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近幾年來(lái)，LoRa技術(shù)在國(guó)內(nèi)受重視，從高校到企業(yè)，再到自主創(chuàng)業(yè)者，都在了解和研究，今天我們就來(lái)探討下LoRa網(wǎng)關(guān)采用的基帶芯片SX1301。從廣義上講，網(wǎng)關(guān)是連接2個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。如果一個(gè)設(shè)備，它能將LoRa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和Internet連接起來(lái)，它就是一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)。目前，大部分的LoRa網(wǎng)關(guān)采用SX1301基帶芯片。

SX1301是基于LoRa調(diào)制的基帶芯片，它的目標(biāo)是為廣域范圍的眾多無(wú)線節(jié)點(diǎn)提供健壯的星型基站。

SX1301有一些關(guān)鍵的技術(shù)特征：高達(dá)-142.5dBm的接收靈敏度、49個(gè)LoRa“虛擬”通道和ADR技術(shù)。

1 整體結(jié)構(gòu)

如下圖所示，SX1301一般外接2片SX1257（或SX1255）。SX125x是射頻前端芯片，它負(fù)責(zé)將I/Q（In-phase / Quadrature，同相正交數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)換成無(wú)線電模擬信號(hào)。

仔細(xì)查看SX1301的結(jié)構(gòu)圖，它是由2個(gè)MCU和ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit，專用集成電路）的綜合體。主要部件包括：

射頻MCU：該MCU通過(guò)SPI總線連接2片SX125x，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)自動(dòng)增益控制、射頻校準(zhǔn)和收發(fā)切換。

數(shù)據(jù)包MCU：該MCU負(fù)責(zé)分配8個(gè)LoRa調(diào)制解調(diào)器給多個(gè)通道，它仲裁數(shù)據(jù)包的機(jī)制包括速率、通道、射頻和信號(hào)強(qiáng)度。

IF0~IF7的LoRa通道：它們的帶寬固定為125kHz，每個(gè)通道可以設(shè)置中心頻率，每個(gè)通道可以接收SF7~SF12共6種速率的LoRa信號(hào)。

IF8通道：帶寬支持125 / 250 / 500kHz，希望用于網(wǎng)關(guān)之間的高速通信。

IF9通道：收發(fā)(G)FSK信號(hào)，LoRaWAN在歐洲地區(qū)使用了該通道。

2 實(shí)現(xiàn)ADR技術(shù)

ADR（Adaptive Data Rate，速率自適應(yīng)）是LoRaWAN核心優(yōu)勢(shì)，它的原理是：依賴End Nodes和Gateway的距離，越近，End Nodes將采用高速率；越遠(yuǎn)，End Nodes將采用低速率。

其實(shí)，ADR是SX1301的“貢獻(xiàn)”。

如下圖所示，SX1301的IF0~IF7的8通道，它們?cè)O(shè)置了8個(gè)中心頻率，但每一個(gè)通道都能接收SF7~SF12共6種速率的LoRa信號(hào)。這樣一來(lái)，一個(gè)End Node可以根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度，自由選擇SF（即速率）來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。

它至少具備3個(gè)優(yōu)勢(shì)：

End Node可以切換到8個(gè)頻率中任意一種，有效降低同頻干擾；

End Node可以使用6種速率中任意一種，Gateway不用記錄它的速率，簡(jiǎn)單化；

Gateway可以實(shí)現(xiàn)天線分集，有效改善移動(dòng)End Node的多徑衰退；

特別注意：8個(gè)通道最多同時(shí)解調(diào)8個(gè)LoRa數(shù)據(jù)包，因?yàn)椤扒皩?dǎo)碼搜索引擎”和“解調(diào)引擎”是分離的，同時(shí)解調(diào)引擎為8個(gè)單元。

3 多通道頻譜

2片SX125x和共10個(gè)通道，都可以靈活配置頻率。一起看上圖的實(shí)例：

射頻前端A配置中心頻率=867.0MHz

射頻前端B配置中心頻率=868.4MHz

4 控制接口

SX1301依賴microcode（微代碼）來(lái)運(yùn)行，上電后MCU負(fù)責(zé)發(fā)送microcode給SX1301，semtech提供該microcode的二進(jìn)制文件。MCU和SX1301的通信總線是SPI。

考慮多種射頻通道和收發(fā)設(shè)備（如：SX1257或SX1255）和不同的硬件實(shí)現(xiàn)方式（如：1個(gè)SX1301或8個(gè)SX1301），為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和方便移植，組織了HAL（Hardware AbstractionLayer，硬件抽象層）接口。

5 延伸—LoRa 家族新成員

LoRa家族又添新成員SX1262 SX1261 SX1268！
1、SX1262，SX1268可達(dá)22dBm；
2、SX1268針對(duì)中國(guó)頻段，SX1262 ，SX1261針對(duì)全球頻段；
3、速率可設(shè)置為更快的SF5，以前只是SF7-SF12；
4、更高的接收靈敏度-148；
5、更低的接收電流4.8mA（sx127x系列為10mA）；
6、芯片集成了DC-DC和LDO。