Chirp-IOT，能否成为LoRaWAN在中国发展的又一引擎
虽然有文章认为，lora的所有环节都是在欧洲和亚洲完成，从ip到研发到整个供应链都不在美国，不会出现断供或者后门事件，但依然不能消除中国政府的顾虑，尤其是在有其它替代性解决方案（如nb-iot、sigfox等）的情况下。所以，lora想要在中国长远发展，比肩甚至超过nb-iot在中国的发展，消除政府顾虑，实现底层芯片及ip的多供应商化很重要。
伴随着人工智能技术的蓬勃发展和在多领域的产业落地，物联网的发展也进入智联网阶段。以深度学习为理论基础的第三代人工智能技术需要大量的数据进行“训练”，这些数据不仅有我们熟知的视频、图片、语音等，还包括大量通过各类传感器采集到的设备运行状态的文本数据。
图：物联网连接量分布及其业务特点
一、智联网时代，lpwan连接需求依然强劲
如上图示，基于业务需求和应用场景的不同，在构筑智联网社会过程中，以图片、视频为主的高流量业务，以语音为主的中流量业务，和以文本为主的低功耗、低流量业务，三者缺一不可，且彼此不可代替。做好占据连接量60%的低功耗低速率连接业务，尤其是其中的长距离连接业务，让更多的哑设备开口发声，对智联网建设的重要性不言而喻。
图：全球lpwan市场连接预测
据知名物联网研究公司iot analytics发布的报告《lpwan市场报告2018-2023》中描述，预计到2023年，全球lpwan连接数将超过11亿个，2017-2023年连接数的复合增长率达到109%，用户用于连接上的支出将超过47亿美元。其中，nb-iot和lora占据了超过70%的市场份额，并且这一比例将会继续增长，到2023年将会达到85%。而根据ihs markit技术组发布的预测，到2020年，在所有低功耗广域网公用网络中，超过50%都有望使用基于lora网络的设备。
图：lpwan公共连接状况
根据相关通信行业媒体发布的最新统计数据，截止到2019年9月，我国nb-iot的连接量正式突破6000万，预计到2019年底，nb-iot的连接量有望突破1亿。
而lora芯片在中国的销售规模2018年约3000万片，预计2019年可达到6000万片，lora在国内的低功耗广域网中相对于nb-iot的表现并不如其在全球那样抢眼。刨除部分特定因素外，在一项技术的选择上，技术特征和应用场景的匹配度占很大比重，从这个角度看，lora在国内外的市场占比差别不应该如此之大。lora联盟，或者说整个非授权低功耗广域网产业生态，依然有很大的市场机会。
二、ism频段的lpwan在中国的发展存在挑战
lpwan技术是专为低速率、低功耗、广覆盖、大连接的物联网应用场景而设计的，可以广泛应用于公共事业、消费与医疗、智慧工业、智慧楼宇、农业与环境、智慧物流、智慧城市等多种场景中。目前国内的lpwan技术主要聚焦于智慧农业、智慧城市、公共事业领域的智能表计、共享单车、智慧照明、智能烟感等应用场景，lpwan技术的应用空间尚未完全打开，需要lpwan生态企业共同努力，加大力度拓展其创新应用场景，共同做大lpwan市场。
在三大运营商高额补贴和政府政策支持双重刺激下，nb-iot在中国迅速得到大规模推广，连接量和增长速度均大于lora。但由于发展阶段、运营商属性等诸多因素，nb-iot在用户数据隐私性、网络建设灵活性、产业链成熟度、模组价格等多方面依然存在挑战。而工作在ism频段的lora因为支持企业自建、产业链更成熟、更灵活的组网方式等原因，可以很好的弥补nb-iot的不足，尤其是在智能楼宇、智慧园区、智慧港口这类用户不希望数据经过运营商的环境中，以及像环境监测、畜牧养殖、矿井监测等偏远或者环境恶劣等nb-iot覆盖不足的场景。
图：智慧港口
图：矿井监测
成立于2015年3月的lora联盟，致力于促进lorawan协议在全球的蓬勃发展，目前已有超过500多个会员。2018年，阿里巴巴、腾讯、京东、广电、铁塔、联通等众多国内巨头先后以不同级别的身份加入lora联盟，共同推动lora生态和中国物联网产业的发展。
中国lora应用联盟（claa）会员目前已增加到1200多家。我们看到，中国企业已经深度参与到lorawan生态链的每个环节，尤其在应用落地方面，依托中国庞大的市场和claa成员的努力，2018年中国市场lora芯片出货量占全球一半以上，中国已成为lora产业生态最大的市场。但相比工信部不断发文推动nb-iot的发展，仅有和lora相关的《微功率短距离无线电发射设备技术要求》（征求意见稿），也是希望对lora在国内使用的频段进行限制，虽然该征求意见稿最终没有通过，但国家对nb-iot的发展大力支持，对lora的发展持观望态度可见一斑。
图：lorawan产业链
lorawan协议作为业界领先的开放全球标准，中国企业已深度参与到产业链的每个环节，并作出巨大贡献。但仔细分析其产业链，和产业链其它环节的百花齐放相比，芯片部分却高度集中，semtech一家占据90%的市场份额，而其它芯片厂家像asr、st、微芯科技（microchip）、深圳华普、国民电子、群登科技等也需要semtech授权晶圆或者ip才能开发，甚至可以说semtech控制了100%的芯片供应。
芯片端如此高的市场集中度且没有中国企业参与情况下，在中美贸易战中，对方屡屡拿芯片作为武器的档口，政府对lora持观望态度就不难理解了。
虽然也有不少文章介绍lora的所有环节都是在欧洲和亚洲完成，从ip到研发到整个供应链都不在美国，不会出现断供或者后门事件，但依然不能消除中国政府的顾虑，尤其是在有其它替代性解决方案（如nb-iot、sigfox等）的情况下。所以，lora想要在中国长远发展，比肩甚至超过nb-iot在中国的发展，消除政府顾虑，实现底层芯片及ip的多供应商化很重要。
三、chrip-iot，能否助力lorawan在中国走出政府顾虑
扩频技术是通过注入一个更高频信号将基带信号扩展到更宽的频带上，它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。扩频技术通过在一定范围内牺牲信息本身的带宽即有效信息传输速率，实现对信号接收灵敏度的提升，从而达到信道的抗干扰性更强、传输距离更远的效果。
图：接收灵敏度与速率
扩频技术诞生于上世纪40年代，自3g通信以来而广为人知，常用的有三种扩频方式：直接序列扩频（dsss）、跳频扩频（fhss）和线性扩频（又叫chirp扩频，css），由于css的抗多普勒频移能力较强，且不需要时间同步，因此被一些低速低功耗的系统采用，在过去数十年间，广泛应用于军事和空间通信领域。
2007年8月，ieee 802.15工作组也采用了css技术作为其ieee 802.15.4a标准的物理层技术中的一种，实现低速率无线广域网。2009年，法国公司cycleo基于css调制技术实现一种优异的扩频通信系统--lora（主要相关的专利为ep2763321（欧洲、2013）us7791415（美国、2008）），它既保持了传统fsk调制的低功耗特性，但明显的增加了通信距离，lora成为css技术用于商业用途的低成本实现。
图：lorawan体系架构
2012年semtech收购了cycleo公司，并在不久后将这一调制技术封装到芯片中，开启了lora芯片产品化之路。不过，仅仅一个基于lora调制技术的收发芯片远不足以撬动广阔的物联网市场，semtech联合多家厂商发起的lora联盟，推出不断迭代的lorawan协议，催生出一个全球数百家厂商支持的广域组网标准体系，从而形成广泛的产业生态。
lorawan协议只规定了mac层的规范，在物理层，只是简单规定了可以采用两种调制方式：fsk和lora。但为了最大限度地发挥发挥lorawan的优势，需要采用lora调制。
通过这种设计，既有效的推动了物联网产业生态的发展，又保证了semtech公司在整个过程中的经济收益。但我们也应该看到，这种底层核心技术的唯一垄断性，其实并不利于业态的发展，尤其是在面临中、美贸易战这种政治事件情况下。
对semtech以及lora联盟而言，增加底层芯片及核心技术的供应商，给客户更多选择，共同做大lpwan市场，是破解lorawan当前在中国面临问题的最好方式。
笔者之前了解到上海磐启微电子也在css基础上，通过独创的多维度传输调制技术和具有自主知识产权的chirp-iot算法，研发出自己的chirp-iot系列芯片，能够在和semtech的芯片不产生冲突的情况下，不仅仅在物理层上支持lora联盟的lorawan、阿里云的linkwan等开源协议规范；而且在产品指标，如频率范围、信号带宽、扩频因子、灵敏度、最大发射功率、典型功耗等方面，也可以达到当前主流的lora芯片同等性能，可以作为lorawan等协议规范在物理层的备选方案之一。
并且因为创新的多维度传输调制技术，能够更好的解决干扰问题，据说在同等条件下，相对于lora，可以把网络容量提升25%以上。
在和磐启微电子相关负责人交流过程中，对方表示希望能够通过公司自主研发的chirp-iot系列芯片，给lorawan产业链在芯片环节提供更多选择，和业界企业一起做大lpwan市场。
可提供的芯片、模组到应用系统等全套解决方案已经基本完成内测，年内即可发布。并且由于从设计到生产全部国产化原因，价格上相对semtech的lora产品也有很大竞争力，且服务上也更本地化。同时还附上了产品的部分参数比对，以飨读者。
备注：典型情况测试结果
图：semtech、磐启产品参数比对
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一、智联网时代，lpwan连接需求依然强劲
如上图示，基于业务需求和应用场景的不同，在构筑智联网社会过程中，以图片、视频为主的高流量业务，以语音为主的中流量业务，和以文本为主的低功耗、低流量业务，三者缺一不可，且彼此不可代替。做好占据连接量60%的低功耗低速率连接业务，尤其是其中的长距离连接业务，让更多的哑设备开口发声，对智联网建设的重要性不言而喻。
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扩频技术是通过注入一个更高频信号将基带信号扩展到更宽的频带上，它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。扩频技术通过在一定范围内牺牲信息本身的带宽即有效信息传输速率，实现对信号接收灵敏度的提升，从而达到信道的抗干扰性更强、传输距离更远的效果。
图：接收灵敏度与速率
扩频技术诞生于上世纪40年代，自3g通信以来而广为人知，常用的有三种扩频方式：直接序列扩频（dsss）、跳频扩频（fhss）和线性扩频（又叫chirp扩频，css），由于css的抗多普勒频移能力较强，且不需要时间同步，因此被一些低速低功耗的系统采用，在过去数十年间，广泛应用于军事和空间通信领域。
2007年8月，ieee 802.15工作组也采用了css技术作为其ieee 802.15.4a标准的物理层技术中的一种，实现低速率无线广域网。2009年，法国公司cycleo基于css调制技术实现一种优异的扩频通信系统--lora（主要相关的专利为ep2763321（欧洲、2013）us7791415（美国、2008）），它既保持了传统fsk调制的低功耗特性，但明显的增加了通信距离，lora成为css技术用于商业用途的低成本实现。
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2012年semtech收购了cycleo公司，并在不久后将这一调制技术封装到芯片中，开启了lora芯片产品化之路。不过，仅仅一个基于lora调制技术的收发芯片远不足以撬动广阔的物联网市场，semtech联合多家厂商发起的lora联盟，推出不断迭代的lorawan协议，催生出一个全球数百家厂商支持的广域组网标准体系，从而形成广泛的产业生态。
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