在物联网设备的远距离无线传输场景中，通常会采用一些低功耗、长距离传输的通信技术。TPUNB(Techphant Ultra-Narrow Band)和LoRa(Long Range)是两种常见的低功耗广域网(LPWAN)技术，它们都具备长距离和低功耗的特点，但适用于不同的应用场景。
TPUNB是一种由技象科技推出的低功耗广域网技术，专注于低速率、超长距离的传输。它主要采用S-FSK调制技术，因此可以覆盖广泛的地区，尤其适用于远距离和低带宽需求的物联网应用。TPUNB的优点在于其信号覆盖范围广，能耗低，适用于低数据量传输和低功耗的场景，如位置追踪、状态监控等。然而，由于数据传输速率较低，不适合高清图像或视频的实时传输。
LoRa也是一种低功耗广域网技术，允许在低功耗下实现长距离通信，尤其在开阔地带有非常好的传输效果。LoRa采用线性扩频调制技术，具有很强的抗干扰能力，并且可以在无蜂窝网络支持的情况下独立运行。LoRa的优点包括适用于长距离低功耗传输，且可以独立于现有网络架构，适用于偏远地区或复杂环境的设备通信。然而，与TPUNB类似，LoRa的数据速率较低，不适合传输高数据量的视频或图像。
对于无人机高清图传等需要大量数据传输的应用场景，TPUNB和LoRa由于带宽限制，不适合直接承担视频或图像传输任务。它们更适合用于低速率数据传输，如设备状态、位置数据、传感器读数等。无人机远距离的视频图传通常需要微波、4G/5G、Wi-Fi Mesh等带宽更高的技术，而TPUNB和LoRa则可以作为辅助通信手段。
一、 TPUNB技术的具体工作原理和应用场景
TPUNB技术是一种基于窄带无线通信的物联网通信协议，具有超低功耗、高安全性和抗干扰能力的特点。其工作原理主要依赖于联合扩频调制技术和通信组网协议控制技术，支持433 MHz和470～510 MHz频段。TPUNB技术通过调制和解调技术将数字信号转换为无线信号，并通过无线方式传输到远处。
TPUNB技术在物理层采用低功耗设计和认证机制来保障通信的安全性，在芯片级则通过硬件级别的算法和加速器、安全芯片的设计以及防止外部篡改和利用硬件漏洞的措施来确保通信安全。此外，TPUNB还具备空中升级和空中唤醒功能，支持OPENCPU，降低了物联网终端的成本和开发难度。
TPUNB技术的应用场景非常广泛，通常用于实现大规模的物联感知系统，例如远程抄表、智慧城市、数字乡村和工业物联网等领域。在具体应用中，TPUNB可以用于配电房中的多种感知终端和边缘智能网关的部署，实现云端数据采集和故障监测上报等操作。此外，TPUNB技术也在工业实时数据采集领域中得到了应用，补齐了中远距离无线通信的技术短板。
二、 LoRa技术在环境监测和农业监控中的应用
LoRa技术在环境监测和农业监控中的应用案例非常广泛，以下是几个具体的例子：
- 智慧农业管理系统：LoRa技术被应用于智慧农业中，用于环境监测、动植物信息检测、温室信息监测和节水灌溉等方面。例如，在农田中部署LoRa传感器节点，可以实时监测土壤湿度，帮助农场主实时掌握土壤状态，从而合理安排灌溉计划。
- 土壤污染监测：利用LoRa技术可以实时监测土壤中的各种重金属和有机物质含量，评估土壤质量和污染程度。例如，在一个农田中安装LoRa设备，用于检测土壤污染情况，有助于及时采取措施以保护土壤健康。
- 气象环境监测：LoRa技术还可以用于农场气象实时监测，包括空气温湿度、光照、降雨量、风速、风向、大气压力和气体浓度等数据的监测。这些数据可以帮助农民及时预报极端天气，并做出相应的农业管理决策。
- 精准农业管理：通过将传感器节点部署在农田中，LoRa技术可以实现对土壤湿度、温度、光照等环境参数的实时监测。这种精准农业管理方式不仅提高了农业生产效率，还减少了资源浪费。
- 智能灌溉系统：结合LoRa模块与土壤湿度传感器、气象传感器等设备，可以实现远程监控和控制灌溉设备。这种精准灌溉方式不仅提高了水资源利用效率，还确保了作物生长的最佳条件。
- 大棚环境监测：在农业种植大棚中，通过LoRa网络建立的无线传感器网络可以监测大棚内的空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度和光照度等参数。这有助于提醒异常情况，并实现科学种植。
这些案例展示了LoRa技术在环境监测和农业监控中的巨大潜力和实际应用价值。
三、 TPUNB和LoRa在不同环境条件下的传输性能?
在比较TPUNB和LoRa在不同环境条件下的传输性能时，我们可以从以下几个方面进行分析：
1. 传输距离：
TPUNB在复杂地形条件下(如山区或森林)仍能保持较为稳定的通信性能，传输距离通常在几公里到十几公里之间。
LoRa的传输距离远，通常在有清晰视线的情况下可达3公里，在无障碍环境中可达25公里以上。然而，树木和风的影响会导致LoRa的接收功率比(PRR)突然下降，从而影响无线信号的质量和范围。
2. 环境因素的影响：
TPUNB的性能在复杂地形下相对稳定，但具体性能受大气条件如雨、雪、雾、雷暴等影响较大。
LoRa的传输距离和信号质量受湿度、温度、树木和风等因素显著影响。高湿度环境下，设备的防潮性能和抗氧化性能会受到影响，进而影响信号的稳定性和传输距离。
3. 抗干扰能力：
TPUNB在复杂地形下仍能保持较为稳定的通信性能，表明其具有一定的抗干扰能力。
LoRa具有较强的抗干扰能力，能够在恶劣天气条件下表现良好。
4. 功耗：
TPUNB的具体功耗数据未提供，但LoRa以其低功耗著称，通常约28毫安，数据传输期间最多118毫安。
5. 数据速率：
TPUNB的具体数据速率未提供，但LoRa的数据速率较低，最大数据速率仅为50 kbps。
在复杂地形条件下，TPUNB和LoRa都能保持较为稳定的通信性能，但LoRa在无障碍环境中具有更远的传输距离。然而，LoRa的传输距离和信号质量受环境因素如湿度、温度、树木和风的影响较大。
四、 针对无人机高清图传，目前存在哪些高带宽通信技术，它们的优缺点是什么?
针对无人机高清图传，目前存在多种高带宽通信技术，每种技术都有其独特的优缺点。以下是几种主要的高带宽通信技术及其特点：
1. OcuSync 技术：
- 优点：OcuSync 技术在无干扰和无遮挡环境下，可以保证在10公里范围内提供1080P高清稳定图传。此外，该技术能够自主感知周围环境的无线干扰，并以每秒100次的频度进行调整，从而提高抗干扰能力。
- 缺点：尽管OcuSync技术具有较长的传输距离和较高的图像质量，但在复杂环境中可能会受到干扰。
2. Lightbridge 技术：
- 优点：Lightbridge 是大疆自主研发的专用通信链路技术，可实现几乎“零延时”的720p高清传输和显示，通常距离可达2公里以上，在开阔无干扰的情况下甚至可达5公里以上。该技术使用单向图像数据传输，在延时、信号中断重叠、障碍干扰、传输距离等方面均优于Wi-Fi图传。
- 缺点：虽然Lightbridge技术在传输距离和图像质量上有优势，但其传输范围相对有限，且依赖于特定的硬件设备。
3. OFDM 技术：
- 优点：OFDM(正交频分复用)技术是一种多载波调制技术，更适合于高速数据传输。它能够在窄带带宽下发出大量数据，并能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。
- 缺点：OFDM技术需要复杂的信号处理算法，可能会增加系统的复杂性和成本。
4. 4G LTE 网络：
- 优点：4G LTE网络可以支持高达1080p/30fps的图传能力。此外，超可靠多信道捆绑技术可以支持多个4G通道、Wi-Fi网络和有线网络混合捆绑，实现快速负载平衡。
- 缺点：在某些情况下，4G LTE网络的图传能力可能受到网络覆盖和带宽限制的影响，无法提供足够清晰的分辨率。
5. 5G 网络：
- 优点：5G网络不仅能够将无人机图传的分辨率从高清提升至4K超高清，还使得无人机吊装360度全景相机、进行多维度拍摄成为可能。相较于4G和Wi-Fi，5G专网在无人机的飞行数据安全保障方面也具备明显优势，数据传输信道不易被干扰或入侵。
- 缺点：5G网络的部署和维护成本较高，且目前普及率较低，可能在某些地区无法覆盖。
五、 在远距离传输中，如何结合使用TPUNB、LoRa和其他通信技术以优化数据传输效率?
在远距离传输中，结合使用TPUNB、LoRa和其他通信技术可以显著优化数据传输效率。以下是几种可能的优化策略：
- 利用TPUNB的高容量和高效能：TPUNB采用联合扩频调制技术，具有比传统LoRa更高的系统容量和传输效率。通过使用TPUNB，可以在保持低功耗的同时实现更远的传输距离和更大的网络容量。此外，TPUNB还支持多种频段，包括433 MHz、470～510 MHz以及定制开发的230 MHz和800 MHz等专有频段，这为不同应用场景提供了灵活性。
- 结合LoRa的长距离优势：LoRa技术以其超远距离传输能力和低功耗特点而著称，特别适用于需要覆盖广泛区域的应用场景。通过与TPUNB结合使用，可以在保证长距离传输的同时提高数据传输的稳定性和可靠性。
- 优化数据速率和频谱效率：LoRaWAN协议提供了自适应数据速率优化功能，可以根据实际环境动态调整数据速率，从而在保证通信质量的前提下减少能量消耗。同时，TPUNB可以通过裁减高效的LDPC码来进一步提高网络链路的稳定性。
- 减少时延和延迟：LoRa的数据传输效率受到时延和延迟的影响，通过合适的测量方法和分析方法可以帮助优化LoRa系统的时延和延迟。结合TPUNB的高灵敏度设计，可以进一步提升整体系统的响应速度和实时性。
- 混合SF分配策略：为了平衡数据收集时间和能源消耗，可以开发适应性机制，在网关处优化分配和下载扩频因子(SF)设置，并探索混合SF分配以减少移动到更高SF的节点数量，从而降低能源消耗。
