常见的LoRa网络结构，在星状网络结构中提到了多个问题点，这些问题点在传统的单一拓扑网络结构中很难解决，而LoRaWAN技术可以解决这些问题。我们首先通过学习运营商蜂窝网络的技术特点，了解蜂窝网是如何解决传统网络问题的，再学习LoRaWAN的网络技术，通过对比可以更深刻地了解LoRaWAN的网络 优势。本章对网络结构部分的讲解循序渐进，从简单的网络拓扑开始，到实际应用的简单网络，再到复杂的运营商蜂窝网络，最后到本章要讲解的核心LoRaWAN网络。LoRaWAN网络技术出现最晚，吸取了前面 技术的优势并引入大量物联网创新。

一、蜂窝移动通信系统

        蜂窝移动通信（Cellular Mobile Communication）采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中相互通信。其主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。

1.移动通信网的基本组成

         移动通信无线服务区由许多正六边形蜂窝小区覆盖而成，通过接口与公众通信网（PSTN、PSDN）互连，图5-11所示。

图5-11     典型蜂窝移动通信系统图

 

       移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、操作维护管理子系统（OMS）、基站子系统（BSS）、移动台（MS），是一个完整的信息传输实体。

       BSS和SS共同建立呼叫。BSS提供并管理移动台和SS之间的无线传输通道，SS负责呼叫控制功能，所有呼叫都经由SS建立连接，OMS负责管理控制整个移动，MS由移动终端设备和用户数据两部分组成，用户识别卡（SIM）与移动终端设备分离，用于存放用户数据。

       从图5-11中可以看出一个基站实现一个正六边形蜂窝小区覆盖，而几个BSS管理。当用户在同一个BSS内移动时，需要切换基站是由本地的移动交换中心（MSC）完成，当跨BSS时，需要两个MSC通过公众通信网（PSTN）连接协调。数字TDMA第二代系统是由MS辅助切换（MAHO）。

       下面的内容，针对几个关键问题进行分析讨论：容量及覆盖问题、频道分配问题、跨区问题（信道切换）、频道干扰问题、扩容问题。

2.频率复用和蜂窝小区覆盖

无线通信最重要的问题是解决频率资源有限和用户容量问题。针对区域覆盖，有常见的两种方式：

1）小容量的大区制

（1）一个基站覆盖整个服务区，发射功率要大，利用分集接收等技术来保证上行链路的通信质量。

（2）虽然覆盖范围大，但是只能适用于小容量的通信网。

2）大容量的小区制

（1）采用频率复用方式。

（2）将覆盖区域划分为若干小区，每个小区设立一个基站服务于本小区，但各小区可重复使用频率。

（3）由于频率的复用，带来同频干扰的问题。

       由于移动互联网具有大容量的要求，所以在当时的技术条件下，选择了小区制覆盖方式。小区制的概念：将所要覆盖的地区划分为若干小区，每个小区的半径可视用户的分布密度在1～10km，在每个小区设 立一个基站为本小区范围内的用户服务。从而就出现了频率复用的需求。用有限的频率数就可以服务多个小区，每一个小区和其他小区可再重复使用这些频率，称为频率复用。这种组网方式可以构成大区域、大容量移动通信系统。

       为了便于讨论覆盖和频率复用，先从简单的带状服务覆盖区展开讨论，一般应用在铁路、公路、沿海等。按横向排列覆盖整个服务区，基站（BS）使用定向天线，由许多细长的无线小区相连而成。

       为了克服同频干扰，常采用双频组、三频组或四频组的频率配置方式。双频组和三频组频率配置如图5-12所示。从造价和频率利用率来看，选择双频组最好，但双频组的抗干扰能力最差。

图5-12   多频组频率配置

       系统的抗干扰能力是由同频基站之间的距离决定的，当使用三个或者三个以上的频率时，相同频率的基站之间的距离间隔是两个以上的小区空间，其同频干扰大幅下降。但是依然会存在一些位置由于环境影响或者建站的站点位置不理想，引起同频干扰。