Chirp技術(shù)再突破，網(wǎng)絡(luò)功耗降7成！低功耗窄帶玩家的“上分”潮

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/莫婷婷）物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，讓各類通信技術(shù)之間的融合逐漸成為趨勢，包括LoRa、Chirp等領(lǐng)域的細(xì)分玩家都在尋找各個(gè)技術(shù)之間的融合解決方案。其中，低功耗窄帶Chirp物聯(lián)技術(shù)在國內(nèi)玩家的持續(xù)研發(fā)投入中也迎來了新的進(jìn)展。

磐啟微電子作為低功耗窄帶Chirp物聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域的知名企業(yè)，通過不斷的技術(shù)迭代，推出了新一代性能更強(qiáng)的ChirpIoT?終端芯片，以更高的靈敏度、更高的速率、更低的功耗，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)廠商在Chirp技術(shù)上的又一突破。

Chirp窄帶擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用場景擴(kuò)大，生態(tài)鏈玩家加速推進(jìn)

常見的擴(kuò)頻系統(tǒng)分為直接擴(kuò)頻（DSSS）、跳頻擴(kuò)頻（FHSS）和時(shí)間跳變擴(kuò)頻（也叫時(shí)間跳頻擴(kuò)頻THSS）三種。其中直接擴(kuò)頻又分為寬帶擴(kuò)頻和窄帶擴(kuò)頻；跳頻擴(kuò)頻分為快速跳頻擴(kuò)頻和慢速跳頻擴(kuò)頻。寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻（Chirp，CSS）和混合擴(kuò)頻也屬于擴(kuò)頻技術(shù)，它們綜合了這三種常見擴(kuò)頻的特點(diǎn)。

Chirp信號(hào)有著以下五大顯著優(yōu)點(diǎn)：一是芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，功耗低。二是擴(kuò)頻增益大，靈敏度高。三是抵抗窄帶干擾能力好。四是容忍頻偏能力大，頻率分辨率強(qiáng)。五是對抗多徑能力強(qiáng)。

磐啟微電子研發(fā)副總經(jīng)理吳川在近期的“2023低功耗窄帶物聯(lián)創(chuàng)新應(yīng)用生態(tài)大會(huì)”上介紹，Chirp不僅廣泛應(yīng)用于軍事的雷達(dá)系統(tǒng)上，車載測距所用到的79G毫米波雷達(dá)、智能家居所用到的zigbee、手機(jī)定位用到的UWB以及物聯(lián)網(wǎng)通信中的LoRa都采用了Chirp技術(shù)。

面對Chirp廣闊的民用場景，磐啟微自2010年成立至今就一直在研究Chirp技術(shù)。13年的技術(shù)沉淀，磐啟微積累了在Chirp領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，推出了Chirp技術(shù)平臺(tái)，包括射頻技術(shù)平臺(tái)、調(diào)制技術(shù)平臺(tái)、數(shù)字MCU平臺(tái)、通信協(xié)議平臺(tái)，并且對Chirp進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，推出了全新調(diào)制解調(diào)技術(shù)——ChirpIoT?，以及ChirpIoT?終端芯片、網(wǎng)關(guān)和模組等產(chǎn)品。

ChirpIoT?作為全新的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，讓磐啟微的ChirpIoT?終端芯片有著天然的低功耗、高性能、遠(yuǎn)距離、高靈敏度等特色。例如，磐啟微新推出的第二代低功耗遠(yuǎn)距離無線收發(fā)芯片PAN3029，工作頻段為130MHz到1080MHz，靈敏度可達(dá)到-143dBm，輸出功率可達(dá)20dBm，支持半雙工無線通信。相比上一代，PAN3029在速率上提升至最高59kbps，上一代為21kbps。

圖：磐啟微PAN3029

PAN3029的性能得益于磐啟微電子對Chirp線性擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行信號(hào)時(shí)域和頻域上的變化改進(jìn)，因此ChirpIoT?信號(hào)能夠用于需要更遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域，其應(yīng)用領(lǐng)域包括電力、表計(jì)、傳感器、石油化工、光伏、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、安防、消防場景的火警報(bào)警器、緊急呼叫系統(tǒng)等。

當(dāng)前，在國內(nèi)低功耗窄帶產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同努力下，Chirp的應(yīng)用場景不斷擴(kuò)大。北京智芯微電子推出的低功耗系列微控制器中，SCM326正是基于ChirpIoT?技術(shù)，工作頻段為400~510MHz，最低功耗為1.6uA，最大發(fā)射功率為20dBm，接收電流為12.5mA，面向無源柱頭監(jiān)測單元、無線溫濕度傳感器等應(yīng)用領(lǐng)域。

北京智芯微電子主控芯片研發(fā)部經(jīng)理?xiàng)盍⑿卤硎?，“我們現(xiàn)在ChirpIoT?技術(shù)核心應(yīng)用主要是兩類，一種是周界智能預(yù)警，另一類是信息傳輸?！?br />
在周界智能預(yù)警的應(yīng)用上，他舉了個(gè)例子，當(dāng)有大型工程車輛進(jìn)入時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警，可以通過SCM326窄帶物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上傳至管控平臺(tái)，通知現(xiàn)場監(jiān)護(hù)人員進(jìn)行查證，如果非登記車輛，給予驅(qū)逐，如果是登記車輛，則準(zhǔn)許進(jìn)入。除此之外，北京智芯微電子還將Chirp窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在智能路燈上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、智能節(jié)電等功能。

圖：周界智能預(yù)警裝置（智芯微電子）

在技術(shù)融合的趨勢下，Chirp窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的拓展出更多創(chuàng)新應(yīng)用場景。除了上述提到的周界智能預(yù)警、智能路燈，還能夠應(yīng)用于光伏、電力、智慧園區(qū)等多個(gè)領(lǐng)域。

聯(lián)通(上海)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場總監(jiān)顧超介紹，在智慧園區(qū)領(lǐng)域，公司與磐啟微展開合作，將ChirpIoT?成功應(yīng)用在上海市崇明融媒體中心，提供數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和分析平臺(tái)，在很大程度上提升運(yùn)營效率。該項(xiàng)目的價(jià)值在于通過園區(qū)物聯(lián)基座，集成大網(wǎng)+ChirpLAN?+其他智慧園區(qū)軟硬件系統(tǒng)和應(yīng)用，形成園區(qū)生態(tài)基座；且定制開發(fā)了5G+ChirpLAN?網(wǎng)關(guān)+感知終端，具備了可復(fù)制5G+ChirpLAN?快速部署交付能力。

可以看到，LPWAN生態(tài)企業(yè)正在加速推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)融合以及技術(shù)落地等方面的進(jìn)展，而ChirpIoT?將成為重要且關(guān)鍵的一環(huán)。


低功耗、高性能，Chirp技術(shù)持續(xù)演進(jìn)

Chirp擴(kuò)頻技術(shù)誕生于上世紀(jì)40年代，直至今年該技術(shù)還在不斷演進(jìn)，磐啟微電子作為業(yè)內(nèi)低功耗窄帶Chirp物聯(lián)技術(shù)的知名企業(yè)，一直在探索Chirp的技術(shù)迭代。

磐啟微電子研發(fā)副總經(jīng)理吳川表示，“在研究過程中，其實(shí)我們一直在深入探究為什么Chirp調(diào)制波形能夠?qū)崿F(xiàn)這么優(yōu)的特性，我們也希望能夠發(fā)現(xiàn)更多這樣的調(diào)制技術(shù)來保證我們在低功耗廣域網(wǎng)更多的一些創(chuàng)新?！?br />
在相位調(diào)制技術(shù)方面，磐啟微研究出PSK-Chirp技術(shù)，相比原來的Chirp技術(shù)，在性能不損失情況下，PSK-Chirp可實(shí)現(xiàn)大約33%的傳輸速率提升。在信號(hào)方面，混沌技術(shù)具備非周期、隨機(jī)性、不可預(yù)測的特點(diǎn)，Chirp技術(shù)具備低功耗、高性能、抗干擾的特點(diǎn)，磐啟微將兩種信號(hào)的優(yōu)勢結(jié)合，推出混沌Chirp技術(shù)，具備接收復(fù)雜度低，功耗低，靈敏度高等優(yōu)勢。

Chirp技術(shù)最重要的性能是靈敏度、傳輸速率、功耗以及組網(wǎng)性能等， 這些也是磐啟微在研究的迭代方向。

傳輸速率方面，當(dāng)前采用Chirp技術(shù)的產(chǎn)品大部分都是小數(shù)據(jù)量的，但未來也會(huì)面對圖片、音頻、視頻等高性能終端應(yīng)用帶來的大數(shù)據(jù)量壓力，因此需要進(jìn)行更多的創(chuàng)新提升傳輸速率。吳川博士表示，磐啟微的多速率技術(shù)融合Chirp調(diào)頻、PSK調(diào)相，增加多天線STBC編碼技術(shù)，能夠?qū)鬏斔俾侍嵘?-4倍。

在靈敏度方面，面對未來的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)天地一體化，即使現(xiàn)在的LoRa低軌衛(wèi)星通信的鏈路預(yù)算可以達(dá)到160dB，但還是不夠的。“因?yàn)榈蛙壍佬l(wèi)星的數(shù)量有限，要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)天地一體化的窄帶物聯(lián)網(wǎng)在低軌道資源不夠的情況下，我們需要考慮中高軌衛(wèi)星，這時(shí)候它的鏈路預(yù)算要求比較高（約為160dB到180dB），接收靈敏度要更高?！痹谶@方面，可以通過射頻通道堆積的方式，將單天線網(wǎng)關(guān)升級(jí)為多天線MIMO網(wǎng)關(guān)，提升接收性能，吳川博士提到。

在功耗方面，磐啟微當(dāng)前的產(chǎn)品能夠做到Rx接收電流(mA)功耗4.1mA，為了讓下一代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功耗下降，工藝提升、射頻電路架構(gòu)提升、數(shù)字電路功耗優(yōu)化都是重要的方式。

值得一提的是，磐啟微通過優(yōu)化設(shè)計(jì)MAPM幀結(jié)構(gòu)，降低載波監(jiān)聽功耗，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功耗的優(yōu)化。

前文提到的第二代ChirpIoT?系列芯片PAN3029正是磐啟微的最新技術(shù)成果，最大的創(chuàng)新之一是硬件喚醒點(diǎn)名功能，也就是MAPM。據(jù)了解，MAPM模式可以縮減長Preamble期間開啟RX時(shí)間，大大降低芯片的平均功耗。

圖：磐啟微的硬件點(diǎn)名功能

通過磐啟微展示的測試數(shù)據(jù)可以看到，非MAPM模式下，平均功耗約為3.25mA，MAPM匹配的情況下，平均功耗為0.37mA，MAPM不匹配時(shí)，平均功耗0.087mA，能夠節(jié)約97.3%的功耗。

磐啟微電子市場副總經(jīng)理?xiàng)钤烂鞅硎?，MAPM在表計(jì)、傳感器、標(biāo)簽等電池供電類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，有效節(jié)約網(wǎng)絡(luò)功耗可以達(dá)到70%以上。

通信技術(shù)龐雜多樣，各種技術(shù)之間取長補(bǔ)短，共同編織出龐大的物聯(lián)網(wǎng)市場。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，Chirp被認(rèn)為是LoRaWAN發(fā)展的重要引擎。磐啟微作為Chirp的技術(shù)玩家，與產(chǎn)業(yè)鏈上的合作伙伴一起探索ChirpIoT在更多創(chuàng)新領(lǐng)域的落地場景。

談及對Chirp技術(shù)的持續(xù)探索，吳川博士表示，我們希望通過對Chirp技術(shù)的思考和創(chuàng)新，持續(xù)推動(dòng)窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并且推出性能更強(qiáng)的下一代芯片來保證Chirp技術(shù)在窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。