如果說LoRaWAN是閃電戰,那么SX1301就是坦克,前者是建立在后者的基礎上。SX1301是基于LoRa調制的基帶芯片,它的目標是為廣域范圍的眾多無線節點提供健壯的星型基站。 SX1301有一些關鍵的技術特征:高達-142.5dBm的接收靈敏度、49個LoRa“虛擬”通道和ADR技術。
1 整體結構如下圖所示,SX1301一般外接2片SX1257(或SX1255)。SX125x是射頻前端芯片,它負責將I/Q(In-phase / Quadrature,同相正交數字信號)轉換成無線電模擬信號。 仔細查看SX1301的結構圖,它是由2個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SPI總線連接2片SX125x,主要負責實時自動增益控制、射頻校準和收發切換。 數據包MCU:該MCU負責分配8個LoRa調制解調器給多個通道,它仲裁數據包的機制包括速率、通道、射頻和信號強度。 IF0~IF7的LoRa通道:它們的帶寬固定為125kHz,每個通道可以設置中心頻率,每個通道可以接收SF7~SF12共6種速率的LoRa信號。 IF8通道:帶寬支持125 / 250 / 500kHz,希望用于網關之間的高速通信。 IF9通道:收發(G)FSK信號,LoRaWAN在歐洲地區使用了該通道。  2 實現ADR技術 ADR(Adaptive Data Rate,速率自適應)是LoRaWAN核心優勢,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,End Nodes將采用低速率。 其實,ADR是SX1301的“貢獻”。 如下圖所示,SX1301的IF0~IF7的8通道,它們設置了8個中心頻率,但每一個通道都能接收SF7~SF12共6種速率的LoRa信號。這樣一來,一個End Node可以根據信號強度,自由選擇SF(即速率)來發送數據。 它至少具備3個優勢: End Node可以切換到8個頻率中任意一種,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,簡單化; Gateway可以實現天線分集,有效改善移動End Node的多徑衰退; 特別注意:8個通道最多同時解調8個LoRa數據包,因為“前導碼搜索引擎”和“解調引擎”是分離的,同時解調引擎為8個單元。 
3 多通道頻譜
2片SX125x和共10個通道,都可以靈活配置頻率。一起看上圖的實例: 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 10通道頻率配置如下表所示
通道 | 頻率 | 射頻前端 | 頻偏 | 屬性 | 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依賴microcode(微代碼)來運行,上電后MCU負責發送microcode給SX1301,semtech提供該microcode的二進制文件。MCU和SX1301的通信總線是SPI。 考慮多種射頻通道和收發設備(如:SX1257或SX1255)和不同的硬件實現方式(如:1個SX1301或8個SX1301),為簡化設計和方便移植,組織了HAL(Hardware AbstractionLayer,硬件抽象層)接口。
數據結構 | 調用函數 | 參數定義 | lgw_conf_rxrf_s | lgw_rxrf_setconf() | 設置SX125x的中心頻率和開啟/停止 | lgw_conf_rxif_s | lgw_rxif_setconf() | 設置IF通道中心頻率,射頻芯片等參數 | lgw_pkt_rx_s | lgw_receive() | 接收數據包的有效數據和元數據 | lgw_pkt_tx_s | lgw_send() | 發送數據包的有效數據和射頻參數 |
函數 | 功能 | 定義 | lgw_rxrf_setconf() | 配置射頻參數 | 按用戶要求設置SX125x的射頻參數 | lgw_rxif_setconf() | 按用戶要求設置IF調制解調器參數 | lgw_start() | 硬件管理 | 啟動SX1301 | lgw_stop() | 停止SX1301,節能或重新配置 | lgw_receive() | 收發數據包 | 從RX FIFO提取接收數據包 | lgw_send() | 通過指定IF通道,發送一個數據包 |
5 電氣與資源項目 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | 供電電壓 | 3.0 | / | 3.6 | V | 工作溫度 | -40 | / | 85 | ℃ | 全速功耗 | / | 990 | 1350 | mW | SPI時鐘速率 | / | / | 10 | MHz | 射頻晶振頻率 | / | 32 | / | MHz | 射頻晶振精度 | -10 | / | +10 | ppm | 高速處理晶振 | 130 | 133 | 150 | MHz
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