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基于SX1301主控芯片的LoRaWAN户外基站解决方案

2017-06-23
类别:通信与网络
eye 997
文章创建人 拍明芯城

应用领域:通信广电

方案类型:芯片级方案

主控芯片:SX1301

方案概述

【方案特性】

*标准LoRaWAN协议;

*工作频率范围410-510M,862-1020MHz (定制) ;

*发射功率 5-23dBm;

*接收灵敏度 -142dBm@292bps;

*空中传输速率 292bps-5.4Kbps;

*供电方式 POE/DC 48V(定制) ;

*上行信道 Ethernet/4G(定制) ;

*谐波指标 ≤1GHz:<-36dBm; >1GHz:< -30dBm;

*防护等级 IP65;

*工作湿度 10%~90%;

*工作温度 -45℃~85℃;

*基本版8频点,最高支持32频点和196信道;

【方案外观】


基于SX1301主控芯片的LoRaWAN户外基站解决方案.jpg


【应用领域】

*无线智能水、气、电、热计量仪表;

*交通灯、地磁、智能路灯、消防报警器、温湿毒烟监测仪;

*农业灌溉装置、水利水文气象监测仪,畜牧养殖监测;


*工厂控制装置、智能楼宇和能效监控装置;

*弱势群体、贵重物品、宠物的跟踪和定位;

*景区和文物保护、应急通信装置;

【典型应用场景】

*居民公用设施,电水气热和空气质量监测;

*城市基础设施,管网监控;

*智能交通管理;

*工业园区厂房仓储和智能楼宇能效管控;

*农业养殖和户外监测;

*人员和物品定位;

【技术支持服务】

*LoRaWANGatewayConfiger评估工具,可视化操作;

*LoRaWAN研发工具套装 ,包括Server,Gateway和Node;

*LoRaWAN应用板,带参考设计,GPS,温度气压传感器;

*测试入门(Q&A)

SX1301

Features

Up to -142.5 dBm sensitivity with SX1257 Tx/Rx front-end (see reference design)

70 dB CW interferer rejection at 1 MHz offset

Able to operate with negative SNR, CCR up to 9 dB

Emulates 49x LORA demodulators and 1x (G)FSK demodulator

Dual digital TX&RX radio front-end interfaces

10 programmable parallel demodulation paths

Dynamic data-rate (DDR) adaptation

True antenna diversity or simultaneous dual-band operation

Applications

Smart Metering

Security Sensors Network

Agricultural Monitoring

Internet of Things (IoT)


LoRaWAN SX1301

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。

LoRaWAN介绍13 SX1301.png

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。

LoRaWAN介绍13 SX1301.png

3 多通道频谱


LoRaWAN介绍13 SX1301.png

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

64kbpsGFSK

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


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




责任编辑:Davia

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标签: LoRaWAN

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