1背景

在目前西方國家全面加強對中國高科技領域的技術封鎖、通信協議和芯片輸出管制的背景下，在國民經濟全面數字化轉型的趨勢下，可靠的國產化的LPWAN協議和芯片產品是國家擺脫國外掣肘所急需的重要戰略資源，也是關系到國情民生和國家安全的重要技術能力。在國家大力推動5G+戰略的大背景下，也急需靈活的LPWAN無線通信協議作為補充，來支持各行業不同的通信需求。

目前，國內使用較為廣泛的LPWAN技術還多為美國Semtech公司的LoRa技術，該技術在點對點通信靈敏度上做得非常好，但除去國產化需求因素外，LoRa在容量、效率和抗自干擾等方面還有很多欠缺的地方。

為適應國家戰略和行業發展需求，國產化LPWAN技術也風起云涌，例如ZETA、WIoTa、TPUNB、Chirp-IoT、LaKi、TurMass等等。隨著大量科技人員的不斷投入，我們相信國產化LPWAN技術一定能在智能物聯網時代大放異彩。近期御芯微聯合中國信通院泰爾實驗室就WIoTa技術與行業標桿LoRa技術做了較為深度的對比測試，以此為契機，也對WIoTa技術與對應UC8288芯片做簡要介紹。

2WIoTa技術簡介

WIoTa(Wide-range Internet Of Things communicAtion protocol)協議，針對廣域無線IoT通信優化設計的通信協議。他的設計初衷是為了適應更寬廣的范圍，提供大覆蓋、低功耗、大量連接、低成本、抗干擾能力強的解決方案。

WIoTa支持類似蜂窩通信的同步機制，來適應需要大容量通信的工業廠區、園區、樓宇、農業的綜合物聯網通信的需求，也支持與傳統LPWAN一樣的異步和MESH通信機制，適應低功耗傳感、室內家庭電器設備控制等需求。

WIoTa物理層調制方式采用自主設計的改進型的GMSK，支持標準GMSK的同時，也支持高階調制，具有高效的射頻頻譜效率，支持 1/2/3 bps/Hz 的多級效率自適應(根據信道條件選擇，提升系統容量)，同時兼顧恒模相位調制(CPM)的特點，方便提高射頻功率放大器效率。

WIoTa 信道設計上充分考慮大量連接設備的干擾問題，最大程度上避免LoRa、WiFi等在密集場景下自干擾的問題，同時支持10ppm低成本晶體的遠距離傳輸（注：遠距離傳輸LoRa推薦1ppm TCXO）。

與WIoTa配套的UC8288芯片目前已經量產，最高可以支持1Mbps的吞吐率。該芯片是一顆高度集成的SoC芯片，集成：

帶浮點運算器和DSP擴展的RISC-V作為MCU，基本主頻96MHz (最高150MHz)

自主知識產權的高性能低功耗基帶信號處理單元

130MHz-1200MHz射頻單元(工作帶寬從12.5KHz到400KHz)

DXCO， PMU單元

12bitsADC、10bitsDAC、SPI、 UART、I2C、PWM、GPIO 等豐富外設

PUF(物理不可克隆加密模塊)，AES128加解密引擎，完善的代碼和空口數據加密機制

RTC待機功耗1.5uA，RX功耗滿載15mA (200KHz 帶寬條件下)，TX功耗18mA (5dBm 發射功率)。

UC8288可以作為IoT終端使用，也可以配合UC8088(較大MCU以及高性能的時鐘)來作為AP(接入點)使用。多顆UC8288與UC8088 配合也可以組成大容量、多信道的AP。下圖為UCM200 WIoTa 終端模組，UCM202 WIoTa AP模組以及評估板圖片。

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3測試報告解讀本次測試通過三個項目展開:1)靈敏度測試；2)多用戶吞吐率測試；3)場外通信距離測試。其中靈敏度測試是測試單鏈路的接收靈敏度，多用戶吞吐率可以考驗通信協議的綜合性能，以及對業務的支撐能力，場外測試主要提供直觀的感受。當然還有很多測試項，如抗干擾能力、低功耗等由于時間限制，將在以后的測試中提供數據。

本次對比測試選用公開購買套件御芯微UC WIoTa EVA KIT 2.0（UCM202EVB：WIoTa AP 評估板、 UCM200EVB：WIoTa IoTE 評估板），以及億佰特E890-470LG11（SX1302）8通道LoRaWAN網關、億佰特E78-470LN22S（ASR6501）LoRa終端以及安信可AI-Thinker Ra-02 LoRa終端設備進行評估。

測試一：靈敏度測試

靈敏度測試采用環回測試方式，通過屏蔽箱和衰減器來調節鏈路衰減，統計不同靈敏度下的環回吞吐率。

測試結果如下圖所示：

選用WIoTa 典型帶寬200KHz 和LoRa 250KHz帶寬作為測試配置，圖中橫軸為靈敏度，縱軸為環回吞吐率。從圖中可以看出WIoTa在相同靈敏度下，吞吐率大幅度優于LoRa (也可以相同吞吐率下對比靈敏度)，例如 WIoTa 在-131.64dBm靈敏度下達到 693.33bps吞吐率，而LoRa 是在-130.75dBm的靈敏度下達到361.67bps的吞吐率，接近兩倍的吞吐率優勢(注：靈敏度越低越好，說明能在更微弱的接收信號條件下工作，吞吐率越高越好)。最低的靈敏度點，WIoTa優勢下降，和LoRa類似。高的吞吐率LoRa無法支持，需要切換到FSK等模式，本次沒有測試該項，而WIoTa同一個帶寬配置和模式可以支持從低到高的吞吐率自適應。

測試二：多用戶測試

多用戶測試是比較在多用戶，不同業務強度的條件下，WIoTa和LoRaWAN的表現。

該測試在實驗室展開，由于在LoRaWAN中，網絡服務器和應用服務器構成網絡的一部分，為盡量削減網絡延時帶來的測試誤差，將應用服務器部署在本地PC上(網絡服務器已部署在網關上)，LoRaWAN網絡架構如下圖所示：

測試條件：WIoTa AP測試板一個、WIoTa IoTE測試板24~30個、LoRaWAN網關一個、LoRaWAN終端24~30個、適配天線若干、8口以上usb hub 若干、PC 若干。每次業務的實際負載設定為200Bytes，發射功率為3dBm，業務配置有8用戶、16 用戶、24用戶三種，業務間隔為0到10秒。

測試結果如下圖所示：

其中橫軸為終端的業務間隔，縱軸為總的吞吐率。可以看出，在業務間隔較小，業務繁忙的時候，WIoTa的系統吞吐率具備絕對優勢，例如在0.5秒間隔下，24個終端，WIoTa可以達到22.7Kbps的總吞吐率，而對應LoRa的總吞吐率為1.819Kbps，在該配置下，容量WIoTa是LoRa的12.5倍，考慮到LoRaWAN使用的是8路網關，占用了8個125KHz信道(實測1537KHz)，而WIoTa是使用的單路網關，只占用一個200KHz信道(實測235KHz)，按頻譜效率換算，WIoTa的頻譜效率是LoRa的81倍。

公平性也是業務部署的一個重要指標，特別是物聯網條件下，有少部分節點不能完成業務，會有重要的影響。

根據測試數據，下圖是用節點吞吐率的累積分布函數(CDF)曲線對比公平性，CDF曲線越窄，說明終端得到的吞吐率比較平均，如果很寬，就會有部分節點吞吐率高，部分節點吞吐率很低或者是0的情況。(注：圖做了歸一化處理，方便比較)

從圖中可以看出，LoRa的分布曲線比較寬，還有部分終端吞吐率為0，而WIoTa終端的吞吐率比較集中。

測試三：外場通信距離測試

外場通信距離測試，選取較為空曠的區域進行點對點環回測試，其中測試功率為17dBm，終端天線為普通棒狀天線，AP端天線為玻璃鋼天線，頻點為470~510MHz。

測試結果如下圖所示：

AP固定在A點(高樓區域)，終端做了兩個地點的測試，其中B點(山區)，距離A點7.8公里，可以視距， WIoTa環回吞吐率為11.397Kbps，LoRa為5.092Kbps，WIoTa是LoRa的1.96倍。C點(山區)，距離A點10.6公里，可視距，其中WIoTa吞吐率為2.574Kbps，LoRa為3.02Kbps，LoRa是WIoTa的1.17倍(注，實測中信道波動比較大)。

4結論與展望

通過對比測試，可以看出WIoTa通信協議在多個方面都全面超越LoRa。后續WIoTa和LoRa在低功耗和抗干擾上還會有更深入的測試和對比。御芯微還會基于WIoTa技術做更多的產品開發，比如多通道的高性能AP，超低功耗喚醒、大帶寬WIoTa圖傳、更小體積系統級封裝(SIP) IoTE模組，多天線增強靈敏度AP，WIoTa回傳的北斗高精度定位等。

目前WIoTa已經進入實際商用，作為優秀的LPWAN技術，WIoTa在智慧畜牧、智慧路燈等領域取得了不俗成績，并且成功在在重慶首條“多桿合一”道路智博會迎賓大道項目、重慶兩江新區寸灘國際新城景觀照明項目、成都市城市照明精細化管理項目、重慶市畜牧科學院豬只智慧管理系統等項目中規模應用。

在此希望國產LPWAN崛起進程中，WIoTa通過提供超高性價比的方案，成為其中重要一員，在此也歡迎廣大客戶和行業伙伴評估試用。

5附件

作者:黎光潔 編輯:徐文雯