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芯生万象，集成未来！10月30日，由芯师爷主办的“第五届硬核芯生态大会暨2023汽车芯片技术创新与应用论坛”于深圳国际会展中心顺利举办，上海磐启微电子有限公司（以下简称：磐启微电子）副总经理杨岳明出席大会，并以《ChirpLANTM--助力低功耗远距离物联网》为主题，分享了在物联网产业链的成熟驱动各类通信技术间逐渐融合的大背景下，磐启微电子如何通过对Chirp物联技术的不断迭代、优化、创新，持续推动窄带物联网产业的发展，以及在该领域内的最新研究成果和实践经验。
磐启微电子成立于2010年，是一家领先的智慧物联网、工业互联网芯片设计企业，其总部位于中国上海，并在苏州和深圳分别设立研发中心及分公司。目前拥有专利超200项，涵盖无线通信、射频、SoC等领域的关键技术。公司现拥有低功耗远距离ChirpIoT系列、Bluetooth-LE系列、BLE-lite系列三大产品，广泛用于资产管理、室内定位、工业互联、智能家居、智慧城市等领域。截至目前，累计出货量近20亿颗。
* 以下内容为根据杨岳明演讲实录进行不改原意的整理和编辑。
ChirpIoTTM系列产品对标LoRa的国产替代方案
在当今物联网（IoT）领域，低功耗远距离通信技术已成为行业发展的关键之一。近年来，随着物联网技术的快速发展，物联网设备数量不断增加，数据传输量呈现出爆炸式增长。与此同时，物联网产业链的日渐成熟也驱使各类通信技术间的融合渐成趋势。其中，低功耗窄带Chirp物联技术凭借其抗干扰性强、灵敏度高等优势，备受业界重视。
作为该领域内的头号玩家，磐启微电子对其研究探索始于多年前，凭借对物联网行业的深入洞察和丰富的技术经验，磐启微电子认识到低功耗远距离通信技术是物联网发展的瓶颈。为了解决这一问题，公司组建专业的研发团队，致力于研究新型的低功耗远距离通信技术。
在研究过程中，磐启微电子对Chirp信号的特性和优势进行了深入挖掘。基于对Chirp的优化创新，公司推出了全新调制解调技术ChirpIoTTM，以及ChirpIoTTM终端芯片、网关和模组等产品。其自研的PAN3028、PAN3031、PAN3029等ChirpIoTTM系列产品具有产权自主、超广覆盖、极低功耗、强抗干扰、独立组网、高性价比等特点，成功打破国外公司的技术垄断。“在工业物联网领域，国际上有LoRa，我们的产品是可以媲美它的。”杨岳明说。
目前，公司已经推出两代芯片，第一代是2020年推出的PAN3028和PAN3031；第二代是今年9月份推出的PAN3029和PAN3060，第二代相比第一代具备更高的速率、更小的封装等特性。从其成果来看，初步实现了对LoRa芯片的国产替代。
在产品优势方面，杨岳明特别介绍到：“PAN3029有一个很特殊的功能，叫硬件点名功能，我们的接收端接受到一个小的Field就能判断是不是我，如果是我的话，就会开始接受，如果不是我的话，就会继续休眠。启动我们的硬件点名功能，接收过程中，绝大部分时间它是关断的，在非硬件点名功能的模式下，平均功耗可能是3.25毫安，在匹配的时候，如果是我的话，只有0.37毫安，如果不是我，只有0.087毫安，节约功耗达到97%以上，这对一些表计、传感器、标签等电池类的物联网应用，有效节约网络功耗70%以上，几倍提升电池产品的使用寿命。”
据悉，PAN3029支持半双工无线通信，工作频段为408~565MHz和816~1080MHz，该芯片具有高抗干扰性、高灵敏度、低功耗和超远传输距离等特性。与常规调制技术相比，PAN3029在阻塞和邻道选择方面具有显著优势，可以进一步提高通信可靠度。同时，它还提供了较大的灵活性，用户可以自行调节扩频调制带宽、扩频因子和纠错率，有效改善采用常规调制技术的芯片在距离、抗干扰能力和功耗之间的折衷问题。
磐启微电子第一代及第二代ChirpIoTTM芯片，图源：截自磐启微电子演讲PPT
另外，从杨岳明展示的团队测试的拉距表现来看，“在一种基站场景中，把它放到楼下测，我们测到6.2公里的时候还有75%的接收的收包率，它的离地高度是0.7米。地面距离测试的情况，我们测到2.2公里还有75%的收包的准确率。还有就是在湖边的距离测试，我们放在湖边，拉到5.4公里的时候还有65%的收包概率。”
ChirpLANTM协议：基于完全自主知识产权ChirploTTM研发
Chirp信号是一种具有特殊调制的信号，其具备带宽效率高、抗多径干扰能力强、低功耗等优势。磐启微电子通过深入研究Chirp信号的特性和实现方法，逐步开发出了具有自主知识产权的ChirpLANTM协议。
2022年11月11日，磐启微电子正式发布旗下ChirpLANTM协议。据介绍，该协议是磐启微电子基于其自有的具备完全自主知识产权的ChirpIoTTM系列产品所推出开源的P2P或星型无线局域网络协议。具有通信安全，组网方便，终端功耗低，通信距离远等特点，广泛适用于智能工厂、智能抄表、智慧城市、智慧仓储、智慧消防、智慧农业、智慧环保等应用场景。
ChirpLANTM协议的主要原理是将数据信息编码为Chirp信号，通过发送Chirp信号进行数据传输。由于Chirp信号的特殊调制方式，使得信号在传输过程中能够自动适应信道变化，降低多径干扰，从而实现远距离低功耗的数据传输。此外，ChirpLANTM协议还采用了按需可靠的数据收发机制，确保数据的准确性和完整性。
ChirpLANTM网络协议，图源：截自磐启微电子演讲PPT
ChirpLANTM遵循Apache 2.0协议，协议代码和规范完全公开开源，其网络组合方式极为灵活。据介绍，ChirpLANTM网络协议在直连网络下，支持一对一和一对多连接。在星形网络下则有三种模式：
（1）Mode A为主动上报模式，用户按需来发送数据，比如TA指令或者定时发送数据，不发送数据时RF处于休眠状态；
（2）Mode B为周期同步模式，支持Mode A的全部功能，并且下行支持MAPM模式，终端周期打开RX，网关通过下行时隙唤醒终端，终端通过指定时隙上行；
（3）Mode C为全速运行模式，具有Mode A和Mode B全部功能，半双工模式，终端在非TX的模式时，RF处于RX的模式，用来快速响应网关的数据。
在ChirpLANTM网络测试上，杨岳明举例说明：“我们做了一个简单的测试，（PPT）左上角是160个测试的套件，我们用这样的网关，并发数是8通道，它能够快速快地把数据统计发展。我们这个网关支持的节点可以达到5000个。”此外，杨岳明还透露公司最新进展——目前正在开发低功耗Mesh网络，而非低功耗的Mesh已经在测试中。据悉，低功耗Mesh在很多场景都有应用，尤其在智能家居领域。
ChirpLANTM网络测试，图源：截自磐启微电子演讲PPT
ChirpLANTM赋能多元领域应用进行时
谈及ChirpLANTM现阶段的应用情况，杨岳明表示：“目前在电力、气体、消防、断路器、表箱、水浸等方面都有应用。在电力领域的应用比较多，尤其是国家电网和南方电网。”以其中的工业应用为案例——无线水表+集中器方案。在该方案中，每个水表通过无线局域网往集中器报数据，集中器通过4G往云端上报。集中器常安装在表箱里，管理多层楼道同一位置的多个水表。水表只需上行，定时上报，下行数据只在有上行发生时下发。
ChirpLANTM还广泛应用于其他行业，如消防后装中的所有报警器类型，可通过ChirpLANTM网关直接上报，其穿透性较强，一般医院中只需要三层楼放一个网关即可。除此之外，还有智能家居、智能机器人、智慧医疗、农林牧、新能源等领域。
ChirpLANTM应用：无线水表+集中器方案，图源：截自磐启微电子演讲PPT
持续探索 & 更多探索
ChirpLANTM在物联网领域的重要性不言而喻，它不仅可以提高物联网设备的性能和响应速度，降低设备的能耗，还能保证数据传输的稳定性和可靠性。这些优点使得ChirpLANTM成为物联网设备的一种理想传输协议，为物联网技术的发展提供了强有力的支持。在技术趋于融合的大环境，以及国内低功耗窄带产业链企业的共同努力下，Chirp窄带物联网技术正拓展出更多创新应用场景。
可以看到的是，磐启微电子正凭借ChirpLANTM协议的技术优势，在该领域取得了丰硕成果。除了上述的低功耗远距离ChirpIoT系列，磐启微电子还拥有多协议系列、BLE-lite系列两大产品。
据介绍，BLE-lite系列产品是磐启微电子2.4G的轻量级蓝牙产品，包括单射频的收发芯片和集成MCU的SoC类的芯片，主要功能可以实现2.4G ISM频段下的无线通信，同时兼容蓝牙的Beacon包格式的通信，可与智能手机进行双向通信；多协议系列产品则是磐启微电子自研支持多种无线协议连接的，可使设计满足不同场景的市场需求的芯片。强大的内核和flash资源的SoC芯片支持2.4 GHz无线协议，包括BLE、BLE MESH、Zigbee、Thread、Matter等。
现阶段，ChirpLANTM协议已被广泛应用于智能家居、智能城市、工业自动化等众多领域。磐启微电子正积极推广ChirpLANTM在物联网设备中的应用，与众多合作伙伴共同开发基于ChirpLANTM协议的物联网解决方案，推动物联网通信技术的发展。
后续随着物联网应用的不断拓展和设备的多样化发展，将促进ChirpLANTM的广泛应用；同时，ChirpLANTM的高效、高速数据传输性能和低功耗特性将使其成为物联网设备的理想传输协议；5G、6G等通信技术的发展以及物联网设备的日益增多对通信性能和稳定性的要求也将不断提高，从而为ChirpLANTM技术的发展提供更为广阔的空间。
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