在物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化應(yīng)用場(chǎng)景中，IoT終端通常分布范圍廣、數(shù)量龐大，且單次傳輸數(shù)據(jù)多為數(shù)據(jù)量小、周期性的狀態(tài)或傳感信息。同時(shí)，這類終端多采用電池供電，對(duì)功耗與續(xù)航有著嚴(yán)苛要求。

相比高帶寬通信技術(shù)，具備遠(yuǎn)距離覆蓋、低功耗、小速率特性的通信方案，更適配物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；瘧?yīng)用場(chǎng)景，能有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，提升系統(tǒng)可靠性與部署靈活性。

其中，LoRa模塊就是一種面向物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化應(yīng)用場(chǎng)景的主流硬件單元，它通過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制（Chirp Spread Spectrum（CSS））和前向糾錯(cuò)機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低速率、高接收靈敏度的數(shù)據(jù)傳輸能力。

在典型部署環(huán)境、低功耗運(yùn)行條件下還能實(shí)現(xiàn)數(shù)公里至十余公里的通信覆蓋，且部署靈活，能穩(wěn)定支持電池供電設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，是現(xiàn)階段智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中被廣泛采用的通信解決方案之一。

RFM95，遠(yuǎn)距離、低速率通信的高效解決方案

例如，RFM95收發(fā)器就是一款由華普微自主開發(fā)的、支持LoRa調(diào)制技術(shù)的遠(yuǎn)程通信模塊。

它僅需低成本晶體元件和物料清單，即可實(shí)現(xiàn)低至﹣140dBm的接收靈敏度，結(jié)合其內(nèi)部集成的+20dBm功率放大器，RFM95還打造出了164dB的最大鏈路預(yù)算，是物聯(lián)網(wǎng)終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低速率通信的高效解決方案。

值得一提的是，除LoRa調(diào)制外，RFM95還兼容FSK、GFSK、MSK、GMSK、OOK等多種調(diào)制方式，并支持WMBus、IEEE 802.15.4g等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，適用于智能抄表、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等多個(gè)領(lǐng)域，跨行業(yè)復(fù)用性強(qiáng)，不用更換硬件就能滿足不同通信需求。

RFM95模塊原理示意圖

從系統(tǒng)架構(gòu)上看，RFM95采用的是典型低中頻（Low-IF）無(wú)線收發(fā)結(jié)構(gòu)，在接收鏈路中 ，射頻信號(hào)首先由低噪聲放大器（LNA）進(jìn)行放大，而后被轉(zhuǎn)換為差分形式，從而提升系統(tǒng)的二階線性度并增強(qiáng)諧波抑制能力。（LNA采用單端輸入結(jié)構(gòu)，可減少外圍器件數(shù)量并簡(jiǎn)化射頻前端設(shè)計(jì)）

隨后，信號(hào)經(jīng)混頻器下變頻，生成中頻（IF）的同相（I）與正交（Q）分量。接下來(lái)，一對(duì)Σ-Δ（Sigma-Delta）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）會(huì)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，后續(xù)的信號(hào)處理與解調(diào)均在數(shù)字域中完成。

芯片內(nèi)部的數(shù)字狀態(tài)機(jī)同時(shí)負(fù)責(zé)控制自動(dòng)頻率校正（AFC）、接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）以及自動(dòng)增益控制（AGC），并集成了用于數(shù)據(jù)包管理和協(xié)議處理的頂層序列控制器（TLS）功能。

在發(fā)射鏈路中 ，RFM95集成了三路射頻功率放大器（PA）。其中兩路分別連接至 RFO_LF和RFO_HF引腳，最大輸出功率可達(dá)+14 dBm。

這兩路PA采用非穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)以提高功率效率，并可通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)源匹配網(wǎng)絡(luò)直接與接收端RF輸入連接，從而實(shí)現(xiàn)單天線端口、高效率的收發(fā)結(jié)構(gòu)。

第三路PA連接至PA_BOOST引腳，通過(guò)專用匹配網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)最高+20 dBm的輸出功率，并能夠覆蓋頻率合成器支持的全部頻段。

在頻率合成方面 ，RFM95內(nèi)部集成兩套本振（LO）頻率合成器：一套覆蓋低UHF頻段（最高至525 MHz），另一套覆蓋高UHF頻段（860 MHz以上）。

其鎖相環(huán)（PLL）經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)快速鎖定時(shí)間與自動(dòng)校準(zhǔn)功能。在發(fā)射模式下，頻率調(diào)制在PLL帶寬內(nèi)以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，同時(shí)PLL還支持比特流預(yù)濾波功能，可進(jìn)一步提升頻譜純度。

此外，RFM95還集成了RC振蕩器與32 MHz晶體振蕩器以滿足不同工作模式下的時(shí)鐘需求。所有射頻前端參數(shù)以及數(shù)字狀態(tài)機(jī)配置均可通過(guò)SPI接口訪問(wèn)寄存器進(jìn)行靈活配置。

模塊內(nèi)部還集成模式自動(dòng)序列控制器，能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成芯片各工作模式之間的切換與校準(zhǔn)，從而提升系統(tǒng)運(yùn)行效率

LoRa模塊，高自由度的物理層無(wú)線擴(kuò)頻通信方案

與完整LoRaWAN設(shè)備不同，LoRa模塊僅提供物理層無(wú)線通信能力，并不綁定固定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

因此，在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與協(xié)議實(shí)現(xiàn)層面，開發(fā)者能夠獲得更高的靈活性?；谶@一特性，LoRa模塊既能運(yùn)行LoRaWAN協(xié)議，也能夠構(gòu)建私有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、私有星型網(wǎng)絡(luò)或自定義輕量級(jí)通信協(xié)議，從而適配多樣化的組網(wǎng)需求。

LoRa和LoRaWAN的區(qū)別 圖源：LoRa聯(lián)盟

同時(shí)，由于上層通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)邏輯皆由開發(fā)者自主設(shè)計(jì)，系統(tǒng)在幀格式定義、通信速率、信道管理、功耗策略以及數(shù)據(jù)加密等方面都具備更高的可控性。

這種高度開放的設(shè)計(jì)方式可幫助開發(fā)者根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景靈活優(yōu)化通信策略，從而更好地滿足差異化功能需求和特殊應(yīng)用環(huán)境。

另外，由于不受固有協(xié)議棧限制，開發(fā)者還能更加靈活地設(shè)計(jì)休眠、喚醒與數(shù)據(jù)傳輸策略，使功耗管理更加可控，更易實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間和微安級(jí)低功耗運(yùn)行。這使LoRa模塊在電池供電設(shè)備中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

憑借這些優(yōu)勢(shì)，LoRa模塊可廣泛用于遙控設(shè)備、本地傳感器網(wǎng)絡(luò)、簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離無(wú)線通信以及私有物聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景。

在對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜度要求較低、但強(qiáng)調(diào)低成本與高可靠性的無(wú)線通信需求中，LoRa模塊往往具備不可替代的價(jià)值。

而RFM95作為一款支持多種調(diào)制方式的無(wú)線收發(fā)模塊，在遠(yuǎn)距離通信能力、低功耗特性以及成本控制方面均表現(xiàn)優(yōu)異，一套硬件平臺(tái)即可適配多種通信協(xié)議與應(yīng)用場(chǎng)景，可有效幫助開發(fā)者在保證通信性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更低成本、更高效率以及更廣泛的應(yīng)用拓展能力。

審核編輯 黃宇