TurMass? 是道生物聯開發的新一代國產無線物聯網技術。它全球首創將大規模多天線技術應用于窄帶傳輸，實現了高并發海量接入。該系統基于免許可隨機接入大規模MIMO技術( mGFRA )，通過空分復用和波束成形，顯著提升了系統的接入容量、信號增益、抗干擾能力、覆蓋范圍以及頻譜效率。

TurMass? 系統包含支持 mGFRA 技術的網關芯片、終端芯片以及 TurMass? Link 組網協議，可支持大容量、高并發的星型組網，還能擴展支持中繼及 Mesh 網絡靈活拓展信號覆蓋。

TurMass? 系統主要參數如下。

表1. TurMass? 核心技術指標

與 LoRa 技術單一追求擴頻和點對點低速率通信不同，TurMass? 技術遵循以下五個方面進行設計和開發：

1 更高接收靈敏度速率

為滿足各種物聯網設備連接需求，TurMass? 在相同接收靈敏度下，提供更高的通信速率能夠減少終端通信時間，從而降低通信能耗和延遲。

2 更大容量

為實現海量物聯網設備連接的需求，TurMass? 單個網絡擁有數萬個連接容量，相對于傳統蜂窩網絡，該容量大大提升。

3 更廣覆蓋

相對于目前的蜂窩網絡，TurMass? 單基站的覆蓋范圍提升數十倍，通過增強覆蓋，在很多惡劣的環境下可以實現較好的信號穿透，增加終端通信的有效性。

4 更低功耗

除通信芯片低功耗設計外，TurMass? 網絡無需信令交互且在相同覆蓋下提供更高速率，大幅縮短終端數據包發送量及發送時長，顯著降低功耗。

5 國產化芯片

TurMass? 終端 SoC 為全國產化設計產品，芯片 modem 采用自主專利先進體制波形，具備全國產化、高性能、低功耗、低成本優勢。

圖1. TurMass? 與 LoRa 多維度對比

如圖 1 所示，TurMass? 在多個方面跟 LoRa 對比有較大優勢；針對上述五個方面，結合實際應用，下面將 TurMass? 與 LoRa 技術進行詳細對比。

1 接收靈敏度

TurMass? 終端和 LoRa 終端的發射功率都設定為 17 dBm，在不同的路徑損耗下對比 TurMass? 終端和 LoRa 終端的通信速率，其中丟包率指標都設定為 1%。

圖2. TurMass? 與 LoRa 通信速率對比

如圖 2 所示，在終端發射功率為 17 dBm、路徑損耗為 157 dB時，TurMass? 能夠提供的通信速率為 1.7 kbps，隨著路徑損耗每降低 3 dB，TurMass? 的通信速率能夠提升一倍。相較于 TurMass?，在路徑損耗為 157 dB 時，LoRa 可提供的通信速率僅為 0.3 kbps。

可以看到，在相同路徑損耗下，即 -140dBm 靈敏度時，TurMass? 網絡中的終端通信速率為 1.7 kbps@-140dBm，LoRa 的通信速率為 0.3 kbps@-140dBm，TurMass? 的通信速率約是 LoRa 的 5～6 倍。

2 網絡容量

單網關覆蓋評估模型如圖 3 所示，設定終端發射功率為 17 dBm、路徑損耗為 157 dB 以及丟包率小于1%，并進一步限定信道帶寬為 125 kHz、用戶發射周期為 1 次/h、發射數據為 20 byte。在此評估條件下，本節對 TurMass? 與 LoRa 的最大吞吐量及單網關可支持的最大用戶數進行對比評估。

在上述評估條件下，TurMass? 能夠在 125 kHz帶寬上以 1.7 kbit/s 支持 30 個用戶并發，因此TurMassTM最大吞吐量為 30×1.7 kbit/s = 51 kbit/s。對 TurMass? 而言，假如在每個周期時隙內同步加下行應答耗時占每個周期時隙時間的 50%，那么考慮 TurMass? 傳輸 20 byte 耗時為 94 ms，用戶發射周期為 1 次/h，TurMass? 單網關可支持用戶數為 1,800/0.094×30≈570,000。

在同等評估條件下，LoRa 需采用擴頻因子 12 模式，即通信速率為 0.3 kbit/s 且信號帶寬為 125 kHz。LoRa WAN 中定義的 A 類終端可視為采用 ALOHA 協議隨機接入。由于 LoRa 在實際環境中較難支持多用戶在同一信道并發，因此采用 ALOHA 協議的最大吞吐率僅為0.18 kbit/s[9]，LoRa 的最大吞吐量為 0.3 kbit/s×0.18=0.054 kbit/s。根據 ALOHA 協議的成功率定義

，其中 G 為一幀時間內終端發送數據幀的平均值，那么要保持 1% 的丟包率時，LoRa 一幀時間內終端發送數據幀的平均值為

。考慮 LoRa 傳輸 20 byte 耗時為 530 ms，用戶發射周期為 1 次/h，那么 LoRa 單網關可支持用戶數約為 3 600/0.53×0.005=34。即便進一步放寬 1% 的丟包率到 10%，以提升 LoRa 單網關可支持的用戶數，此時 LoRa 單網關最多可支持用戶數約為

TurMass? 與 LoRa 網路容量對比見下表。

表2. TurMass? 與 LoRa網路容量對比

可以看到，在單個 125kHz 信道終端隨機接入時，TurMass? 網關的接入容量是 LoRa 的 100 倍以上。

3 信號覆蓋

評估模型如圖 3 所示，以萊斯信道作為模型，其中直射路徑損耗設定為 157 dB（對應城市覆蓋距離約為 1～2 km，郊區覆蓋距離約為 10～15 km），反射、散射、繞射路徑等總功率設定為直射路徑信號功率的 1/10。

圖3. 評估模型：萊斯信道

在終端側，TurMass? 終端和 LoRa 終端的發射功率都設定為 17 dBm。在網關側，等效路徑損耗為接收到的直射和非直射路徑信號功率之和減去發射端的發射信號功率。因此，網關側的接收信號功率等于終端發射功率減去等效路徑損耗。設定網關接收靈敏度設定為 －140 dBm，即只有在網關接收到的信號功率大于等于 －140 dBm 時，才能保證高質量通信（丟包率小于 1%）。

在上述設定條件下，對比 TurMass? 與 LoRa 的接收信號功率以體現 TurMass? 和 LoRa 的信號覆蓋性能。

根據評估模型，網關側的接收信號功率等于終端發射功率減去等效路徑損耗。如圖 4 所示，根據統計結果可以看到，TurMass? 的平均等效路徑損耗為 148 dB，TurMass? 網關平均信號接收功率為 －131 dBm，TurMass? 的通信失敗概率為 0，且有 9 dB 的信噪比余量。對 LoRa 而言，其平均等效路徑損耗為 157 dB，對應 LoRa 網關平均信號接收功率為 －140 dBm，LoRa 通信失敗概率約為 50%。

圖4.TurMass?與LoRa等效路徑損耗分布對比

可以看到，在城市典型多徑衰落環境下，TurMass? 網關的信號覆蓋能力優于 LoRa 超 10dB，對應覆蓋距離范圍超 3 倍，在戶外廣域直視環境下，TurMass? 網關的信號覆蓋能力優于 LoRa 約 6dB，對應覆蓋距離范圍約 2 倍。

4 傳輸能耗

在相同的信號覆蓋距離下，即設定終端發射功率為 17 dBm、路徑損耗為 157 dB 以及丟包率小于 1%，對比 TurMass? 和 LoRa 的信號傳輸能耗。

如下表所示，在相同信號覆蓋距離下，TurMass? 更高的速率帶來了更短的發射時長，從而大幅降低了發射能耗，TurMass? 傳輸信息的能耗為 0.12 mJ/bit，而 LoRa 傳輸信息的能耗為 0.5 mJ/bit。

表3. TurMass? 與 LoRa功耗對比

可以看到，在相同的傳輸距離，傳輸相同的數據量時，TurMass? 網絡中終端的能耗開銷約是 LoRa 的 1/4。

5芯片方案

TK8620 和 TK8622 無線終端芯片是采用 TurMass? 技術，面向低成本、低功耗、中低速率的無線傳輸終端 SoC 芯片，主要應用于遠程數據采集、控制等領域的無線傳輸。

圖5. TK8620 和 TK8622 芯片正面

TK8620、TK8622 與 SX1262 對比如下：

表4. TK8620與 SX1262芯片對比

綜上所述，TurMass? 與 LoRa 技術相比，在多個關鍵性能指標上展現出顯著優勢。因此，TurMass? 技術在物聯網領域具有更廣闊的應用前景，能夠更好地滿足各種復雜場景下的物聯網設備連接和數據傳輸需求。