Chirp，中文譯名啁啾（讀音：“周糾”），是一種編碼脈沖技術。CSS是英文Chirp Spread Spectrum的縮寫，中文意為啁啾擴頻，又稱線性調(diào)頻擴頻，是數(shù)字通信中的一種擴頻技術。CSS技術能夠提升無線通信的性能和距離，實現(xiàn)比FSK（Frequency Shift Keying，頻移鍵控）等調(diào)制技術距離更遠的無線通信，這非常有助于非蜂窩廣域網(wǎng)絡規(guī)?；慕M網(wǎng)應用。本文就從CSS技術、市場、射頻收發(fā)器等方面做簡要闡述。

CSS擴頻技術傳輸性能優(yōu)異 實現(xiàn)更遠距離的無線通信

CSS技術并非是一種新的技術。在自然界里，Chirp脈沖就為海豚和蝙蝠等生物所用。20世紀40年代Hüttmann教授發(fā)明了雷達應用專利，后由Sidney Darlington進一步將CSS技術引入雷達系統(tǒng)創(chuàng)造性地開發(fā)了脈沖壓縮（Chirp）雷達。自1997年以來人們開始研究將CSS技術應用于商業(yè)的無線數(shù)據(jù)傳輸。后來，IEEE 802．15．4標準將CSS指定為了一種用于低速率無線個人局域網(wǎng)（LR－WPAN）的技術，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)速率可擴展性、遠距離、更低功耗和成本，其與差分相移鍵控調(diào)制（DPSK）等技術相結合，可以實現(xiàn)更好的通信性能。CSS技術使用了其全部分配帶寬來廣播信號，從而使其對信道噪聲具有一定的魯棒性。CSS技術在非常低的功率下也能夠抵抗多徑衰落，非常適用于要求低功耗和較低數(shù)據(jù)速率的應用場景。CSS技術的低成本、低功耗、遠距離以及數(shù)據(jù)速率的可擴展性等特性為產(chǎn)品商業(yè)化應用提供了現(xiàn)實的可能。

從CSS技術應用情況來看，德國Nanotron公司使用CSS技術在2．4GHz頻段上實現(xiàn)了570米的距離通信。美國Semtech公司的LoRa產(chǎn)品使用CSS技術在Sub－1GHz頻段上實現(xiàn)了幾公里，甚至幾十公里的距離通信。

CSS技術通信距離遠可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)更大規(guī)模的無線連接，大大降低無線接入和組網(wǎng)的成本，組建經(jīng)濟高效的無線廣域網(wǎng)絡，有助于物聯(lián)網(wǎng)絡規(guī)模化部署應用。CSS技術的普及應用將為新興的非蜂窩廣域網(wǎng)絡市場的發(fā)展注入了新的活力，將會有力地推動行業(yè)應用的發(fā)展。

非蜂窩廣域網(wǎng)絡方興未艾 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展步入規(guī)模化應用階段

低功耗廣域網(wǎng)絡（Low－Power Wide Area Network， LPWAN）大致可以分為蜂窩和非蜂窩廣域網(wǎng)絡。蜂窩廣域網(wǎng)絡是指由運營商建設的基于蜂窩技術的網(wǎng)絡，一般是指3GPP主導的物聯(lián)網(wǎng)標準，代表技術有NB－IoT、LTE－M（eMTC）和EC－GSM－IoT等；非蜂窩廣域網(wǎng)絡主要是指由企業(yè)自主建設使用免許可頻段組建的網(wǎng)絡，代表技術有SIGFOX、LoRaWAN、ZETA等。也有的提出0G網(wǎng)絡，是相對于1G／2G／3G／4G而言，在通信領域一般是指蜂窩移動電話之前的移動電話技術，如無線電話。在物聯(lián)網(wǎng)領域，0G指的是一個低帶寬的無線網(wǎng)絡，沒有SIM卡、沒有流量、低成本接入、遠距離通信、傳輸少量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡，也就是非蜂窩廣域網(wǎng)絡。非蜂窩廣域網(wǎng)絡的發(fā)展是源于對數(shù)據(jù)大規(guī)模采集和大量設備管理等的需求，并借助互聯(lián)網(wǎng)技術和平臺提升了基于數(shù)據(jù)的智能化管理水平。物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展步入規(guī)模化應用階段。目前，非蜂窩廣域網(wǎng)絡主要應用于市政、園區(qū)、水務、消防、物流、家居、電力、社區(qū)、工廠、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領域。

不同網(wǎng)絡技術示意圖

實際上，非蜂窩廣域網(wǎng)絡和蜂窩廣域網(wǎng)絡相互之間是一種相互依存互為補充的關系。一般地，非蜂窩廣域網(wǎng)絡都是通過網(wǎng)關（或稱為集中器，或稱為基站）連接到互聯(lián)網(wǎng)，而網(wǎng)關連接到互聯(lián)網(wǎng)的方式一般是有線或蜂窩網(wǎng)絡等公網(wǎng)，最終還是要走公網(wǎng)的管道，畢竟有線和蜂窩網(wǎng)絡是廣泛存在的基礎性網(wǎng)絡。另一方面，傳感器或設備多是基于微控制器（MCU）的，受其資源限制，僅可運行輕量的簡單通信協(xié)議或定制化通信協(xié)議，通過網(wǎng)關轉換成互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP），網(wǎng)關起到了非蜂窩廣域網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)連接器的作用。非蜂窩廣域網(wǎng)絡更是蜂窩網(wǎng)絡的拓展延伸。非蜂窩廣域網(wǎng)絡不同的無線接入技術可以滿足物聯(lián)網(wǎng)實際部署中各種各樣無線連接的應用需求，為傳感器網(wǎng)絡或設備聯(lián)網(wǎng)提供了靈活的無線接入方式和便捷的網(wǎng)絡部署。

非蜂窩和蜂窩技術也可以相互融合。最近有報道稱，在手機上集成了無線通信技術，可以在沒有蜂窩網(wǎng)絡的情況下，實現(xiàn)兩機或多機的無線遠距離相互通信，并可以實現(xiàn)自組網(wǎng)、定位等功能，這也為非蜂窩廣域網(wǎng)絡的應用提供了新的應用場景。

同時，非蜂窩網(wǎng)絡也在國家電網(wǎng)方面具有非常強勁的發(fā)展勢頭。據(jù)最近流傳的國家電網(wǎng)《電力設備無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組網(wǎng)協(xié)議》顯示，針對電力設備無線傳感器網(wǎng)絡的組網(wǎng)和傳感器接入應用，在物理層協(xié)議規(guī)范中有對CSS物理層進行了定義，”CSS物理層：工作在470－510MHz或者2400－2483．5MHz頻段，采用線性調(diào)頻擴頻（CSS）調(diào)制。線性調(diào)頻擴頻（CSS）調(diào)制應符合LoRaWAN 1．1 Specification 和IEEE Std 802．15．4TM－2015物理層的規(guī)定”。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設發(fā)展，非蜂窩廣域網(wǎng)絡在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中將會有著更為廣闊的應用場景。除電力市場之外，其他抄表類市場應用，如：水表、氣表、燃氣表等，也是非蜂窩廣域網(wǎng)絡重要的典型應用市場。

另外，在一些重要的應用領域里，考慮到數(shù)據(jù)和安全等方面的因素，需要非蜂窩網(wǎng)絡技術將設備接入到專網(wǎng)上，以保障私域網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)隱私和安全性。非蜂窩無線技術以其獨特的優(yōu)勢在物聯(lián)網(wǎng)絡應用中發(fā)揮著重要的作用。

非蜂窩廣域網(wǎng)絡可以組建無線傳感網(wǎng)絡，連接和管理一定范圍內(nèi)大量傳感器或設備等，也可以成為一種網(wǎng)絡基礎設施，由專門公司來提供網(wǎng)絡服務，或者說是一種物聯(lián)網(wǎng)絡運營服務。在國外物聯(lián)網(wǎng)運營模式已開始發(fā)展，如Sigfox等。而國內(nèi)情況還處于探索發(fā)展階段，目前主要還是以提供解決方案為主。

低功耗廣域網(wǎng)絡市場發(fā)展前景看好 非蜂窩廣域網(wǎng)絡預期規(guī)模增速明顯

根據(jù)IHS Markit預測，2017年全球LPWAN連接數(shù)量為8753．7萬個，預計到2023年可達171698．4萬個，2017－2023年復合增長率（CAGR）為64％。其中，除NB－IoT和LTE－M等蜂窩連接之外，非蜂窩廣域網(wǎng)絡連接數(shù)量2017年為8124．8萬個，2023年預計可達84443．6萬個，2017－2023年復合增長率（CAGR）為48％。到2023年非蜂窩廣域網(wǎng)絡連接規(guī)模占比約為50％，非蜂窩廣域網(wǎng)絡市場未來具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2017－2023年全球LPWAN連接數(shù)量（來源：IHS Markit 2019）

射頻收發(fā)器受市場關注 Sub－1GHz頻段更受青睞

一個完整的應用非蜂窩技術的應用圖包括感知層、網(wǎng)絡層和應用層。其中感知層中的射頻收發(fā)器主要用于傳感器和網(wǎng)關之間的信息交互。

非蜂窩技術系統(tǒng)應用框圖

射頻收發(fā)器是非蜂窩技術組網(wǎng)應用的關鍵器件，隨著非蜂窩廣域網(wǎng)絡的發(fā)展，射頻收發(fā)器產(chǎn)品越來越受到市場關注。從業(yè)界目前非蜂窩廣域網(wǎng)絡技術應用情況來看， 采用的都是國外半導體公司的射頻收發(fā)器產(chǎn)品，這些廠商有Semtech、ST、Silicon Labs、TI、NXP、ON等，鮮有國內(nèi)半導體公司的產(chǎn)品。Semtech公司的LoRa產(chǎn)品在中國市場上得到了很多公司的支持，國內(nèi)少數(shù)公司通過IP授權的方式獲得了LoRa IP，提供本地化產(chǎn)品，這些廠商有翱捷（ASR）、國民技術、華普等公司。隨著射頻收發(fā)器市場需求的發(fā)展，國內(nèi)的一些芯片設計公司也開始研究和開發(fā)射頻收發(fā)器產(chǎn)品。最近有報道稱，國內(nèi)上海磐啟微電子有限公司推出了基于CSS技術的Chirp－IOT芯片PAN3028，融合了多維信號調(diào)制技術解決了頻率不連續(xù)對射頻的影響，提高了接收靈敏度，在射頻收發(fā)器領域實現(xiàn)了新的技術突破。Chirp－IOT產(chǎn)品的國產(chǎn)化也填補了中國非蜂窩廣域網(wǎng)絡市場的空白。

由于射頻收發(fā)器在Sub－1GHz頻段上具有良好的無線傳輸特性，傳輸距離遠、障礙物穿透能力強等，非蜂窩廣域網(wǎng)絡基本都是采用Sub－1GHz射頻收發(fā)器組建網(wǎng)絡。下面是關于Sub－1GHz射頻收發(fā)器主要的廠商：

Sub－1GHz射頻收發(fā)器廠商

萬物智聯(lián)市場快速發(fā)展需求大 集成電路設計國產(chǎn)化迎新機遇

中國市場規(guī)模大，對集成電路的需求也大，而目前還較多地依賴于集成電路的進口。根據(jù)海關統(tǒng)計，2018年中國進口集成電路有4170億塊，進口金額達3107億美元。據(jù)國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計顯示，我國2018年集成電路產(chǎn)量1739．47億個，國產(chǎn)集成電路產(chǎn)量不足進口量一半。近些年，國家不斷加大對集成電路產(chǎn)業(yè)的政策扶持力度，出現(xiàn)了一大批新的集成電路設計公司，集成電路技術水平也在逐步提升。加之近兩年中美貿(mào)易環(huán)境的變化，加速了集成電路國產(chǎn)化的速度。在涉及到國家核心重要應用領域，仍然是強調(diào)國產(chǎn)自主可控。這是中國集成電路設計公司一個重要的發(fā)展契機，也是非蜂窩廣域網(wǎng)絡行業(yè)一個發(fā)展機會。隨著萬物智聯(lián)市場的快速發(fā)展，中國集成電路設計也將會迎來一波新的發(fā)展機遇。

根據(jù)半導體行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，2018年中國集成電路設計產(chǎn)值為2519．3億人民幣，同比增長21．5％，2009到2018年中國集成電路設計產(chǎn)值年復合增長率（CAGR）為28．7％，集成電路設計產(chǎn)業(yè)保持了較高的發(fā)展速度。

結語

CSS技術在無線通信方面具有顯著的優(yōu)勢，有助于非蜂窩廣域網(wǎng)絡實現(xiàn)大范圍的組網(wǎng)應用。隨著物聯(lián)網(wǎng)市場無線連接需求的不斷增長，射頻收發(fā)器產(chǎn)品越來越受到芯片公司的關注。而國內(nèi)射頻收發(fā)器產(chǎn)品廠商少，行業(yè)發(fā)展還比較薄弱，需要更多的國內(nèi)射頻收發(fā)器廠商共同的參與，助力非蜂窩廣域網(wǎng)絡行業(yè)的發(fā)展，賦能非蜂窩廣域網(wǎng)無線超連接，創(chuàng)新更多的物聯(lián)網(wǎng)應用。

未來，隨著集成電路技術的不斷發(fā)展，或許會出現(xiàn)更多的新技術、新產(chǎn)品，這也將會大大豐富非蜂窩廣域網(wǎng)絡生態(tài)。“獨木不成林”。需要各行各業(yè)共同的參與，建立共建共享共榮的良性發(fā)展生態(tài)。

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