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，又稱線性調頻擴頻，是數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，實現比FSK（Frequency Shift Keying，頻移鍵控）等調制技術距離更遠的無線通信，這非常有助于非蜂窩廣域網絡規模化的組網應用。本文就從CSS技術、市場、射頻收發器等方面做簡要闡述。

CSS擴頻技術傳輸性能優異 實現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技術引入雷達系統創造性地開發了脈沖壓縮（Chirp）雷達。自1997年以來人們開始研究將CSS技術應用于商業的無線數據傳輸。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（LR－WPAN）的技術，實現了數據速率可擴展性、遠距離、更低功耗和成本，其與差分相移鍵控調制（DPSK）等技術相結合，可以實現更好的通信性能。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據速率的應用場景。CSS技術的低成本、低功耗、遠距離以及數據速率的可擴展性等特性為產品商業化應用提供了現實的可能。

從CSS技術應用情況來看，德國Nanotron公司使用CSS技術在2．4GHz頻段上實現了570米的距離通信。美國Semtech公司的LoRa產品使用CSS技術在Sub－1GHz頻段上實現了幾公里，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實現更大規模的無線連接，大大降低無線接入和組網的成本，組建經濟高效的無線廣域網絡，有助于物聯網絡規模化部署應用。CSS技術的普及應用將為新興的非蜂窩廣域網絡市場的發展注入了新的活力，將會有力地推動行業應用的發展。

非蜂窩廣域網絡方興未艾 物聯網發展步入規模化應用階段

低功耗廣域網絡（Low－Power Wide Area Network， LPWAN）大致可以分為蜂窩和非蜂窩廣域網絡。蜂窩廣域網絡是指由運營商建設的基于蜂窩技術的網絡，一般是指3GPP主導的物聯網標準，代表技術有NB－IoT、LTE－M（eMTC）和EC－GSM－IoT等；非蜂窩廣域網絡主要是指由企業自主建設使用免許可頻段組建的網絡，代表技術有SIGFOX、LoRaWAN、ZETA等。也有的提出0G網絡，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。在物聯網領域，0G指的是一個低帶寬的無線網絡，沒有SIM卡、沒有流量、低成本接入、遠距離通信、傳輸少量數據的網絡，也就是非蜂窩廣域網絡。非蜂窩廣域網絡的發展是源于對數據大規模采集和大量設備管理等的需求，并借助互聯網技術和平臺提升了基于數據的智能化管理水平。物聯網市場發展步入規模化應用階段。目前，非蜂窩廣域網絡主要應用于市政、園區、水務、消防、物流、家居、電力、社區、工廠、農業、環境等領域。

不同網絡技術示意圖

實際上，非蜂窩廣域網絡和蜂窩廣域網絡相互之間是一種相互依存互為補充的關系。一般地，非蜂窩廣域網絡都是通過網關（或稱為集中器，或稱為基站）連接到互聯網，而網關連接到互聯網的方式一般是有線或蜂窩網絡等公網，最終還是要走公網的管道，畢竟有線和蜂窩網絡是廣泛存在的基礎性網絡。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議或定制化通信協議，通過網關轉換成互聯網協議（IP），網關起到了非蜂窩廣域網絡和互聯網連接器的作用。非蜂窩廣域網絡更是蜂窩網絡的拓展延伸。非蜂窩廣域網絡不同的無線接入技術可以滿足物聯網實際部署中各種各樣無線連接的應用需求，為傳感器網絡或設備聯網提供了靈活的無線接入方式和便捷的網絡部署。

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，可以在沒有蜂窩網絡的情況下，實現兩機或多機的無線遠距離相互通信，并可以實現自組網、定位等功能，這也為非蜂窩廣域網絡的應用提供了新的應用場景。

同時，非蜂窩網絡也在國家電網方面具有非常強勁的發展勢頭。據最近流傳的國家電網《電力設備無線傳感器網絡節點組網協議》顯示，針對電力設備無線傳感器網絡的組網和傳感器接入應用，在物理層協議規范中有對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，采用線性調頻擴頻（CSS）調制。線性調頻擴頻（CSS）調制應符合LoRaWAN 1．1 Specification 和IEEE Std 802．15．4TM－2015物理層的規定”。隨著泛在電力物聯網的建設發展，非蜂窩廣域網絡在泛在電力物聯網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，考慮到數據和安全等方面的因素，需要非蜂窩網絡技術將設備接入到專網上，以保障私域網絡的數據隱私和安全性。非蜂窩無線技術以其獨特的優勢在物聯網絡應用中發揮著重要的作用。

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

低功耗廣域網絡市場發展前景看好 非蜂窩廣域網絡預期規模增速明顯

根據IHS Markit預測，2017年全球LPWAN連接數量為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，非蜂窩廣域網絡連接數量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年非蜂窩廣域網絡連接規模占比約為50％，非蜂窩廣域網絡市場未來具有很大的發展潛力。

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

射頻收發器受市場關注 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、網絡層和應用層。其中感知層中的射頻收發器主要用于傳感器和網關之間的信息交互。

非蜂窩技術系統應用框圖

射頻收發器是非蜂窩技術組網應用的關鍵器件，隨著非蜂窩廣域網絡的發展，射頻收發器產品越來越受到市場關注。從業界目前非蜂窩廣域網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器產品，這些廠商有Semtech、ST、Silicon Labs、TI、NXP、ON等，鮮有國內半導體公司的產品。Semtech公司的LoRa產品在中國市場上得到了很多公司的支持，國內少數公司通過IP授權的方式獲得了LoRa IP，提供本地化產品，這些廠商有翱捷（ASR）、國民技術、華普等公司。隨著射頻收發器市場需求的發展，國內的一些芯片設計公司也開始研究和開發射頻收發器產品。最近有報道稱，國內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，融合了多維信號調制技術解決了頻率不連續對射頻的影響，提高了接收靈敏度，在射頻收發器領域實現了新的技術突破。Chirp－IOT產品的國產化也填補了中國非蜂窩廣域網絡市場的空白。

由于射頻收發器在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，非蜂窩廣域網絡基本都是采用Sub－1GHz射頻收發器組建網絡。下面是關于Sub－1GHz射頻收發器主要的廠商：

Sub－1GHz射頻收發器廠商

萬物智聯市場快速發展需求大 集成電路設計國產化迎新機遇

中國市場規模大，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。根據海關統計，2018年中國進口集成電路有4170億塊，進口金額達3107億美元。據國家統計局的統計顯示，我國2018年集成電路產量1739．47億個，國產集成電路產量不足進口量一半。近些年，國家不斷加大對集成電路產業的政策扶持力度，出現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。加之近兩年中美貿易環境的變化，加速了集成電路國產化的速度。在涉及到國家核心重要應用領域，仍然是強調國產自主可控。這是中國集成電路設計公司一個重要的發展契機，也是非蜂窩廣域網絡行業一個發展機會。隨著萬物智聯市場的快速發展，中國集成電路設計也將會迎來一波新的發展機遇。

根據半導體行業協會的統計，2018年中國集成電路設計產值為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值年復合增長率（CAGR）為28．7％，集成電路設計產業保持了較高的發展速度。

結語

CSS技術在無線通信方面具有顯著的優勢，有助于非蜂窩廣域網絡實現大范圍的組網應用。隨著物聯網市場無線連接需求的不斷增長，射頻收發器產品越來越受到芯片公司的關注。而國內射頻收發器產品廠商少，行業發展還比較薄弱，需要更多的國內射頻收發器廠商共同的參與，助力非蜂窩廣域網絡行業的發展，賦能非蜂窩廣域網無線超連接，創新更多的物聯網應用。

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

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