Chirp-IOT，能否成為L(zhǎng)oRaWAN在中國(guó)發(fā)展的又一引擎

雖然有文章認(rèn)為，LoRa的所有環(huán)節(jié)都是在歐洲和亞洲完成，從IP到研發(fā)到整個(gè)供應(yīng)鏈都不在美國(guó)，不會(huì)出現(xiàn)斷供或者后門(mén)事件，但依然不能消除中國(guó)政府的顧慮，尤其是在有其它替代性解決方案（如NB-IoT、Sigfox等）的情況下。所以，LoRa想要在中國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，比肩甚至超過(guò)NB-IoT在中國(guó)的發(fā)展，消除政府顧慮，實(shí)現(xiàn)底層芯片及IP的多供應(yīng)商化很重要。

伴隨著人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展和在多領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)落地，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也進(jìn)入智聯(lián)網(wǎng)階段。以深度學(xué)習(xí)為理論基礎(chǔ)的第三代人工智能技術(shù)需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行“訓(xùn)練”，這些數(shù)據(jù)不僅有我們熟知的視頻、圖片、語(yǔ)音等，還包括大量通過(guò)各類(lèi)傳感器采集到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的文本數(shù)據(jù)。

圖：物聯(lián)網(wǎng)連接量分布及其業(yè)務(wù)特點(diǎn)

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

智聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，LPWAN連接需求依然強(qiáng)勁

如上圖示，基于業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用場(chǎng)景的不同，在構(gòu)筑智聯(lián)網(wǎng)社會(huì)過(guò)程中，以圖片、視頻為主的高流量業(yè)務(wù)，以語(yǔ)音為主的中流量業(yè)務(wù)，和以文本為主的低功耗、低流量業(yè)務(wù)，三者缺一不可，且彼此不可代替。做好占據(jù)連接量60%的低功耗低速率連接業(yè)務(wù)，尤其是其中的長(zhǎng)距離連接業(yè)務(wù)，讓更多的啞設(shè)備開(kāi)口發(fā)聲，對(duì)智聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要性不言而喻。

圖：全球LPWAN市場(chǎng)連接預(yù)測(cè)

來(lái)源：IOT Analytics數(shù)據(jù)

據(jù)知名物聯(lián)網(wǎng)研究公司IoT Analytics發(fā)布的報(bào)告《LPWAN市場(chǎng)報(bào)告2018-2023》中描述，預(yù)計(jì)到2023年，全球LPWAN連接數(shù)將超過(guò)11億個(gè)，2017-2023年連接數(shù)的復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到109%，用戶(hù)用于連接上的支出將超過(guò)47億美元。其中，NB-IoT和LoRa占據(jù)了超過(guò)70%的市場(chǎng)份額，并且這一比例將會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，到2023年將會(huì)達(dá)到85%。而根據(jù)IHS Markit技術(shù)組發(fā)布的預(yù)測(cè)，到2020年，在所有低功耗廣域網(wǎng)公用網(wǎng)絡(luò)中，超過(guò)50%都有望使用基于LoRa網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。

圖：LPWAN公共連接狀況

來(lái)源：IHS Markit數(shù)據(jù)

根據(jù)相關(guān)通信行業(yè)媒體發(fā)布的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止到2019年9月，我國(guó)NB-IoT的連接量正式突破6000萬(wàn)，預(yù)計(jì)到2019年底，NB-IoT的連接量有望突破1億。

而LoRa芯片在中國(guó)的銷(xiāo)售規(guī)模2018年約3000萬(wàn)片，預(yù)計(jì)2019年可達(dá)到6000萬(wàn)片，LoRa在國(guó)內(nèi)的低功耗廣域網(wǎng)中相對(duì)于NB-IoT的表現(xiàn)并不如其在全球那樣搶眼。刨除部分特定因素外，在一項(xiàng)技術(shù)的選擇上，技術(shù)特征和應(yīng)用場(chǎng)景的匹配度占很大比重，從這個(gè)角度看，LoRa在國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)占比差別不應(yīng)該如此之大。LoRa聯(lián)盟，或者說(shuō)整個(gè)非授權(quán)低功耗廣域網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，依然有很大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

ISM頻段的LPWAN在中國(guó)的發(fā)展存在挑戰(zhàn)

LPWAN技術(shù)是專(zhuān)為低速率、低功耗、廣覆蓋、大連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景而設(shè)計(jì)的，可以廣泛應(yīng)用于公共事業(yè)、消費(fèi)與醫(yī)療、智慧工業(yè)、智慧樓宇、農(nóng)業(yè)與環(huán)境、智慧物流、智慧城市等多種場(chǎng)景中。目前國(guó)內(nèi)的LPWAN技術(shù)主要聚焦于智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、公共事業(yè)領(lǐng)域的智能表計(jì)、共享單車(chē)、智慧照明、智能煙感等應(yīng)用場(chǎng)景，LPWAN技術(shù)的應(yīng)用空間尚未完全打開(kāi)，需要LPWAN生態(tài)企業(yè)共同努力，加大力度拓展其創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景，共同做大LPWAN市場(chǎng)。

在三大運(yùn)營(yíng)商高額補(bǔ)貼和政府政策支持雙重刺激下，NB-IoT在中國(guó)迅速得到大規(guī)模推廣，連接量和增長(zhǎng)速度均大于LoRa。但由于發(fā)展階段、運(yùn)營(yíng)商屬性等諸多因素，NB-IoT在用戶(hù)數(shù)據(jù)隱私性、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)靈活性、產(chǎn)業(yè)鏈成熟度、模組價(jià)格等多方面依然存在挑戰(zhàn)。而工作在ISM頻段的LoRa因?yàn)橹С制髽I(yè)自建、產(chǎn)業(yè)鏈更成熟、更靈活的組網(wǎng)方式等原因，可以很好的彌補(bǔ)NB-IoT的不足，尤其是在智能樓宇、智慧園區(qū)、智慧港口這類(lèi)用戶(hù)不希望數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)商的環(huán)境中，以及像環(huán)境監(jiān)測(cè)、畜牧養(yǎng)殖、礦井監(jiān)測(cè)等偏遠(yuǎn)或者環(huán)境惡劣等NB-IoT覆蓋不足的場(chǎng)景。

智慧港口

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

礦井監(jiān)測(cè)

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

成立于2015年3月的LoRa聯(lián)盟，致力于促進(jìn)LoRaWAN協(xié)議在全球的蓬勃發(fā)展，目前已有超過(guò)500多個(gè)會(huì)員。2018年，阿里巴巴、騰訊、京東、廣電、鐵塔、聯(lián)通等眾多國(guó)內(nèi)巨頭先后以不同級(jí)別的身份加入LoRa聯(lián)盟，共同推動(dòng)LoRa生態(tài)和中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

中國(guó)LoRa應(yīng)用聯(lián)盟（CLAA）會(huì)員目前已增加到1200多家。我們看到，中國(guó)企業(yè)已經(jīng)深度參與到LoRaWAN生態(tài)鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)，尤其在應(yīng)用落地方面，依托中國(guó)龐大的市場(chǎng)和CLAA成員的努力，2018年中國(guó)市場(chǎng)LoRa芯片出貨量占全球一半以上，中國(guó)已成為L(zhǎng)oRa產(chǎn)業(yè)生態(tài)最大的市場(chǎng)。但相比工信部不斷發(fā)文推動(dòng)NB-IoT的發(fā)展，僅有和LoRa相關(guān)的《微功率短距離無(wú)線(xiàn)電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求》（征求意見(jiàn)稿），也是希望對(duì)LoRa在國(guó)內(nèi)使用的頻段進(jìn)行限制，雖然該征求意見(jiàn)稿最終沒(méi)有通過(guò)，但國(guó)家對(duì)NB-IoT的發(fā)展大力支持，對(duì)LoRa的發(fā)展持觀(guān)望態(tài)度可見(jiàn)一斑。

LoRaWAN產(chǎn)業(yè)鏈

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

LoRaWAN協(xié)議作為業(yè)界領(lǐng)先的開(kāi)放全球標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)企業(yè)已深度參與到產(chǎn)業(yè)鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)，并作出巨大貢獻(xiàn)。但仔細(xì)分析其產(chǎn)業(yè)鏈，和產(chǎn)業(yè)鏈其它環(huán)節(jié)的百花齊放相比，芯片部分卻高度集中，Semtech一家占據(jù)90%的市場(chǎng)份額，而其它芯片廠(chǎng)家像ASR、ST、微芯科技（Microchip）、深圳華普、國(guó)民電子、群登科技等也需要Semtech授權(quán)晶圓或者IP才能開(kāi)發(fā)，甚至可以說(shuō)Semtech控制了100%的芯片供應(yīng)。

芯片端如此高的市場(chǎng)集中度且沒(méi)有中國(guó)企業(yè)參與情況下，在中美貿(mào)易戰(zhàn)中，對(duì)方屢屢拿芯片作為武器的檔口，政府對(duì)LoRa持觀(guān)望態(tài)度就不難理解了。

雖然也有不少文章介紹LoRa的所有環(huán)節(jié)都是在歐洲和亞洲完成，從IP到研發(fā)到整個(gè)供應(yīng)鏈都不在美國(guó)，不會(huì)出現(xiàn)斷供或者后門(mén)事件，但依然不能消除中國(guó)政府的顧慮，尤其是在有其它替代性解決方案（如NB-IoT、Sigfox等）的情況下。所以，LoRa想要在中國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，比肩甚至超過(guò)NB-IoT在中國(guó)的發(fā)展，消除政府顧慮，實(shí)現(xiàn)底層芯片及IP的多供應(yīng)商化很重要。

Chrip-IOT，

能否助力LoRaWAN在中國(guó)走出政府顧慮

擴(kuò)頻技術(shù)是通過(guò)注入一個(gè)更高頻信號(hào)將基帶信號(hào)擴(kuò)展到更寬的頻帶上，它的基本特點(diǎn)是其傳輸信息所用信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬。擴(kuò)頻技術(shù)通過(guò)在一定范圍內(nèi)犧牲信息本身的帶寬即有效信息傳輸速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)接收靈敏度的提升，從而達(dá)到信道的抗干擾性更強(qiáng)、傳輸距離更遠(yuǎn)的效果。

接受靈敏度與速率

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

擴(kuò)頻技術(shù)誕生于上世紀(jì)40年代，自3G通信以來(lái)而廣為人知，常用的有三種擴(kuò)頻方式：直接序列擴(kuò)頻（DSSS）、跳頻擴(kuò)頻（FHSS）和線(xiàn)性擴(kuò)頻（又叫Chirp擴(kuò)頻，CSS），由于CSS的抗多普勒頻移能力較強(qiáng)，且不需要時(shí)間同步，因此被一些低速低功耗的系統(tǒng)采用，在過(guò)去數(shù)十年間，廣泛應(yīng)用于軍事和空間通信領(lǐng)域。

2007年8月，IEEE 802.15工作組也采用了CSS技術(shù)作為其IEEE 802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)的物理層技術(shù)中的一種，實(shí)現(xiàn)低速率無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)。2009年，法國(guó)公司Cycleo基于CSS調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種優(yōu)異的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)--LoRa（主要相關(guān)的專(zhuān)利為EP2763321（歐洲、2013）US7791415（美國(guó)、2008）），它既保持了傳統(tǒng)FSK調(diào)制的低功耗特性，但明顯的增加了通信距離，LoRa成為CSS技術(shù)用于商業(yè)用途的低成本實(shí)現(xiàn)。

圖：LoRaWAN體系架構(gòu)

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

2012年Semtech收購(gòu)了Cycleo公司，并在不久后將這一調(diào)制技術(shù)封裝到芯片中，開(kāi)啟了LoRa芯片產(chǎn)品化之路。不過(guò)，僅僅一個(gè)基于LoRa調(diào)制技術(shù)的收發(fā)芯片遠(yuǎn)不足以撬動(dòng)廣闊的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，Semtech聯(lián)合多家廠(chǎng)商發(fā)起的LoRa聯(lián)盟，推出不斷迭代的LoRaWAN協(xié)議，催生出一個(gè)全球數(shù)百家廠(chǎng)商支持的廣域組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，從而形成廣泛的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

LoRaWAN協(xié)議只規(guī)定了MAC層的規(guī)范，在物理層，只是簡(jiǎn)單規(guī)定了可以采用兩種調(diào)制方式：FSK和LoRa。但為了最大限度地發(fā)揮發(fā)揮LoRaWAN的優(yōu)勢(shì)，需要采用LoRa調(diào)制。

通過(guò)這種設(shè)計(jì)，既有效的推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展，又保證了Semtech公司在整個(gè)過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)收益。但我們也應(yīng)該看到，這種底層核心技術(shù)的唯一壟斷性，其實(shí)并不利于業(yè)態(tài)的發(fā)展，尤其是在面臨中、美貿(mào)易戰(zhàn)這種政治事件情況下。

對(duì)Semtech以及LoRa聯(lián)盟而言，增加底層芯片及核心技術(shù)的供應(yīng)商，給客戶(hù)更多選擇，共同做大LPWAN市場(chǎng)，是破解LoRaWAN當(dāng)前在中國(guó)面臨問(wèn)題的最好方式。

筆者之前了解到上海磐啟微電子也在CSS基礎(chǔ)上，通過(guò)獨(dú)創(chuàng)的多維度傳輸調(diào)制技術(shù)和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Chirp-IOT算法，研發(fā)出自己的Chirp-IOT系列芯片，能夠在和Semtech的芯片不產(chǎn)生沖突的情況下，不僅僅在物理層上支持LoRa聯(lián)盟的LoRaWAN、阿里云的LinkWAN等開(kāi)源協(xié)議規(guī)范；而且在產(chǎn)品指標(biāo)，如頻率范圍、信號(hào)帶寬、擴(kuò)頻因子、靈敏度、最大發(fā)射功率、典型功耗等方面，也可以達(dá)到當(dāng)前主流的LoRa芯片同等性能，可以作為L(zhǎng)oRaWAN等協(xié)議規(guī)范在物理層的備選方案之一。

并且因?yàn)閯?chuàng)新的多維度傳輸調(diào)制技術(shù)，能夠更好的解決干擾問(wèn)題，據(jù)說(shuō)在同等條件下，相對(duì)于LoRa，可以把網(wǎng)絡(luò)容量提升25%以上。

在和磐啟微電子相關(guān)負(fù)責(zé)人交流過(guò)程中，對(duì)方表示希望能夠通過(guò)公司自主研發(fā)的Chirp-IOT系列芯片，給LoRaWAN產(chǎn)業(yè)鏈在芯片環(huán)節(jié)提供更多選擇，和業(yè)界企業(yè)一起做大LPWAN市場(chǎng)。

可提供的芯片、模組到應(yīng)用系統(tǒng)等全套解決方案已經(jīng)基本完成內(nèi)測(cè)，年內(nèi)即可發(fā)布。并且由于從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)全部國(guó)產(chǎn)化原因，價(jià)格上相對(duì)Semtech的LoRa產(chǎn)品也有很大競(jìng)爭(zhēng)力，且服務(wù)上也更本地化。同時(shí)還附上了產(chǎn)品的部分參數(shù)比對(duì)，以饗讀者。