芯时代的物联网LPWAN技术系列解读（一）

　　中国已经进入了以通信技术应用为主要推动力的数字化时代，物联网正在加速企业数字化、工业化的进程，为市场经济创造新的发展机遇。物联网的本质是物体状态信息的感知、传输、应用和控制。物联网的架构一般分为感知层、传输层、平台层和应用层。

　　从物联网的传输层方式，可以分为有线传输和无线传输。信息具有价值，获取需要成本，信息获取成本的降低和价值的上升是物联网发展的驱动力。其中无线传输可以分为短距离（WiFi，蓝牙，Zigbee为代表）和长距离（2G/4G/ NB-IoT的蜂窝网技术、以LoRa为代表的LPWAN（Low Power Wide Area Network））。

　　随着物联网的迅速发展，用户对超低功耗、超大连接、超强覆盖和超低成本的接入需求越来越迫切，低功耗广域网LPWAN也因此成为物联网关键技术之一。目前在市场上活跃的有LoRa，NB-IoT和SigFox等，它们具有低功耗，低成本和广覆盖等特点，形成针对特定行业的平台和应用。而目前人工智能(AI)、云计算、大数据、区块链、边缘计算等一系列新的技术不断地注入物联网领域，技术融合使得物联网在工业、能源、交通、医疗、新零售等领域不断普及，现有的技术无法满足更多的场景应用，物联网需要新兴的LPWAN技术。

　　自2016年NB-IoT核心标准冻结以后，关于低功耗广域网络技术（LPWAN）的讨论迅速增多。无论是火起来的NB-Iot，还是在早两年就已经进入市场应用的LoRa，都有其自身的特点，LPWAN市场正处于百花争放的局面，道生物联在非授权频谱领域开发了具有完全自主知识产权的新一代LPWAN技术——TurMass™ ，包括核心专利技术、系统标准和芯片。由于干货太多，特分为多期介绍，本期将和大家聊聊TurMass™ 技术与LoRa。

　　TurMass™ 是上海道生物联技术有限公司提出的基于 mMIMO （大规模多天线）的LPWAN 技术，目前已经申请相关专利 19 项，包括物理层和链路层等核心技术，形成了拥有完全自主知识产权的新一代 LPWAN 技术。TurMass™ 技术创造性地融合了 mMIMO 和窄带传输技术，以免许可随机接入（mGFRA）技术为核心，在不需要复杂的冲突解决机制情况下，能实现更多终端同时与网关之间的双向通信，并有效提升接收灵敏度，达到同时满足高负荷、高容量、高可靠、低开销、低延迟和低功耗要求。

　　TurMass™ 采用频分多址+空分多址技术，在 125KHz 的带宽内，至少支持 30 个终端的并行发送；相比目前采用chirp扩频和ALOHA机制的技术，在容量上有接近100倍的提升。通过使用先进的 mMIMO 技术和波束赋形技术，在 -140dBm 接收灵敏度情况下，TurMass™ 技术的终端传输速率达到 2Kbps，是同样条件下 chirp 扩频技术的 6 倍。

　　TurMass™ 的mMIMO技术可以利用多径信号的空间分集，更好地适应城市环境中高大密集建筑物对无线信号的大量的折射和反射形成多径传播，实现在大城市环境下的覆盖优势，覆盖面积是 chirp 扩频技术的 4 倍。

　　道生物联发布的终端芯片的主要技术指标：工作频段涵盖 150 ~960MHz，典型信号带宽 4KHz，最大发射功率 20dBm，通信速率支持 0.5~72kbps。配合安装有8根天线的TurMass™网关，在2kbps速率模式下，可以达到-140dB 的接收灵敏度。以下为TurMass™系统的技术规格。

　　LoRa作为目前应用最广泛的LPWAN技术，具有传输距离远，协议简单，方案易开发等优势，但是在一些大型项目中也存在着网络容量不足，信号易受干扰，功耗不稳定等情况。

　　LoRa采用的是CCS技术（Chirp Spread Spectrum的缩写），又称线性调频扩频，是数字通信中的一种常用扩频技术。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。

　　LoRa的原型技术是一家法国公司Cycleo研发的，该公司在2012年被Semtech公司收购。2013年8月，Semtech向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术的芯片，就是LoRa芯片。2015年，LoRa联盟成立。2016年也被称为IoT和LPWAN之年。LoRaWAN 目前在162个国家有148家网络运营商。在全球范围内已有超过1 亿个LoRa 终端接入节点，中国作为最大的物联网应用市场，涵盖了近半的LoRa 节点部署数量。LoRa是目前应用最为广泛的LPWAN技术。

　　不同的技术流派对于应用企业来说可能会产生困扰，难以判断孰优孰劣。但事实上每一种LPWAN技术都有其自身的特点。TurMass™的某些技术指标远远超过目前在用的LPWAN技术，有它最适合的行业领域，未来也将挖掘出更多不同的应用场景，形成TurMass™生态联盟。

　　下期将介绍NB-IoT和SigFox，及其他LPWAN技术，想要了解更多，请继续关注我们的干货推送！

　　上海道生物联技术有限公司成立于 2019 年，由一流的技术和管理团队创立，公司专注于研发业界领先的无线物联网传输技术和解决方案。公司有顶尖的无线通信和芯片设计团队，开发了具有完全自主知识产权的新一代 LPWAN 技术 — TurMass™ ，包括核心专利技术、系统标准和芯片，TurMass™ 在系统容量、传输带宽、功耗和综合成本方面处于世界领先水平，可为智慧城市、智慧园区、工业物联网以及行业专网等领域提供最有竞争力的窄带无线物联网接入技术。