2020第六屆中國(guó)硬件創(chuàng)新大賽全國(guó)總決賽將于11月15日9:00在深圳會(huì)展中心舉辦，大賽組委會(huì)為大家?guī)?lái)總決賽入圍項(xiàng)目“LaKi超低功耗實(shí)時(shí)廣域網(wǎng)技術(shù)射頻SoC芯片和協(xié)議”的專欄文章《千米電子發(fā)明物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)新技術(shù)，LaKi打破技術(shù)選型行業(yè)大困局》。

“萬(wàn)物互聯(lián)”是人們對(duì)未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的美好愿景，它的關(guān)鍵在于連接。有線連接受基礎(chǔ)設(shè)施的影響比較大，局限比較多；而無(wú)線連接相對(duì)比較自由，部署和維護(hù)更加容易，因此無(wú)線技術(shù)一直是物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)的首選。

主流無(wú)線技術(shù)的選型困局

現(xiàn)階段用于物聯(lián)網(wǎng)連接的無(wú)線技術(shù)主要有藍(lán)牙、Zigbee/Zwave、WiFi、NB-IoT、LoRa、蜂窩技術(shù)等。根據(jù)通訊距離的遠(yuǎn)近，可簡(jiǎn)單分為短距技術(shù)和長(zhǎng)距技術(shù)兩大類(lèi)。藍(lán)牙、Zigbee/Zwave、WiFi屬于短距技術(shù)，它們由于覆蓋能力弱，很難用來(lái)進(jìn)行大規(guī)模部署，因此，他們注定無(wú)法用于物聯(lián)網(wǎng)的廣泛覆蓋。NB-IoT、LoRa、蜂窩技術(shù)屬于長(zhǎng)距技術(shù)，由于通訊距離長(zhǎng)，覆蓋能力強(qiáng)，適合快速、大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)部署，特別是近年來(lái)NB-IoT和LoRa等低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)的出現(xiàn)，其功耗低、通訊距離長(zhǎng)和容量大等特性讓建網(wǎng)成本、終端成本等進(jìn)一步下降，在不溫不火的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)掀起了一個(gè)小高潮。

盡管無(wú)線技術(shù)眾多，但對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者們來(lái)說(shuō)，技術(shù)選型是個(gè)讓人非常頭痛的問(wèn)題，因?yàn)檫@些技術(shù)似乎都只能滿足一小部分應(yīng)用的需求。例如，藍(lán)牙、Zigbee/Zwave等可以滿足大部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)于低時(shí)延和低功耗的需求，但由于通訊距離短、容量小，小規(guī)模部署尚可，大規(guī)模布網(wǎng)時(shí)就成本高昂、管理復(fù)雜而不可用；WiFi的優(yōu)勢(shì)在于帶寬大，數(shù)據(jù)速率高，可這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)并不必需，加上通訊距離短、功耗高，在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用中缺少存在感；蜂窩技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的無(wú)線技術(shù)之一，但它較高的功耗和終端成本則大大限制了其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用；LoRa和脫胎于蜂窩技術(shù)的NB-IoT等低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)雖然解決了功耗和成本的問(wèn)題，但他們的低功耗都是以犧牲時(shí)延為代價(jià)的，就無(wú)法低成本地實(shí)現(xiàn)低時(shí)延物聯(lián)業(yè)務(wù)的接入，因此只適合接入對(duì)時(shí)延要求低和數(shù)據(jù)速率低的業(yè)務(wù)，而這部分業(yè)務(wù)在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中所占的比重并不大（少于30%），使得低功耗廣域網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值大大縮水，這可能是在國(guó)內(nèi)各運(yùn)營(yíng)商投入大量資源推廣NB-IoT但卻進(jìn)展緩慢的根本原因。

由此可見(jiàn)，選型困局實(shí)際上源自于主流無(wú)線技術(shù)的本身局限。在沒(méi)有更好的技術(shù)選擇的情況下，人們不得不向現(xiàn)實(shí)妥協(xié)，只能根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)和使用場(chǎng)景來(lái)選擇適合的技術(shù)以獲得較好的投資回報(bào)。久而久之，這種觀念深入人心，成為物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者的根深蒂固的觀念。

但這樣的妥協(xié)并沒(méi)有帶來(lái)足夠好的投資回報(bào)，反而導(dǎo)致應(yīng)用碎片化、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化、價(jià)值單一化等問(wèn)題，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展非常不利，很難讓物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)真正繁榮。中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)可能就是明證。中國(guó)是全球NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署和應(yīng)用最廣泛的國(guó)家，也是LoRa應(yīng)用最多的國(guó)家（據(jù)2018年Semtech財(cái)報(bào)，其主推的LoRa有60%的市場(chǎng)營(yíng)收來(lái)自于中國(guó)），這些都表明中國(guó)是全球最繁榮和最大的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。但如果仔細(xì)分析下國(guó)內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種繁榮的虛火有點(diǎn)旺，因?yàn)楹芏囗?xiàng)目里有大量政府補(bǔ)貼，而一旦沒(méi)有政府補(bǔ)貼，沒(méi)有人愿意建設(shè)它們。造成目前這種困局的根本原因就是它們的投資回報(bào)不夠高。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論，無(wú)論哪種行業(yè)要想真正地繁榮，必須要有足夠的投資回報(bào)，這樣才可能吸引各種資本的積極參與，才能實(shí)現(xiàn)行業(yè)的真正繁榮。

千米電子發(fā)明的LaKi技術(shù)打破了選型困局

千米電子從2014年就注意到了物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的投資回報(bào)低的難題，并試圖著手解決這個(gè)行業(yè)大問(wèn)題。幸運(yùn)的是，千米電子核心團(tuán)隊(duì)成員受益于改革開(kāi)放中高科技企業(yè)“引進(jìn)來(lái)、走出去”的偉大國(guó)策，在相關(guān)中外高科技企業(yè)中進(jìn)行了大量科研實(shí)踐，積累了深厚的技術(shù)能力和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，包括在實(shí)現(xiàn)難度很高的射頻等領(lǐng)域也擁有大量成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

千米電子首先仔細(xì)分析了物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的關(guān)鍵成功要素，發(fā)現(xiàn)如果可以研發(fā)出一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣覆蓋、低功耗和低時(shí)延這三大關(guān)鍵特性的無(wú)線技術(shù)，而且具備一定的數(shù)據(jù)速率的話，那么這種技術(shù)就既可以具備低功耗廣域網(wǎng)的低成本，又具備藍(lán)牙、Zigbee等物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)了總體成本低而投資收益高，這樣的網(wǎng)絡(luò)投資回報(bào)自然就會(huì)高，就會(huì)從技術(shù)的角度解決了物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)存在多年的難題，從而有機(jī)會(huì)讓物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)爆炸式發(fā)展。

然后，千米電子深入研究了各種主流無(wú)線技術(shù)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的，因此回到原點(diǎn)，從物聯(lián)網(wǎng)本身的數(shù)據(jù)和通訊特點(diǎn)出發(fā)，試圖找到一個(gè)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣覆蓋、低功耗和低時(shí)延的技術(shù)途徑。

經(jīng)過(guò)五年的潛心研發(fā)，千米電子完成了一種新的無(wú)線通訊協(xié)議的開(kāi)發(fā)，并在2020年3月底成功下線了第一批量產(chǎn)射頻SoC芯片，至此，千米電子以一己之力完成了一個(gè)包含了MAC層通訊協(xié)議和PHY層芯片的完整的通訊技術(shù)。千米電子的射頻SoC芯片集成了射頻、功放、基帶、RTC、32位CPU、PMU、AES128加密等電路模塊，集成度很高；而這些電路模塊中，除了CPU是外購(gòu)IP外，其他均為千米電子自主設(shè)計(jì)和研發(fā)，具有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。搭載這顆量產(chǎn)芯片的標(biāo)準(zhǔn)型模組在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，其通訊距離可達(dá)1.5公里，發(fā)射電流4.5mA@0dBm，8.5mA@4dBm，接收電流7.5mA（Max gain）。在1公里以上通訊距離、監(jiān)聽(tīng)周期為1秒的雙向?qū)崟r(shí)通訊模型下，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型模組的平均電流約3微安，折算成年均功耗不超過(guò)30mAh/年；而在上述雙向?qū)崟r(shí)通訊模型下，加了13dBi的外置功放的增強(qiáng)型模組的通訊距離可達(dá)5公里以上，最大工作電流（Rx和Tx）不超過(guò)20mA，平均電流約4微安，年均功耗也不超過(guò)40mAh/年。這樣的功耗，即使用一顆紐扣電池供電，也可以讓它們?cè)陔p向?qū)崟r(shí)通訊模型下續(xù)航數(shù)年！而LoRa、NB-IoT等以低功耗見(jiàn)長(zhǎng)的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的模組的睡眠功耗一般也要3mA以上，這就是說(shuō)，千米電子新技術(shù)在長(zhǎng)距離通訊中的雙向?qū)崟r(shí)通訊模型下的功耗與低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的睡眠功耗相仿甚至更低！

而且，千米電子發(fā)明的這種新技術(shù)最高速率可達(dá)1Mbps，最低也有250Kbps，用戶處理能力可超過(guò)單信道2000終端/秒。可見(jiàn)，這種新技術(shù)不光同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廣覆蓋、低時(shí)延和低功耗這三大關(guān)鍵特性，還具有較高的數(shù)據(jù)速率和很大的用戶處理能力！非常適合物聯(lián)網(wǎng)最后一公里低成本海量覆蓋，基于這個(gè)特點(diǎn)，千米電子把這種新技術(shù)命名為L(zhǎng)aKi，取名于Last Kilometer IoT coverage，音同lucky。

LaKi的優(yōu)勢(shì)還不僅于此。與以低功耗、低時(shí)延等特性而經(jīng)常被人們選用的藍(lán)牙、Zigbee等無(wú)線技術(shù)對(duì)比來(lái)看，LaKi在同樣的通訊距離下功耗更低，而且通訊距離越長(zhǎng)，LaKi的功耗優(yōu)勢(shì)越明顯。帶寬與它們相比起來(lái)也毫不遜色。

綜上所述，與在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主流無(wú)線技術(shù)藍(lán)牙、Zigbee、NB-IoT、LoRa等比較起來(lái)，LaKi具備它們各自的優(yōu)勢(shì)，甚至指標(biāo)更好，是目前唯一同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣覆蓋、低時(shí)延和低功耗的完整無(wú)線通訊技術(shù)，加上較高的數(shù)據(jù)速率，人們不再需要根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)選擇無(wú)線技術(shù)，只需建設(shè)一張LaKi網(wǎng)絡(luò)就可以接入絕大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而LaKi技術(shù)的建網(wǎng)和終端成本低，LaKi網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用價(jià)值非常高，投資回報(bào)很高，具備作為通用物聯(lián)技術(shù)的所有要素，擁有引爆物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的巨大潛力。

責(zé)任編輯：lq