SX1301吞吐量是SX1276/8的多少倍？

1 吞吐量，LoRa网关的重要性能

从广义上讲，网关是连接2个不同网络的设备。如果一个设备，它能将LoRa无线网络和Internet连接起来，它就是一个LoRa网关。
目前，大部分的LoRa网关采用SX1301基带芯片，也有部分使用SX1276/8单信道芯片。那么，SX1301的吞吐量是SX1276/8的多少倍呢？我们一起来探讨。

2 误解1：SX1301 = 48个SX1276/8
有些行业朋友认为，SX1301有8通道，每个通道可以接收6个正交（速率不同，互不干扰）LoRa信号，那么，SX1301 = 8 x 6 = 48个SX1276/8。
然而，这是不正确的！

下文摘自《SX1301 Datasheet》Page-18 IF0 to IF7 channels
它明确地说明：SX1301能同时解调的LoRa数据包不超过8个。

如果您只需要知道结果，看完上面的数字—-8，就OK了，请移步。

如果您和我们一样，喜欢探寻更深层次的原因，请接着看下面的解释。（我们都是技术狂，追求真理，刨根问底；对技术抱有深厚的兴趣，不安现状，喜欢折腾新东西）。

看到下面SX1301的框架图，很快会得到2个启发：
1）它只有8路LoRa解调器，这才是真正的瓶颈！那怕一个通道（IF0～IF7）接收了6个正交数据包，解调器也只负责处理其中一个。
2）当一个通道接收LoRa信号后，会启动3个工作进程：数据包仲裁MCU，分配解调器给“合适”的LoRa通道；前导码搜索引擎，查找一个LoRa数据包的起始信号；LoRa解调器，解析该LoRa数据包。

刚才谈到：数据包仲裁MCU，分配解调器给“合适”的LoRa通道。那么，什么才是合适呢？这个优先级包括：接收数据包的速率，信道（IF0～IF7），射频通道（即，2个SX1255/7，分别对应Radio A和B），接收数据包的信号强度。

数据包仲裁MCU的优先级，是由Semtech的固件决定的，用户无法更改。这也是芯片厂商的天生优势—-制定游戏规则，限定玩家的范围。

3 误解2：SX1301 = 8个SX1276/8
那么，SX1301是否等于8个SX1276/8呢？
也不正确！
因为，这忽略了SX1301的ADR技术。

ADR（Adaptive Data Rate，速率自适应），如下图所示，依赖Node和SX1301-Gateway的距离：越近，Node将采用高速率；越远，Node将采用低速率。这可以有效地提高网络吞吐量。

4 更真实的评估

SX1301的ADR技术能提高吞吐量，要准确计算性能的提升却比较难，因为，它依赖实际网络中节点的物理位置分布。
因为LoRa的长距离优势，往往基于低速率，即下表的SF12 = 293bps；可以看出，SF10（中速率）约为低速率的3倍，SF7（高速率）约为低速率的18倍。

为此，我们提出数学统计模型。
设网络节点的位置呈正态分布（这是最符合工程实施的概率分布）。如下图所示：68.2%属于常态，即ADR用不上；27.2%，ADR能提高约3倍吞吐量；4.6%，ADR能提高18倍吞吐量。
这样一来，ADR提高吞吐量为：68.2% x 1 + 27.2% x 3 + 4.6% x 18 = 232.6%

小结：运用ADR的SX1301吞吐量相当于(8 x 232.6%) = 18.6 个SX1276/8

5 实测数据平台
以上都属于理论的推导，接下来，我们一起看2个实测平台。

实测1：http://rimelink.timeddd.com/st/STS.aspx?id=66

这是一个SX1278的LoRa网关，基于TDMA（时分复用）方式组网，共7个Node，上报12字节数据（温度，湿度，露点；每个4字节，为float类型）。
细心地观察会发现，一个Node，每隔35秒才更新一次数据。这是SX1278网关的局限性，因为是单信道，Node只能分时隙使用带宽，因此，一个节点上报的延时，会随节点数目线性增长。
这个SX1278网关的吞吐量为：(7 x 12 x 8)b / 35s = 19bps

实测2：http://lorawan.timeddd.com/demo.aspx
这是一个SX1301的LoRaWAN网关，基于FDMA（频分复用）方式组网，共12个Node，上报12字节数据（温度，湿度，露点；每个4字节，为float类型）。
细心地观察会发现，一个Node，每隔5秒左右更新一次数据。这是因为SX1301有8通道，允许多个Node同时上报；当然，当Node随机选择信道时，可能因碰撞而失败，成功上报概率约为0.9。
这个SX1301网关的吞吐量为：(12 x 12 x 8)b / 5s * 0.9 = 207bps

拿上述2种网关的吞吐量比较：207 / 19 = 10.8（倍），为什么没有达到理论上的18.6倍呢？因为基于SX1301网关的12个Node，放置在一起，没有使用ADR技术，并且使用了最低的速率（SF12=293bps）。