| 測試環(huán)境

農村野外，模擬石油勘探場景。網(wǎng)關高度約5.5米，終端放置在地面，發(fā)射功率17dBm。

具體測試結果如下：

| 數(shù)據(jù)分析

1.極限靈敏度：在此測試環(huán)境下，ZETA SDR網(wǎng)關的極限接收靈敏度優(yōu)于lora 30db，覆蓋距離為LoRa的3倍。除了信號調制解調制式上的差異， 由于占用帶寬不同，信號底噪也貢獻了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RSSI為-135dbm。測試中存在嚴重衰減的位置，網(wǎng)關接收的極限場強為-139dbm。Lora相應的結果為3.4km（1.7米高度），-104dbm；極限接收場強-109dbm，2.6km（地面）。

3.提升空間：當前測試條件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芯片的可達到最好靈敏度的配置極限。而ZETA AM-FSK相應為600bps@-139dBm，4FSK(M=4)，BW=7.5kHz?？紤]到中國法規(guī)相對法規(guī)200kHz的帶寬限制。ZETA通過合理配置M（調制階數(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，擴頻通信能夠減小SNR（接收機解調門限）。

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，擴頻后不能提升接收靈敏度，因為帶寬增加及帶來的底噪跟SNR的減小相抵消。

| 文章小結

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