2020第六屆中國硬件創(chuàng)新大賽全國總決賽將于11月15日9:00在深圳會展中心舉辦，大賽組委會為大家?guī)砜倹Q賽入圍項目“LaKi超低功耗實時廣域網技術射頻SoC芯片和協(xié)議”的專欄文章《千米電子發(fā)明物聯(lián)網基礎新技術，LaKi打破技術選型行業(yè)大困局》。

“萬物互聯(lián)”是人們對未來物聯(lián)網的美好愿景，它的關鍵在于連接。有線連接受基礎設施的影響比較大，局限比較多；而無線連接相對比較自由，部署和維護更加容易，因此無線技術一直是物聯(lián)網連接技術的首選。

主流無線技術的選型困局

現(xiàn)階段用于物聯(lián)網連接的無線技術主要有藍牙、Zigbee/Zwave、WiFi、NB-IoT、LoRa、蜂窩技術等。根據通訊距離的遠近，可簡單分為短距技術和長距技術兩大類。藍牙、Zigbee/Zwave、WiFi屬于短距技術，它們由于覆蓋能力弱，很難用來進行大規(guī)模部署，因此，他們注定無法用于物聯(lián)網的廣泛覆蓋。NB-IoT、LoRa、蜂窩技術屬于長距技術，由于通訊距離長，覆蓋能力強，適合快速、大規(guī)模的網絡部署，特別是近年來NB-IoT和LoRa等低功耗廣域網（LPWAN）技術的出現(xiàn)，其功耗低、通訊距離長和容量大等特性讓建網成本、終端成本等進一步下降，在不溫不火的物聯(lián)網市場掀起了一個小高潮。

盡管無線技術眾多，但對于物聯(lián)網從業(yè)者們來說，技術選型是個讓人非常頭痛的問題，因為這些技術似乎都只能滿足一小部分應用的需求。例如，藍牙、Zigbee/Zwave等可以滿足大部分物聯(lián)網應用對于低時延和低功耗的需求，但由于通訊距離短、容量小，小規(guī)模部署尚可，大規(guī)模布網時就成本高昂、管理復雜而不可用；WiFi的優(yōu)勢在于帶寬大，數據速率高，可這些優(yōu)勢對于大多數物聯(lián)網應用來說并不必需，加上通訊距離短、功耗高，在物聯(lián)網實際應用中缺少存在感；蜂窩技術是應用最廣泛的無線技術之一，但它較高的功耗和終端成本則大大限制了其在物聯(lián)網中的應用；LoRa和脫胎于蜂窩技術的NB-IoT等低功耗廣域網技術雖然解決了功耗和成本的問題，但他們的低功耗都是以犧牲時延為代價的，就無法低成本地實現(xiàn)低時延物聯(lián)業(yè)務的接入，因此只適合接入對時延要求低和數據速率低的業(yè)務，而這部分業(yè)務在整個物聯(lián)網行業(yè)中所占的比重并不大（少于30%），使得低功耗廣域網的應用價值大大縮水，這可能是在國內各運營商投入大量資源推廣NB-IoT但卻進展緩慢的根本原因。

由此可見，選型困局實際上源自于主流無線技術的本身局限。在沒有更好的技術選擇的情況下，人們不得不向現(xiàn)實妥協(xié)，只能根據應用特點和使用場景來選擇適合的技術以獲得較好的投資回報。久而久之，這種觀念深入人心，成為物聯(lián)網從業(yè)者的根深蒂固的觀念。

但這樣的妥協(xié)并沒有帶來足夠好的投資回報，反而導致應用碎片化、網絡復雜化、價值單一化等問題，對物聯(lián)網行業(yè)的發(fā)展非常不利，很難讓物聯(lián)網行業(yè)真正繁榮。中國物聯(lián)網市場可能就是明證。中國是全球NB-IoT網絡部署和應用最廣泛的國家，也是LoRa應用最多的國家（據2018年Semtech財報，其主推的LoRa有60%的市場營收來自于中國），這些都表明中國是全球最繁榮和最大的物聯(lián)網市場。但如果仔細分析下國內的物聯(lián)網市場，就會發(fā)現(xiàn)這種繁榮的虛火有點旺，因為很多項目里有大量政府補貼，而一旦沒有政府補貼，沒有人愿意建設它們。造成目前這種困局的根本原因就是它們的投資回報不夠高。根據經濟學的理論，無論哪種行業(yè)要想真正地繁榮，必須要有足夠的投資回報，這樣才可能吸引各種資本的積極參與，才能實現(xiàn)行業(yè)的真正繁榮。

千米電子發(fā)明的LaKi技術打破了選型困局

千米電子從2014年就注意到了物聯(lián)網行業(yè)的投資回報低的難題，并試圖著手解決這個行業(yè)大問題。幸運的是，千米電子核心團隊成員受益于改革開放中高科技企業(yè)“引進來、走出去”的偉大國策，在相關中外高科技企業(yè)中進行了大量科研實踐，積累了深厚的技術能力和研發(fā)經驗，包括在實現(xiàn)難度很高的射頻等領域也擁有大量成功的設計經驗。

千米電子首先仔細分析了物聯(lián)網市場的關鍵成功要素，發(fā)現(xiàn)如果可以研發(fā)出一種能夠同時實現(xiàn)廣覆蓋、低功耗和低時延這三大關鍵特性的無線技術，而且具備一定的數據速率的話，那么這種技術就既可以具備低功耗廣域網的低成本，又具備藍牙、Zigbee等物聯(lián)網絡的高價值，從而實現(xiàn)了總體成本低而投資收益高，這樣的網絡投資回報自然就會高，就會從技術的角度解決了物聯(lián)網行業(yè)存在多年的難題，從而有機會讓物聯(lián)網行業(yè)實現(xiàn)爆炸式發(fā)展。

然后，千米電子深入研究了各種主流無線技術，發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化現(xiàn)有的無線技術是無法實現(xiàn)這個目標的，因此回到原點，從物聯(lián)網本身的數據和通訊特點出發(fā)，試圖找到一個能夠同時實現(xiàn)廣覆蓋、低功耗和低時延的技術途徑。

經過五年的潛心研發(fā)，千米電子完成了一種新的無線通訊協(xié)議的開發(fā)，并在2020年3月底成功下線了第一批量產射頻SoC芯片，至此，千米電子以一己之力完成了一個包含了MAC層通訊協(xié)議和PHY層芯片的完整的通訊技術。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IP外，其他均為千米電子自主設計和研發(fā)，具有完全的知識產權。搭載這顆量產芯片的標準型模組在現(xiàn)實環(huán)境中的實測結果表明，其通訊距離可達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)聽周期為1秒的雙向實時通訊模型下，這個標準型模組的平均電流約3微安，折算成年均功耗不超過30mAh/年；而在上述雙向實時通訊模型下，加了13dBi的外置功放的增強型模組的通訊距離可達5公里以上，最大工作電流（Rx和Tx）不超過20mA，平均電流約4微安，年均功耗也不超過40mAh/年。這樣的功耗，即使用一顆紐扣電池供電，也可以讓它們在雙向實時通訊模型下續(xù)航數年！而LoRa、NB-IoT等以低功耗見長的低功耗廣域網技術的模組的睡眠功耗一般也要3mA以上，這就是說，千米電子新技術在長距離通訊中的雙向實時通訊模型下的功耗與低功耗廣域網技術的睡眠功耗相仿甚至更低！

而且，千米電子發(fā)明的這種新技術最高速率可達1Mbps，最低也有250Kbps，用戶處理能力可超過2000終端/秒?？梢?，這種新技術不光同時實現(xiàn)了廣覆蓋、低時延和低功耗這三大關鍵特性，還具有較高的數據速率和很大的用戶處理能力！非常適合物聯(lián)網最后一公里低成本海量覆蓋，基于這個特點，千米電子把這種新技術命名為LaKi，取名于Last Kilometer IoT coverage，音同lucky。

LaKi的優(yōu)勢還不僅于此。與以低功耗、低時延等特性而經常被人們選用的藍牙、Zigbee等無線技術對比來看，LaKi在同樣的通訊距離下功耗更低，而且通訊距離越長，LaKi的功耗優(yōu)勢越明顯。帶寬與它們相比起來也毫不遜色。

綜上所述，與在物聯(lián)網應用的主流無線技術藍牙、Zigbee、NB-IoT、LoRa等比較起來，LaKi具備它們各自的優(yōu)勢，甚至指標更好，是目前唯一同時實現(xiàn)廣覆蓋、低時延和低功耗的完整無線通訊技術，加上較高的數據速率，人們不再需要根據應用特點來選擇無線技術，只需建設一張LaKi網絡就可以接入絕大多數物聯(lián)網應用。而LaKi技術的建網和終端成本低，LaKi網絡的應用價值非常高，投資回報很高，具備作為通用物聯(lián)技術的所有要素，擁有引爆物聯(lián)網行業(yè)的巨大潛力。

責任編輯：xj

原文標題：硬創(chuàng)專欄 | 千米電子發(fā)明物聯(lián)網基礎新技術，LaKi打破技術選型行業(yè)大困局

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