线性调频扩频技术，非蜂窝广域网络的“活力之水”

​Chirp，中文译名啁啾（读音：“周纠”），是一种编码脉冲技术。CSS是英文Chirp Spread Spectrum的缩写，中文意为啁啾扩频，又称线性调频扩频，是数字通信中的一种扩频技术。CSS技术能够提升无线通信的性能和距离，实现比FSK(Frequency Shift Keying，频移键控)等调制技术距离更远的无线通信，这非常有助于非蜂窝广域网络规模化的组网应用。本文就从CSS技术、市场、射频收发器等方面做简要阐述。

CSS扩频技术传输性能优异  实现更远距离的无线通信

CSS技术并非是一种新的技术。在自然界里，Chirp脉冲就为海豚和蝙蝠等生物所用。20世纪40年代Hüttmann教授发明了雷达应用专利，后由Sidney Darlington进一步将CSS技术引入雷达系统创造性地开发了脉冲压缩（Chirp）雷达。自1997年以来人们开始研究将CSS技术应用于商业的无线数据传输。后来，IEEE 802154标准将CSS指定为了一种用于低速率无线个人局域网（LR-WPAN）的技术，实现了数据速率可扩展性、远距离、更低功耗和成本，其与差分相移键控调制（DPSK）等技术相结合，可以实现更好的通信性能。CSS技术使用了其全部分配带宽来广播信号，从而使其对信道噪声具有一定的鲁棒性。CSS技术在非常低的功率下也能够抵抗多径衰落，非常适用于要求低功耗和较低数据速率的应用场景。CSS技术的低成本、低功耗、远距离以及数据速率的可扩展性等特性为产品商业化应用提供了现实的可能。

从CSS技术应用情况来看，德国Nanotron公司使用CSS技术在24GHz频段上实现了570米的距离通信。美国Semtech公司的LoRa产品使用CSS技术在Sub-1GHz频段上实现了几公里，甚至几十公里的距离通信。

CSS技术通信距离远可以在一定范围内实现更大规模的无线连接，大大降低无线接入和组网的成本，组建经济高效的无线广域网络，有助于物联网络规模化部署应用。CSS技术的普及应用将为新兴的非蜂窝广域网络市场的发展注入了新的活力，将会有力地推动行业应用的发展。

非蜂窝广域网络方兴未艾 物联网发展步入规模化应用阶段

低功耗广域网络（Low-Power Wide Area Network, LPWAN）大致可以分为蜂窝和非蜂窝广域网络。蜂窝广域网络是指由运营商建设的基于蜂窝技术的网络，一般是指3GPP主导的物联网标准，代表技术有NB-IoT、LTE-M（eMTC）和EC-GSM-IoT等；非蜂窝广域网络主要是指由企业自主建设使用免许可频段组建的网络，代表技术有SIGFOX、LoRaWAN、ZETA等。也有的提出0G网络，是相对于1G/2G/3G/4G而言，在通信领域一般是指蜂窝移动电话之前的移动电话技术，如无线电话。在物联网领域，0G指的是一个低带宽的无线网络，没有SIM卡、没有流量、低成本接入、远距离通信、传输少量数据的网络，也就是非蜂窝广域网络。非蜂窝广域网络的发展是源于对数据大规模采集和大量设备管理等的需求，并借助互联网技术和平台提升了基于数据的智能化管理水平。物联网市场发展步入规模化应用阶段。目前，非蜂窝广域网络主要应用于市政、园区、水务、消防、物流、家居、电力、社区、工厂、农业、环境等领域。

不同网络技术示意图

实际上，非蜂窝广域网络和蜂窝广域网络相互之间是一种相互依存互为补充的关系。一般地，非蜂窝广域网络都是通过网关（或称为集中器，或称为基站）连接到互联网，而网关连接到互联网的方式一般是有线或蜂窝网络等公网，最终还是要走公网的管道，毕竟有线和蜂窝网络是广泛存在的基础性网络。另一方面，传感器或设备多是基于微控制器（MCU）的，受其资源限制，仅可运行轻量的简单通信协议或定制化通信协议，通过网关转换成互联网协议（IP），网关起到了非蜂窝广域网络和互联网连接器的作用。非蜂窝广域网络更是蜂窝网络的拓展延伸。非蜂窝广域网络不同的无线接入技术可以满足物联网实际部署中各种各样无线连接的应用需求，为传感器网络或设备联网提供了灵活的无线接入方式和便捷的网络部署。

非蜂窝和蜂窝技术也可以相互融合。最近有报道称，在手机上集成了无线通信技术，可以在没有蜂窝网络的情况下，实现两机或多机的无线远距离相互通信，并可以实现自组网、定位等功能，这也为非蜂窝广域网络的应用提供了新的应用场景。

同时，非蜂窝网络也在国家电网方面具有非常强劲的发展势头。据最近流传的国家电网《电力设备无线传感器网络节点组网协议》显示，针对电力设备无线传感器网络的组网和传感器接入应用，在物理层协议规范中有对CSS物理层进行了定义，”CSS物理层：工作在470-510MHz或者2400-24835MHz频段，采用线性调频扩频（CSS）调制。线性调频扩频（CSS）调制应符合LoRaWAN™ 11 Specification 和IEEE Std 802154TM-2015物理层的规定”。随着泛在电力物联网的建设发展，非蜂窝广域网络在泛在电力物联网中将会有着更为广阔的应用场景。除电力市场之外，其他抄表类市场应用，如：水表、气表、燃气表等，也是非蜂窝广域网络重要的典型应用市场。

另外，在一些重要的应用领域里，考虑到数据和安全等方面的因素，需要非蜂窝网络技术将设备接入到专网上，以保障私域网络的数据隐私和安全性。非蜂窝无线技术以其独特的优势在物联网络应用中发挥着重要的作用。

非蜂窝广域网络可以组建无线传感网络，连接和管理一定范围内大量传感器或设备等，也可以成为一种网络基础设施，由专门公司来提供网络服务，或者说是一种物联网络运营服务。在国外物联网运营模式已开始发展，如Sigfox等。而国内情况还处于探索发展阶段，目前主要还是以提供解决方案为主。

低功耗广域网络市场发展前景看好  非蜂窝广域网络预期规模增速明显

根据IHS Markit预测，2017年全球LPWAN连接数量为87537万个，预计到2023年可达1716984万个，2017-2023年复合增长率(CAGR)为64%。其中，除NB-IoT和LTE-M等蜂窝连接之外，非蜂窝广域网络连接数量2017年为81248万个，2023年预计可达844436万个，2017-2023年复合增长率(CAGR)为48%。到2023年非蜂窝广域网络连接规模占比约为50%，非蜂窝广域网络市场未来具有很大的发展潜力。

射频收发器受市场关注   Sub-1GHz频段更受青睐

一个完整的应用非蜂窝技术的应用图包括感知层、网络层和应用层。其中感知层中的射频收发器主要用于传感器和网关之间的信息交互。

非蜂窝技术系统应用框图

射频收发器是非蜂窝技术组网应用的关键器件，随着非蜂窝广域网络的发展，射频收发器产品越来越受到市场关注。从业界目前非蜂窝广域网络技术应用情况来看， 采用的都是国外半导体公司的射频收发器产品，这些厂商有Semtech、ST、Silicon Labs、TI、NXP、ON等，鲜有国内半导体公司的产品。Semtech公司的LoRa产品在中国市场上得到了很多公司的支持，国内少数公司通过IP授权的方式获得了LoRa IP，提供本地化产品，这些厂商有翱捷（ASR）、国民技术、华普等公司。随着射频收发器市场需求的发展，国内的一些芯片设计公司也开始研究和开发射频收发器产品。最近有报道称，国内上海磐启微电子有限公司推出了基于CSS技术的Chirp-IOT芯片PAN3028，融合了多维信号调制技术解决了频率不连续对射频的影响，提高了接收灵敏度，在射频收发器领域实现了新的技术突破。Chirp-IOT产品的国产化也填补了中国非蜂窝广域网络市场的空白。

由于射频收发器在Sub-1GHz频段上具有良好的无线传输特性，传输距离远、障碍物穿透能力强等，非蜂窝广域网络基本都是采用Sub-1GHz射频收发器组建网络。下面是关于Sub-1GHz射频收发器主要的厂商：

Sub-1GHz射频收发器厂商

万物智联市场快速发展需求大  集成电路设计国产化迎新机遇

中国市场规模大，对集成电路的需求也大，而目前还较多地依赖于集成电路的进口。根据海关统计，2018年中国进口集成电路有4170亿块，进口金额达3107亿美元。据国家统计局的统计显示，我国2018年集成电路产量173947亿个，国产集成电路产量不足进口量一半。近些年，国家不断加大对集成电路产业的政策扶持力度，出现了一大批新的集成电路设计公司，集成电路技术水平也在逐步提升。加之近两年中美贸易环境的变化，加速了集成电路国产化的速度。在涉及到国家核心重要应用领域，仍然是强调国产自主可控。这是中国集成电路设计公司一个重要的发展契机，也是非蜂窝广域网络行业一个发展机会。随着万物智联市场的快速发展，中国集成电路设计也将会迎来一波新的发展机遇。

根据半导体行业协会的统计，2018年中国集成电路设计产值为25193亿人民币，同比增长215%，2009到2018年中国集成电路设计产值年复合增长率（CAGR）为287%，集成电路设计产业保持了较高的发展速度。

结语

CSS技术在无线通信方面具有显著的优势，有助于非蜂窝广域网络实现大范围的组网应用。随着物联网市场无线连接需求的不断增长，射频收发器产品越来越受到芯片公司的关注。而国内射频收发器产品厂商少，行业发展还比较薄弱，需要更多的国内射频收发器厂商共同的参与，助力非蜂窝广域网络行业的发展，赋能非蜂窝广域网无线超连接，创新更多的物联网应用。

未来，随着集成电路技术的不断发展，或许会出现更多的新技术、新产品，这也将会大大丰富非蜂窝广域网络生态。“独木不成林”。需要各行各业共同的参与，建立共建共享共荣的良性发展生态。

LoRa网关概述：

依据用户反馈，本文意在帮助用户说明LoRa网关的介绍及特点，以及应用，LoRa是一种低功耗的广域网通讯技术， LoRa网关 的出现完成了物联网技术中长距离和低功耗的要求，因而LoRa技术被广泛运用到各种各样行业之中。

LoRa网关应用不一样的扩频因素，不一样的扩频因素两组正交和因此理论上能够 在同一无线信道中对好几条不一样扩频因素的数据信号开展调制解调。网关与云端服务器间根据规范IP开展联接，终端根据单跳与一个或好几个网关开展通信，全部的终端通信全是双重通信，另外也系统升级软件远程控制升级等。

现阶段而言，界定不一样，网关种类也不一样。国际性LoRa同盟根据LoRa协议书发布了无线网络连接的规范技术——LoRaWAN，该规范技术的发布推动了LoRa技术开展规模性的组网方案。现阶段我国也是有好几家公司在促进LoRaWAN技术的发展趋势。
LoRa网关的特点

覆盖面：LoRa单一网关的遮盖间距一般 在3-5km的范畴，宽阔地区乃至达到15km之上。

低功耗：充电电池供电系统能够支撑点多年乃至十余年。

高容：LoRa网关归功于终端无联接情况的特点，可出示超出2万之上的终端联接总数。

低成本：通信网络成本费极低，另外适用窄带传输数据。

安全系数：安全系数高。
LoRa网关的应用

金鸽高新科技LoRa网关S281是一款根据LoRa独享协议书的无线网络数据收集报警设备，关键用以多一点且长距离分布式系统的温度湿度收集及其机器设备到云服务平台的全透明传送。
该系统由S281网关和终端（WT1xx系列）二种机器设备构成。终端联接当场控制器、PLC、智能电表等机器设备，将数据信息发送至S281网关，根据SMS/2G/3G/3G/Ethernet 等方法发送至云服务平台或手机上，完成远程控制检测及其 *** 纵，处理客户当场走线难等难点。用户可根据LoRa网关的介绍及特点中的内容做简单了解，如有疑问的地方，可咨询公司的业务或技术人员，解决相关难题。

LoRa （Long Range）是低功耗广域网通信技术中的一种，是Semtech公司专有的一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。
LoRaWAN （LoRa Wide Area Network）是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。它是一种媒体访问控制（MAC）层协议。

lora与lora wan的区别

LoRaWAN是基于LoRa技术，从终端到物联网云端，两者之间完整物联网通讯解决方案。其系统架构包含了终端、网关、NS（网络服务器）、AS（应用服务器）这四部分网络实体。

LPWAN(低功耗广域网)，也称为LPWA)或LPN，是一种用于物联网(例如，以电池为电源的传感器)的类型，这是一种能够以低比特率进行远距离通信的无线网络。LPWAN可以同时满足覆盖和续航的要求。以最小的功耗提供最长的距离覆盖是LPWAN最大的技术优势。
3个LPWAN技术的特点
LPWAN技术是近年来国际上一项物联网接入的革命性技术。远距离、低功耗、低运维是LPWAN技术最大的特点。与现有的WiFi、蓝牙、ZigBee等技术相比，LPWAN真正实现了广阔的发展，并且能够实现物联网的低成本完全覆盖。
1广域覆盖
LPWAN技术使物联网设备之间的通信距离达到3-20公里。低功耗LPWAN技术的运用，让数据可以在智能城市中进行长距离传输。
2低功耗
使用LPWAN的主要优势之一是低功耗。有了LPWAN，当不使用物联网设备时，设备会自动进入休眠模式。并且物联网设备处于休眠模式时耗电非常少，所以这一优势有助于节省电力。低功耗和低使用率又引起连锁反应，使用LPWAN的这些物联网设备的电池寿命预计为5到10年。
3降低成本
LPWAN技术的运用大大降低了物联网设备的相关成本。低功耗的特点让物联网设备可以使用电池成本降低，物联网设备的成本也相应减少。除此之外，设备的维护成本也得到的了大幅降低。此外，通过LPWAN传输数据的网关数量将相应减少，从而进一步降低基础设施成本。
LPWAN在智慧城市上的应用
3种LPWAN的主流技术
LPWAN技术是一种无线通信解决方案，它可以解决许多以前无法解决的需求，但目前的LPWAN市场上已经出现了各种类型的技术。目前市场上主要的LPWAN技术包括NB-IoT、eMTC、LORA。
NB-IoT是物联网领域的一项新兴技术，支持广域网中低功耗设备的蜂窝数据连接。它也称为低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持设备有效连接，待机时间长，对网络连接要求高。据称，NB-IoT设备的电池续航时间可以提高到至少10年。
eMTC作为物联网的一种应用场景。它具有超可靠和低延迟的特点。eMTC主要应用在设备之间的通信需求上。
Lora是一项专有技术， Semtech为其提供芯片。Lora技术改变了以往在传输距离和功耗之间的折衷，为用户提供了一个简单的系统，可以实现远距离、长续航、大容量，进而扩展传感器网络。
目前，与NB-IoT相比，LORA 无线模块 是目前最成熟、最稳定的窄带物联网通信技术。它的免费网络专用网络远远优于运营商持续不断收费的NB网络，而且LoRa不需要终生付费。然而，LORA在物联网通信发展中的应用难度大、长期性强、准入门槛高。运营商将采用NB-IoT和eMTC，而Lora将专注于企业级应用。
3种LPWAN技术应用场景

LPWAN技术能够在智慧城市的建设中起到举足轻重的作用。例如，智能路灯、湿度传感器、智能电表和智能停车场不需要很高的数据速率，但需要非常广泛的覆盖。特别是在停车管理、智能冷链、智能抄表等方面。
LPWAN的应用
LPWAN技术在智能抄表中的应用
在智能抄表解决应用中，水、电、气、热等抄表终端通过LoRaWAN通信模块将数据上传到本地LoRaWAN基站，该模块可以控制一个LoRaWAN基站的数千个终端，然后通过蜂窝骨干网，将数据上传到服务器。
LPWAN技术在智能冷链中的应用
在智能冷链解决方案中，温湿度信息由具有LORA传输模块的各个采集器采集，然后上传到LORA网关，蜂窝网络和互联网上传到云平台，客户可以在后台实时监控状态。
LPWAN技术在智能路灯中的应用
在智能路灯解决方案中，LoRaWAN解决方案的架构类似于抄表。需要通过基站采集各个节点的数据，然后通过后台管理系统上传到云端，实现路灯故障报警、安全监控、紧急呼叫等功能。

作为国内第一批研发 LoRa 的公司和 5 年的经验，给您提供如下“宝贵”的 LoRa 网关选型经验：
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不能。
tailcsale模组已经黄灯报警，说明该模组出现了故障，无法正常工作，在这种情况下，无法使用该模组进行组网通信，需要将故障的tailcsale模组更换或修复后，才能正常使用。
tailcsale是一款基于LoRaWAN协议的无线通信模组，用于物联网传输应用。

城轨系统中WLAN使用的通信协议有：
1、蓝牙低功耗（BLE）;
2、WiFi，WiFi是另一种广泛用于物联网设备间通信的协议；
3、ZigBee，ZigBee是基于IEEE802154标准的短距离无线通信协议，其工作频率是24GHz，数据速率为250kbps；
4、Z-Wave，Z-Wave是低功耗射频通信协议，主要用于家庭自动化系统和电子设备，如灯控制器和传感器；
5、远程广域网，远程广域网(LoRaWAN)是一种通信协议，主要用于区域、国家或全球的由电池供电的远程无线物联网设备；
6、近场通信，近场通信(NFC)是一种简单且安全的协议，可以简化物联网设备之间的双向通信。

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