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信息通信

高性能、低成本的LoRa Core™ LLCC68芯片如何帮助传统小无线连接市场

在过去几年中,随着物联网应用和市场的快速发展,各种物联网技术也不断涌现并加速发展,对低成本、高性能的物联网链接技术的需求不断提高,而传统的小无线技术在最近10多年中技术停滞,逐渐无法满足市场的需求。

针对这一需求,Semtech公司开发了高性能、低成本、更稳定的LoRa Core™ LLCC68芯片,来帮助传统小无线链接市场的发展。

选择LoRa Core™ LLCC68的三大理由:

  • LLCC68同时支持LoRa模式和FSK模式

  • 与传统的小无线产品相比,LLCC68的FSK模式的灵敏度更高

  • LLCC68的LoRa®模式支持更完善的性能和解决方案

LoRa Core™ LLCC68能够满足市场多种无线传输需求,其目标应用市场包括:

  • 现有FSK小无线市场

  • 基于LoRa的智能家居应用

  • 需要抗干扰、远距离且实时性的工业控制场景

  • 原有LoRa不需要超远距离的场景

稳定的供应链是一种竞争优势
物联网行业对FSK和LoRa®无线通信并不陌生,它们都是应用最广的物联网技术。LoRa一词取自英文Long Range两个单词的首字母Lo和Ra,代表“远距离”的意思。LoRa原本也是基于FSK通信的原理,但它是一种创新的线性调频扩频的物理层调制技术(Chirp Spread Spectrum,CSS),最早由法国几位年轻人创立的一家创业公司Cycleo推出。 

2012年,全球领先的半导体产品及解决方案供应商Semtech收购了这家法国公司,将这一种调制技术与其深厚的射频和混合信号芯片技术相结合,推出了具有低功耗、长距离和高灵活性的系列芯片并取名“LoRa”。近几年,Semtech公司基于LoRa技术不断进行芯片、软件和云/智能化优化,开发出一整套LoRa通信芯片解决方案,包括用于网关和终端上不同款的LoRa芯片,开启了LoRa芯片在全球广受欢迎的产品化之路。

Semtech作为一家全球性的公司,其分布在世界各地的资源体系将保障LoRa等芯片的供应。Semtech LoRa芯片的产品研发和知识产权在欧洲,从而能够保证顺畅而全面的创新技术合作。在中国销售的LoRa芯片都是在瑞士研发和供应,其在中国市场的销售不受国际技术贸易环境的影响。同时,Semtech已经在欧洲和中国授权了两家芯片合作伙伴生产LoRa芯片产品,这使得LoRa芯片供应实现了多元化,在中国运营的LoRa网络可得到极为可靠和稳定的芯片保证。

Semtech在LoRa芯片设计时充分考虑了外围电路的设计、采购便利性以及成本,在开发LoRa Core™ LLCC68芯片时,基于这些考虑因素,提供了全新的参考设计。该开发套件基于全部国产的、性能和供应稳定的外围元器件,由于不需要温补晶振和PA等器件,其整体成本很低。可以帮助客户和合作伙伴在传统中低速率FSK技术应用中降低供应链风险,并以高性价比的解决方案去面对竞争。

创新的技术是核心竞争优势
作为一种创建长距离通信连接的物理层无线调制技术,LoRa已成为在全球广受欢迎的创新物联网技术,它主要在全球免费频段运行(即非授权频段),包括433、470、868、915MHz等。从组网模式来看,LoRa常采用星状网络,即网关星状连接终端节点,但终端节点并不绑定唯一网关,因而终端节点的上行数据可发送给多个网关。理论上来说,用户可以通过Mesh、点对点或者星形的网络协议和架构来实现灵活的LoRa组网。

LoRa技术不需要建设基站,一台网关便可控制较多设备,并且布网方式较为灵活,可大幅度降低建设成本。LoRa将其自组,安全,可控等诸多特性与物联网碎片化、低成本、大连接的需求相结合,因此被广泛部署在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等多个垂直行业。

基于其数十年来已经在军事和空间通信中验证过的宽带线性调频(Chirp Modulation)技术,相较于传统的FSK技术以及其他稳定性和安全性不足的短距离射频技术,LoRa在保持低功耗的同时极大地增加了通信范围,具有传输距离远、抗干扰性强等特点。

以Semtech最新推出的LoRa Core™ LLCC68器件为例,LoRa技术具有以下网络特征:

1.更长的通信距离:与传统FSK技术相比,LoRa的灵敏度更接近香农定理的理论极限值,而且打破了传统FSK窄带系统的实施极限。


2.更强的抗干扰能力:LoRa采用了扩频技术,可以在噪声之下最高 20dB 还能正常接收(LLCC68支持17.5dB之下), 而FSK理论上需要在噪声之上8dB才能保证要求的PER;LoRa能够容忍更强的突发性的随机干扰, 如果突发长度< ½ LoRa的符号长度,其灵敏度恶化将<3dB,干扰占空比 <50%。


3.全程低功耗:LLCC68器件的休眠电流小于1uA,工作时的发送电流为45mA@17dBm,接收电流仅为5mA。由于采用了Semtech创新的LoRa® CAD技术,整个唤醒过程仅需要约2个symbol时间,其中约1个symbol接收 (接收电流),以及1个symbol的时间计算,这时的电流为接收模式的50%左右。但在相同的速率下,FSK一般需要3bytes或以上的前导用于接收同步,接收窗口需要打开5ms以上;在相同速率下,执行周期侦听(WOR)时,LoRa的电池续航时间是FSK的 3到4 倍。

4.更大的网络容量:LoRa在同频段通讯类似码分复用,同频段不同扩频因子不会互相干扰,这得益于LoRa在节点的发包频次、数据包的长度、信号质量及节点的速率、可用信道数量、基站/网关的密度、信令开销和重传次数等网络容量决定因素上的全面创新和优化。正是基于这些特性,LoRa可以实现按需部署。


LoRa不需要温补晶振
当前,全球各地都在推进疫情的进一步防控与经济社会发展相互协同,物联网、5G、智能化等技术将在其中扮演更重要的角色,中国政府正在不断推进的“新基建”也在转化成为新的发展动力。目前温补晶振的缺货给无论是移动通信模块,还是传统的FSK小无线通信都带来了困扰。

LoRa技术的原理使其对频偏不敏感,如采用LoRa的BW125_SF9设置,即使采用 +/-30ppm 的晶振也可以实现-129dBm@1.8kbps的灵敏度,不需要温补晶振。但是,反观其他移动通信模块和FSK,它们都采用了对频率非常敏感的调制方式。

以FSK技术为例:其通信原理要求频率偏移必须在 Fdev/4以内,才能保障灵敏度的理论值下降幅度在2dB以内,也就是即使使用 +/-2ppm的温补晶振,也无法实现-123dBm@1.2kbps 灵敏度,因为400Hz的Fdev只能是在实验室里严苛条件下才可能实现。

因此,使用普通晶体的LoRa Core™ LLCC68器件来开发相关应用,不仅可以大幅度降低供应链风险,而且还将因为不需采用温补晶振而降低成本。

责任编辑:沈丛


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