物聯網連接技術誰主沉浮？
對于物聯網來說，主要劃分為傳感層、傳輸層和應用層，而在傳輸層上，設備與設備之間的連接至關重要。目前物聯網的連接方式多種多樣，短程的有私有協議sub-1GHz，藍牙、WiFi、ZigBee、Thread等等，遠程的有LoRa、NB-IoT、2G、LTE Cat1、LTE Cat4，以及已經來臨的5G等等。這么多的連接方式，在接下來的幾年，誰將會獲得更大的發展呢？
第二代WiFi6技術即將來臨
WiFi是我們日常生活中接觸最多的一種無線連接方式，現在只要有網絡的地方基本都有一臺WiFi路由器。而WiFi技術也經歷了從802.11b、802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac和802.11ax，WiFi聯盟為了簡化名稱，將802.11ax標準稱為WiFi6。
圖1：不同WiFi標準的傳輸速率情況。
據市場調研機構預測，到2020年，每個人家里會有50個設備連接到WiFi，而WiFi6的產品會占所有WiFi產品出貨量的一半。
圖2：Qorvo市場經理Jeff Lin。
Qorvo市場經理Jeff Lin在“通信網絡”分論壇上指出，WiFi6在2019年芯片的出貨量約有3~5百萬，目前市面上也可以找到一些產品，比如TP-Link和華碩等企業推出的路由器產品。
而且為了進一步提升效能，WiFi6在原有的2.4GHz和5GHz頻段之外，還擴展了一個新的頻段，即6GHz。Jeff Lin還特別介紹了WiFi6所包含的其他一些新技術，比如OFDMA、1024QAM、8×8 MU-MIMO、上傳鏈路資源調度技術、以及智能節電方案TWT。
圖3：WiFi頻譜擴展情況，美國與歐洲的差別。
第一代WiFi已經落地，但第二代WiFi6標準還在制定當中，據Jeff Lin透露，其實第二代WiFi6的主要規范已經制定好了，但需要等到2020年才會正式發布具體規范，他預計2020年下半年會具體第二代WiFi6產品面市。而到2021年，WiFi6的所有規范應該就可以完善了。
由此可知，6G~7GHz的擴展頻段是第二代WiFi6的重點。不過對于此擴展頻段不同地區的開放程度也有所不同，其中美國是全開放的，而歐洲是開放了一部分。（見圖3所示）
當然，他承認，就目前來看，市面上支持WiFi6的終端產品還不多，主要以2.4GHz和5GHz為主，因此，現在的路由器產品是將2.4GHz和5GHz作為前傳網絡，而6GHz作為后傳主干網絡使用，主要用于AP與AP之間的連接。
低功耗遠距離物聯網彌補廣域網覆蓋缺陷
中國有著全球最好的通信基礎設施建設，很多偏遠地區都有信號覆蓋，但即便如此，在一些人跡罕至的山區，人口密集的集會等場合，還是會有信號覆蓋問題出現。因此，出現了一些可以支持機器與機器直接通信的產品。這些產品一般會使用私有協議進行通信，按照規定，私有協議的產品發射功率有嚴格的限制。
圖4：上海磐啟微電子有限公司創始人兼CEO李寶騏。
上海磐啟微電子有限公司創始人兼CEO李寶騏介紹了其低功耗遠距離物聯網芯片------Chirp-IoT芯片PAN3028的設計原理、特性和應用場景。
在李寶騏看來，設計一款非蜂窩廣域物聯網芯片必然要面對抗干擾性、低功耗，和遠距離的挑戰。需要抗干擾性，是因為470~510、779~787MHz頻段是各種業務應用都常常使用的頻段，已經非常擁擠了，特別是該頻段還是廣播業務頻率，這就會造成信號與廣播、衛星監控等相互干擾現象；芯片需要低功耗，是因為物聯網設備往往需要工作很長時間，有的甚至需要10年都不換電池；而遠距離，則是需要廣泛適用于城市和農村信道環境，覆蓋范圍需要達到幾公里，甚至幾十公里。
但發射功率卻又收到嚴格限制，一般僅為100mW或者50mW。如何在給定的這個發射功率下，提高傳輸距離呢？李寶騏認為，智能提高接收靈敏度了。
圖5：磐啟Chirp-IoT芯片與競爭對手產品的靈敏度對比。
他在演講中表示，因為發射功率很低，很多時候發射的信號可能比白噪聲還要低100倍，那如何從白噪聲中提取這些信號呢？他做了一個比喻，說提取這些信號，就似大海撈針，如果靠眼睛去尋找確實不容易，但是如果有一塊磁鐵，那就完全不一樣了。
Chirp-IoT芯片就是利用了這個“磁鐵”的原理將信號從白噪聲中提取出來的。因為線性調頻（Chirp）信號，是一種擴頻信號，其擴頻增益等于時間帶寬積，在信號接收端做適當處理后可以獲得一定的抗窄帶干擾能力。由于線性調頻信號具有良好的自相關特性，經過匹配濾波器后，可以將橫幅信號變成窄脈沖信號，原來在碼元時間內均勻分布的信號能量將大部分集中到窄脈沖的峰值點附近，而在其他時刻能量很小。從而可以提取出被白噪聲掩蓋的信號。
“因為一個信號中包含頻率、相位和幅度，我們將這些參數做成一個矩陣，再將該矩陣與轉置共軛函數相乘，獲得本征值。我們就是利用這個原理找到信號，從噪聲中提取出信號的。”李寶騏解釋說。
圖6：磐啟Chirp-IoT芯片性能參數。
他同時透露，磐啟微電子采用該原理的芯片計劃明年初第一季度可以量產。通過優化的芯片架構實現了超低功耗，融合多維度信號調制技術，提高了傳輸速率；全新設計的傳輸符號結構，解決了頻率不連續對射頻的影響；而增強的信號編碼技術則提高了傳輸靈敏度。
該芯片可以應用在手機和工業物聯網領域，將藍牙、WiFi的信號范圍擴大一百倍，可以覆蓋整個工廠或者村莊。
智能核心板，簡化萬物互聯難度
在上海移柯通信技術股份有限公司王華清看來，物聯網市場規模非常大，也非常碎片化。客戶的需求千差萬別。移柯深耕于此的原因有兩個，一是對自己的產品有信心。不論是產品性能品質、交付能力和價格，還是技術支持都很有競爭力；二是可以推出滿足客戶需求的新產品。
圖7：上海移柯通信技術股份有限公司王華清。
他舉例說，“從2014年開始，我們就接到很多客戶的物聯網產品開發需求，多年的產品開發我們發現，大部分的客戶需求都很接近，只有很少的變化，因此，我們推出了智能模組的產品，將AP、內存、電源管理、外圍接口、Modem、WiFi/藍牙/GNSS等都都整合在一起，做成一個集成的模塊，幫助客戶節省成本。”
王華清指出，因為移柯的智能模組方案集成了很多功能，客戶做產品的時候，只需要將外設連接到模組上就可以了，所以可以幫助客戶節省成本，縮短開發周期，再加上移柯成熟的軟件平臺，可以讓系統運行更加穩定可靠。據說這樣的集成解決方案可以幫助客戶節省80%的設計工作量。
他同時強調，移柯做產品的核心理念是“夠用就好”，以幫助客戶尋找到技術和成本合適的解決方案。
圖8：傳統車載一體機方案與采用智能模塊的車載一體機解決方案對比。
他列舉了今年比較成功的兩個案例，一個是簡易POS機，該產品沒有使用現在市面上火熱的NB-IoT，也沒有使用4G模塊，而是使用了更具成本優勢的2G模組。還有一個案例是網約車和出租車上應用廣泛的車載一體機。
圖9：移柯推出的智能核心板家族產品系列。
在演講中，他還特意介紹了移柯明年將會推出的新一代核心板產品M1911。該產品有3個型號可以滿足不同的客戶需求。
圖10：移柯M1911同一封裝下的3個不同型號參數對比。
5G技術助力產業升級
5G有3大技術特點，分別是高速率、大連接和低時延。2019年全球5G網絡將進入實質性商用階段，運營商對網絡建設投入持續加大。預計2020年至2030年5G網絡總投資將達4110億美元，約合2.8萬億元，是4G網絡的3.5倍。按運營商可接受成本而言，預計2019年至2025年7年網絡總投資為1800億美元，約合1.22萬億元，是4G網絡投資（約為1170億美元）的1.5倍。
圖11：高新興物聯科技有限公司合作總監戴文泓。
5G除了在手機方面的應用，在非手機市場的規模也不可小覷。據TSR發布的統計報告，預計到2024年Sub-6GHz的非手機產品出貨量將會達到4330萬，毫米波5G產品也會達到1040萬。
圖12：5G非手機市場規模預測。
高新興物聯科技主要提供車聯網方面的通信模塊產品。據戴文泓介紹說，他們是高通車規級5G芯片SA515M的第一個阿爾法客戶。其5G車規級模組GM850A和GM860A將會在2020年商用。
圖13：GM850A模組的性能參數。
5G NB-IoT開啟萬物互聯新時代
近幾年來，蜂窩物聯網市場出貨量快速增長，預計2019年NB-IoT的出貨量將超過6千萬片。
圖14：快速增長的蜂窩物聯網市場。
其實，物聯網的大部分應用集中于低速率和中速率，其中低速率、低成本需求主要包括智能表計、智慧消防、共享經濟、智慧農業等應用；中低速率和中速率需求主要包括新零售、可穿戴和對講機等應用。
圖15：不同速率應用分布。
上海移芯通信科技有限公司市場銷售部高級總監楊月啟表示，NB-IoT和Cat.1將可以滿足這些市場最主要的市場需求。隨著NB-IoT技術標準的不斷演進，性能不斷得以提升，可最終取代2G網絡。
圖16：上海移芯通信科技有限公司市場銷售部高級總監楊月啟
在楊月啟看來，雖然現在仍然是高通和聯發科技等芯片巨頭占據2/3/4G芯片的主導地位，但國產芯片廠商正在奮起直追。他認為，NB-IoT時代，國產芯片將會崛起，NB-IoT必然是“中國芯”。因為：
一是國家重視，在政策和資金方面都有支持；二是外資企業進入中國后，建立起了完善的上下游產業鏈，也幫忙培養了很多半導體人才；三是5G標準不再由歐美主導，中國廠商的話語權越來越大；四是成本越來越低，國內企業在減成本方面具有很大優勢。
據楊月啟介紹，成立于2017年2月的上海移芯通信科技有限公司，其團隊主要來自Marvell和展訊，團隊成員在蜂窩通信芯片設計上由深厚的積累和豐富的經驗，是一家可獨立研發蜂窩通信芯片的公司。
他在演講中表示，移芯通信所有核心技術和IP全部自研，包括射頻、基帶、SoC、協議棧軟件、平臺應用軟件和硬件方案，為客戶提供turn key完整方案和服務。公司第一款超低功耗NB-IoT單芯片EC616已于2019年6月份量產，計劃2020年推出LTE Cat1單芯片方案。
圖17：移芯通信EC616 NB-IoT芯片架構。
4G物聯網連接主力LTE Cat1
隨著2G網絡的承載能力進一步減弱，在新部署的物聯網連接中，NB-IoT和4G會逐步替代2G模組。目前主流的LTE Cat.4的高價格并不能倍部分行業所接受，而NB-IoT又在語音、短信和連接時效上略顯不足。因此市場上急需一款價格比傳統4G模組更低、連接時效比NB-IoT更高的產品，以滿足共享、金融、能源和工業等低速率應用場景。剛好Cat.1可以滿足這些需求，加上LTE Cat1隸屬4G系列，可復用現有4G資源，能夠實現快速入市的同時還可降低成本。
圖18：上海域格信息技術有限公司市場總監朱凱。
上海域格信息技術有限公司市場總監朱凱在電子發燒友舉辦的中國物聯網大會上表示，截止2019年6月底，中國移動已有超過6.9億物聯網連接，這一規模的連接數中，絕大多數仍然是通過2G實現的。在2G/3G退網風險下，運營商必須要尋找一個適合客戶的網絡連接。
另一方面，物聯網連接增速和物聯網收入增速之間的差距正在縮小，其帶來的平均收益逐步提升，進一步驅動運營商加快Cat1發展步伐。
除了Cat.1外，本來eMTC也是一個可選項，但一是eMTC在國內的發展并不樂觀；二是eMTC需要基礎設施建設，二運營商現在正將更多的資源投入到5G建設中，很難有多余的資金投入到eMTC建設中；三是國內應用案例有限，可借鑒度不高，開發難度大。
因此，業界最終選擇更趨向于LTE Cat.1。
此外，朱凱還介紹了域格的LTE Cat.1模組CLM920系列產品。該產品具有低成本特點，可支持LTE-FDD/LTE-TDD/GSM/GPRS，內置了豐富的網絡協議，上下速率可達5Mbps/10Mbps，而且具有強大的可擴展能力。
圖19：CLM920_AR5芯片介紹。
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