LoRaWAN介绍13 SX1301

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

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