LoRaWAN介绍13 SX1301

“要以坦克为核心组织部队，而不是以步兵为核心。”--古德里安

 

如果说LoRaWAN是闪电战，那么SX1301就是坦克，前者是建立在后者的基础上。SX1301是基于LoRa调制的基带芯片，它的目标是为广域范围的众多无线节点提供健壮的星型基站。

SX1301有一些关键的技术特征：高达-142.5dBm的接收灵敏度、49个LoRa“虚拟”通道和ADR技术。

1 整体结构

如下图所示，SX1301一般外接2片SX1257（或SX1255）。SX125x是射频前端芯片，它负责将I/Q（In-phase / Quadrature，同相正交数字信号）转换成无线电模拟信号。

仔细查看SX1301的结构图，它是由2个MCU和ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路）的综合体。主要部件包括：

射频MCU：该MCU通过SPI总线连接2片SX125x，主要负责实时自动增益控制、射频校准和收发切换。

数据包MCU：该MCU负责分配8个LoRa调制解调器给多个通道，它仲裁数据包的机制包括速率、通道、射频和信号强度。

IF0~IF7的LoRa通道：它们的带宽固定为125kHz，每个通道可以设置中心频率，每个通道可以接收SF7~SF12共6种速率的LoRa信号。

IF8通道：带宽支持125 / 250 / 500kHz，希望用于网关之间的高速通信。

IF9通道：收发(G)FSK信号，LoRaWAN在欧洲地区使用了该通道。

2 实现ADR技术

ADR（Adaptive Data Rate，速率自适应）是LoRaWAN核心优势，它的原理是：依赖End Nodes和Gateway的距离，越近，End Nodes将采用高速率；越远，End Nodes将采用低速率。

其实，ADR是SX1301的“贡献”。

如下图所示，SX1301的IF0~IF7的8通道，它们设置了8个中心频率，但每一个通道都能接收SF7~SF12共6种速率的LoRa信号。这样一来，一个End Node可以根据信号强度，自由选择SF（即速率）来发送数据。

它至少具备3个优势：

End Node可以切换到8个频率中任意一种，有效降低同频干扰；

End Node可以使用6种速率中任意一种，Gateway不用记录它的速率，简单化；

Gateway可以实现天线分集，有效改善移动End Node的多径衰退；

特别注意：8个通道最多同时解调8个LoRa数据包，因为“前导码搜索引擎”和“解调引擎”是分离的，同时解调引擎为8个单元。

3 多通道频谱

2片SX125x和共10个通道，都可以灵活配置频率。一起看上图的实例：

射频前端A配置中心频率=867.0MHz

射频前端B配置中心频率=868.4MHz

10通道频率配置如下表所示

通道	频率	射频前端	频偏	属性
IF1	866.875MHz	A	-125kHz	固定速率LoRa
IF2	868.400MHz	B	0kHz	64kbps的GFSK
IF3	866.6875MHz	A	-312.5kHz	6速率LoRa通道
IF4	867.0625MHz	A	62.5kHz	6速率LoRa通道
IF5	867.1875MHz	A	187.5kHz	6速率LoRa通道
IF6	867.3125MHz	A	312.5kHz	6速率LoRa通道
IF7	868.0875MHz	B	-312.5kHz	6速率LoRa通道
IF8	868.2125MHz	B	-187.5kHz	6速率LoRa通道
IF9	868.5875MHz	B	187.5kHz	6速率LoRa通道
IF10	868.7125MHz	B	312.5kHz	6速率LoRa通道

 

4 控制接口

SX1301依赖microcode（微代码）来运行，上电后MCU负责发送microcode给SX1301，semtech提供该microcode的二进制文件。MCU和SX1301的通信总线是SPI。

考虑多种射频通道和收发设备（如：SX1257或SX1255）和不同的硬件实现方式（如：1个SX1301或8个SX1301），为简化设计和方便移植，组织了HAL（Hardware AbstractionLayer，硬件抽象层）接口。

数据结构	调用函数	参数定义
lgw_conf_rxrf_s	lgw_rxrf_setconf()	设置SX125x的中心频率和开启/停止
lgw_conf_rxif_s	lgw_rxif_setconf()	设置IF通道中心频率，射频芯片等参数
lgw_pkt_rx_s	lgw_receive()	接收数据包的有效数据和元数据
lgw_pkt_tx_s	lgw_send()	发送数据包的有效数据和射频参数

 

函数	功能	定义
lgw_rxrf_setconf()	配置射频参数	按用户要求设置SX125x的射频参数
lgw_rxif_setconf()		按用户要求设置IF调制解调器参数
lgw_start()	硬件管理	启动SX1301
lgw_stop()		停止SX1301，节能或重新配置
lgw_receive()	收发数据包	从RX FIFO提取接收数据包
lgw_send()		通过指定IF通道，发送一个数据包

5 电气与资源

项目	最小值	典型值	最大值	单位
供电电压	3.0	/	3.6	V
工作温度	-40	/	85	℃
全速功耗	/	990	1350	mW
SPI时钟速率	/	/	10	MHz
射频晶振频率	/	32	/	MHz
射频晶振精度	-10	/	+10	ppm
高速处理晶振	130	133	150	MHz