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 802.15.4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2.4GHz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2400-2483.5MHz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™ 1.1 Specification 和IEEE Std 802.15.4TM-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8753.7万个，预计到2023年可达171698.4万个，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8124.8万个，2023年预计可达84443.6万个，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1739.47亿个，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2519.3亿人民币，同比增长21.5%，2009到2018年中国集成电路设计产值年复合增长率（CAGR）为28.7%，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。
2009年9月17日，一家法国公司Cycleo向人们展示了一种创新的半导体技术-LoRa，给无线数据传输带来了前所未有的距离。基于这种颠覆性的专利技术，LoRa以最低的成本实现了前所未有的低功率远程无线通信。10mW RF输出功率可提供超过25km视线距离。LoRa技术作为一个低功耗数字IP，不到50K门，可以运行在纽扣或AA电池上。
2012年3月，Semtech公司收购了无线长距离IP服务商Cycleo。Cycelo技术并入到了Semtech RF平台。
2015年2月，LoRa联盟成立于巴塞罗那移动世界大会。 LoRaMAC被重新命名为“LoRaWAN”，成为LoRa联盟成员的规范。LoRa调制解调：LoRa? (Long Range，远距离)是一种调制技术，与同类技术相比，提供更长的通信距离。调制是基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）。LoRa显著地提高了接受灵敏度，与其他扩频技术一样，使用了整个信道带宽广播一个信号，从而使信道噪声和由于使用低成本晶振而引起频率偏移的不敏感性更健壮。LoRa可以调制信号19.5dB低于底噪声，而大多数频移键控（FSK）在底噪声上需要一个8-10dB的信号功率才可以正确调制。LoRa调制是物理层（PHY），可为不同协议和不同网络架构所用-Mesh、Star、点对点等等
LoRaWAN：LoRa调制解调是PHY，LoRaWAN是MAC协议，用于大容量远距离低功耗的星型网络，LoRa联盟正在对低功耗广域网（LPWAN）进行标准化。LoRaWAN协议针对低功耗、电池供电的传感器进行了优化，包括了不同级别的终端节点以优化网络延迟和电池寿命间的平衡关系。它是完全双向的，由安全专家构建确保了可靠性和安全性。LoRaWAN架构还可轻松定位移动目标用于资产跟踪，这是物联网增长量最快的应用。主要的电信运营商正在将LoRaWAN部署为全国网络，LoRa联盟正在标准化LoRaWAN以确保不同的国家网络是可以互操作的。
LoRaWAN? 是一种低功耗广域网络（LPWAN）规范，面向在地区、国家或全球网络中电池供电的无线设备。LoRaWAN 针对物联网的关键要求，如安全的双向通讯、移动化和本地化服务。LoRaWAN规范提供智能设备间无缝的互操作性，不需要复杂的本地安装，给用户、开发者、企业以自由，使其在物联网中发挥作用。
LoRaWAN网络结构通常部署成一个星型拓扑结构，其中网关是一个透明桥接，在终端设备和后台中央网络服务器之间中继消息。网关通过标准IP连接连接到网络服务器，而终端设备使用单跳无线通信到一个或多个网关。所有终端节点通信一般都是双向的，但还支持如组播操作实现软件空中升级（OTA）或其他大量信息分发以减少空中通信时间。
终端设备和网关之间的通信在不同频道和数据速率上传播。数据速率的选择需要在通信距离和消息持续时间上做一个权衡。由于扩频技术，不同数据速率的通信不会相互干扰，并创建一组“虚拟”通道以增加网关容量。LoRaWAN的数据速率范围从0.3kbps到50kbps。为最大限度地提高终端设备的电池寿命和整体网络容量，LoRaWAN网络服务器通过自适应数据速率（ADR）的方案单独管理每个终端设备的数据速率和RF输出。
针对物联网的全国范围网络，如重要的基础设施、保密的个人数据或社会对安全通信有特殊需求的社会重要功能。这已通过几层的加密解决了。
唯一网络密钥（EU164），确保网络层安全
唯一应用密钥（EU164），确保应用层端到端的安全
设备专用密钥（EUI128）
LoRaWAN有几种不同类型的终端设备以解决广泛应用中的不同需求：
双向通讯终端设备（A类）：A类的终端设备允许双向通信，因此每个终端设备的上行链路传输跟着两个短的下行链路接受窗口。传输时隙由终端设备基于其自身的通讯需求安排，根据随机时基有一个小的变化（ALOHA类型协议）。在终端设备发送一个上行链路传输后，对仅简短地要求服务器的下行链路通讯的应用来说，这种A类操作是功耗最低的终端设备系统。在其他任何时间来自服务器的下行链路通讯必须等到下一个调度的上行链路通讯。
具备调度接受时隙的双向通讯终端设备（B类）：除A类随机的接受窗口外，B类设备还在预定时间打开接受窗口。为使终端设备在预定时间打开接受窗口，它接受网关的一个时间同步信标。这使得服务器知道终端设备什么时候在侦听。
具备最大接受时隙的双向通讯终端设备（C类）：C类终端设备几乎是连续地打开接受窗口，仅在发送时关闭。
LoRa是一种无线通讯技术，属于LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网络）的一种，应用于许多智能设备中。当然，wifi在浏览网页方面占据主导低温，蓝牙在连接耳机和可穿戴设备方面也很出色，但智能家居是一个需要低功耗、随时唤醒的系统，可以从你家的一端连接到另一端。智能控制类（开关、红外、窗帘电机、感应开关等）、安全配置类以及自动化控制器等使用的三个主要标准是ZigBee、Z-Wave和LoRa。
LoRa从何而来？
LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，低功耗一般很难覆盖远距离，远距离一般功耗高，要想马儿不吃草还要跑得远，好像难以办到。LoRa的名字就是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。
LoRa有何特性？
传输距离：城镇可达2-5 Km ， 郊区可达15 Km 。
工作频率：ISM 频段 包括433、868、915 MH等。
标准：IEEE 802.15.4g。
调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，semtech公司私有专利技术。
容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。
电池寿命：长达10年。
安全：AES128加密。
传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长，这很像一个人挑东西，挑的多走不太远，少了可以走远。
LoRa如何工作？
LoRa 用于连接智能家居设备，收集、整理、反馈数据的 通讯技术 。在智能开关、红外、温湿度传感器等设备中都能找到它。与wifi、蓝牙相比，其耗电量要少很多很多，但是其通讯距离却能更远。
LoRa采用星型结构以达到长距离连接的稳定性和保障节点的电池寿命。
这种星型网络结构可保证家庭智能家居之间的通讯延迟降低，具有更好的体验。
LoRa的重要性
